模拟电路CHAP04场效应管放大电路.ppt

1,4.1 结型场效应管,4.3 金属-氧化物-半导体场效应管,4.4 场效应管放大电路,4.5 各种放大器件电路性能比较,*4.2 砷化镓金属-半导体场效应管,4 场效应管放大电路,2,N沟道,P沟道,增强型,耗尽型,N沟道,P沟道,N沟道,P沟道,（耗尽型）,分类：,4 场效应管放大电路,3,4.1 结型场效应管, 结构, 工作原理, 输出特性, 转移特性, 主要参数,4.1.1 JFET的结构和工作原理,4.1.2 JFET的特性曲线及参数,4.1.3 JFET的优缺点,4,4.1.1 JFET的结构和工作原理,1. 结构,5,源极，用S或s表示,N型导电沟道,漏极，用D或d表示,4.1.1 JFET的结构和工作原理,1. 结构,# 符号中的箭头方向表示什么？,6,2. 工作原理,（以N沟道JFET为例）,4.1.1 JFET的结构和工作原理, VGS对沟道的控制作用,当VGS0时,当沟道夹断时，对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP （ 或VGS(off) ）。,对于N沟道的JFET，VP 0。,PN结反偏,耗尽层加厚,沟道变窄。,VGS继续减小，沟道继续变窄。,7,2. 工作原理,（以N沟道JFET为例）,4.1.1 JFET的结构和工作原理, VDS对沟道的控制作用,当VGS=0时，,VDS,ID ,G、D间PN结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。,当VDS增加到使VGD=VP 时，在紧靠漏极处出现预夹断。,此时VDS ,夹断区延长,沟道电阻,ID基本不变, VGS和VDS同时作用时,当VP VGS0 时，导电沟道更容易夹断，对于同样的VDS ， ID的值比VGS=0时的值要小。,在预夹断处,VGD=VGS-VDS =VP,8,综上分析可知,沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电， 所以场效应管也称为单极型三极管。,JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制,预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。,# 为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？,JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因 此iG0，输入电阻很高。,9,# JFET有正常放大作用时，沟道处于什么状态？,4.1.2 JFET的特性曲线及参数,2. 转移特性,VP,1. 输出特性,10, 夹断电压VP (或VGS(off)：, 饱和漏极电流IDSS：, 低频跨导gm：,或,3. 主要参数,漏极电流约为零时的VGS值 。,VGS=0，VDS|VP|时对应的漏极电流。,低频跨导反映了vGS对iD的控制作用。gm可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子)。, 输出电阻rd：,11,3. 主要参数, 直流输入电阻RGS：,对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107。, 最大漏极功耗PDM, 最大漏源电压V(BR)DS, 最大栅源电压V(BR)GS,12,4.1.3 JFET的优缺点,1. 栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在某些场合仍嫌不够高。,3. 栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。,绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。,2. 在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。,13,4.3 金属氧化物半导体场效应管, 结构, 工作原理,4.3.1 N沟道增强型MOSFET,4.3.2 N沟道耗尽型MOSFET,4.3.3 各种FET的特性比较及 使用注意事项, 特性曲线, 参数,14,4.3.1 N沟道增强型MOSFET,1. 结构,P型基底,两个N+区,SiO2绝缘层,金属铝,代表符号,箭头表示由P（衬底）指向N（沟道）,15,4.3.1 N沟道增强型MOSFET,2. 工作原理,vGS=0时,对应截止区,16,4.3.1 N沟道增强型MOSFET,2. 工作原理,VT称为开启电压,vGS0时,感应出电子,这种vGS=0时没有导电沟道，而必须依靠栅源电压的作用，才形成感生沟道的FET称为增强型FET。,17,4.3.1 N沟道增强型MOSFET,2. 工作原理,vGS较小时，导电沟道相当于电阻将d-s连接起来， vGS越大此电阻越小。,18,4.3.1 N沟道增强型MOSFET,2. 工作原理,当vDS不太大时，导电沟道在两个N+区间是均匀的。,当vDS较大时，靠近d区的导电沟道变窄。,19,4.3.1 N沟道增强型MOSFET,2. 工作原理,vDS增加，vGD=VT 时，靠近d端的沟道被夹断，称为预夹断。,20,4.3.1 N沟道增强型MOSFET,3. 特性曲线,输出特性曲线,转移特性曲线,4. 参数,需注意在增强型管子中不用夹断电压VP，而用开启电压VT表征管子的特性。,21,4.3.2 N沟道耗尽型MOSFET,掺杂后具有正离子的绝缘层,N型沟道,这种N沟道耗尽型MOSFET可以在正或负的栅源电压下工作，而且基本上无栅流，这是耗尽型MOSFET的一个重要特点。,22,4.3.1 各种FET的特性比较及使用注意事项,1. 衬底引出时，注意各管脚的连接。,3. MOSFET必须在短路情况下保存，以免管子损坏。,2. 如出厂时源极与衬底已连在一起，这时源极与漏极不能对调。,4. 焊接时，电烙铁必须有外接地线。最好是断电后再焊接。,23,4.4 场效应管放大电路, 直流偏置电路, 静态工作点, FET小信号模型, 动态指标分析, 三种基本放大电路的性能比较,4.4.1 FET的直流偏置及静态分析,4.4.2 FET放大电路的小信号模型分析法,24,1. 直流偏置电路,4.4.1 FET的直流偏置电路及静态分析,（1）自偏压电路,（2）分压式自偏压电路,vGS,vGS,vGS,vGS,vGS,vGS =,- iDR,25,2. 静态工作点,Q点：,VGS 、,ID 、,VDS,vGS =,VDS =,已知VP ，由,VDD,- iD (Rd + R ),- iDR,可解出Q点的VGS 、 ID 、 VDS,26,4.4.2 FET放大电路的小信号模型分析法,1. FET小信号模型,（1）低频模型,27,（2）高频模型,28,2. 动态指标分析,（1）中频小信号模型,29,2. 动态指标分析,（2）中频电压增益,（3）输入电阻,（4）输出电阻,忽略 rD,由输入输出回路得,则,通常,则,30,例4.4.2 共漏极放大电路如图示。试求中频电压增益、输入电阻和输出电阻。,（2）中频电压增益,（3）输入电阻,得,解：,（1）中频小信号模型,由,例题,31,（4）输出电阻,所以,由图有,例题,32,3. 三种基本放大电路的性能比较,组态对应关系：,CE,BJT,FET,CS,CC,CD,CB,CG,BJT,FET,电压增益：,CE：,CC：,CB：,CS：,CD：,CG：,反相电压放大器,电压跟随器,电流跟随器,33,输出电阻：,3. 三种基本放大电路的性能比较,输入电阻：,CE：,CC：,CB：,CS：,C