场效应管及其应用电路.ppt

第第3章章 场效应管与特殊三极管场效应管与特殊三极管基本应用电路基本应用电路3.1 结型场效应管结型场效应管 结构结构 工作原理工作原理 输出特性输出特性 转移特性转移特性 主要参数主要参数 3.JFET的结构和工作原理的结构和工作原理 3.JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数 N基底基底：N型半导体型半导体PP两边是两边是P区区G(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极3.结型场效应管结构结型场效应管结构导电沟道导电沟道NPPG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极N N沟道结型场效应管沟道结型场效应管沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSDGSPNNG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极P沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSDGS3.1.2 工作原理工作原理UDS=0U时时PSDUDSUGSGNNNNIDPN结反偏，结反偏，UGS越大则耗尽区越越大则耗尽区越宽，导电沟道越宽，导电沟道越窄。窄。1.以以P沟道沟道PGSDUDSUGSNNIDUDS=0U时时NNUGS越大耗尽区越宽，越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。沟道越窄，电阻越大。但当但当UGS较小时，耗尽较小时，耗尽区宽度有限，存在导区宽度有限，存在导电沟道。电沟道。DS间相当于间相当于线性电阻。线性电阻。PGSDUDSUGSNNUDS=0时时UGS达到一定值时达到一定值时（夹断电压夹断电压UP）,耗耗尽区碰到一起，尽区碰到一起，DS间被夹断，间被夹断，这时，即这时，即使使UDS 0U，漏极电漏极电流流ID=0A。IDPGSDUDSUGSUGS0、UGDUP时时耗尽区的形状耗尽区的形状NN越靠近漏端，越靠近漏端，PN结反压越大结反压越大IDPGSDUDSUGSUGSUp且且UDS较大时较大时UGDUP时耗尽区的形状时耗尽区的形状NN沟道中仍是电阻沟道中仍是电阻特性，但是是非特性，但是是非线性电阻。线性电阻。IDGSDUDSUGSUGSUp UGD=UP时时NN漏端的沟道被夹断，漏端的沟道被夹断，称为称为予夹断。予夹断。UDS增大则被夹断增大则被夹断区向下延伸。区向下延伸。IDGSDUDSUGSUGSUp UGD=UP时时NN此时，电流此时，电流ID由未由未被夹断区域中的载被夹断区域中的载流子形成，基本不流子形成，基本不随随UDS的增加而增的增加而增加，呈恒流特性。加，呈恒流特性。ID2 2 N N沟道沟道沟道沟道JFETJFET工作原理工作原理 UGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当当UGS0时时 当沟道当沟道夹夹断断时时，对应对应的的栅栅源源电电压压UGS称称为为夹夹断断电压电压UP（或或UGS(off)）。）。对对于于N沟道的沟道的JFET，UP 0。PN结结反偏反偏耗尽耗尽层层加厚加厚沟道沟道变变窄。窄。UGS继续继续减小，沟道减小，沟道继续变继续变窄窄 UDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当当UGS=0时时，UDS ID G、D间间PN结结的反向的反向电压电压增加，增加，使靠近漏极使靠近漏极处处的耗尽的耗尽层层加加宽宽，沟道，沟道变变窄，从上至下呈楔形分布。窄，从上至下呈楔形分布。当当UDS增加到使增加到使UGD=UP 时时，在，在紧紧靠漏极靠漏极处处出出现预夹现预夹断。断。此此时时UDS 夹夹断区延断区延长长沟道沟道电电阻阻 ID基本不基本不变变 UGS和和UDS同时作用时同时作用时当当UP UGS0时时U UGSGS足够大时足够大时足够大时足够大时（U UGSGS U UT T）感感感感应出足够多电子，应出足够多电子，应出足够多电子，应出足够多电子，这里出现以电子这里出现以电子这里出现以电子这里出现以电子导电为主的导电为主的导电为主的导电为主的N N型型型型导电沟道。导电沟道。导电沟道。导电沟道。感应出电子感应出电子UT称为阈值电压称为阈值电压U UGSGS较小时，导较小时，导较小时，导较小时，导电沟道相当于电电沟道相当于电电沟道相当于电电沟道相当于电阻将阻将阻将阻将D-SD-S连接起连接起连接起连接起来，来，来，来，U UGSGS越大此越大此越大此越大此电阻越小。电阻越小。电阻越小。电阻越小。PNNGSDUDSUGSPNNGSDUDSUGS当当UDS不太大不太大时，导电沟时，导电沟道在两个道在两个N区区间是均匀的。间是均匀的。当当UDS较大较大时，靠近时，靠近D区的导电沟区的导电沟道变窄。道变窄。PNNGSDUDSUGS夹断后，即夹断后，即使使UDS 继续继续增加，增加，ID仍仍呈恒流特性呈恒流特性。IDUDS增加，增加，UGD=UT 时，时，靠近靠近D端的沟道被夹断，端的沟道被夹断，称为予夹断。称为予夹断。绝缘栅型场效应管特性曲线1)增强型MOS管2)耗尽型MOS管夹断电压开启电压各种场效应管所加偏压极性小结1.直流参数直流参数 场效应管直流参数主要是保证其工作在合适的电路状态即可变电阻区、夹断区、恒流区。1 1）饱和漏极电流）饱和漏极电流）饱和漏极电流）饱和漏极电流I IDSSDSS ：耗尽型和结型场效应管的一个重要参数：耗尽型和结型场效应管的一个重要参数：耗尽型和结型场效应管的一个重要参数：耗尽型和结型场效应管的一个重要参数,它的定义是当栅源之间的电压它的定义是当栅源之间的电压它的定义是当栅源之间的电压它的定义是当栅源之间的电压U UGSGS等于零等于零等于零等于零,而漏、源之间的电压而漏、源之间的电压而漏、源之间的电压而漏、源之间的电压U UDSDS大于夹断电压大于夹断电压大于夹断电压大于夹断电压U UP P时对应的漏极电流。时对应的漏极电流。时对应的漏极电流。时对应的漏极电流。2 2）夹断电压）夹断电压）夹断电压）夹断电压U UP P:耗尽型和结型场效应管重要参数耗尽型和结型场效应管重要参数耗尽型和结型场效应管重要参数耗尽型和结型场效应管重要参数,其定义为当其定义为当其定义为当其定义为当U UDSDS一定时一定时一定时一定时,使使使使I ID D减小到某一个微小电流减小到某一个微小电流减小到某一个微小电流减小到某一个微小电流(如如如如1A,50A)1A,50A)时所需的时所需的时所需的时所需的U UGSGS值。值。值。值。3 3）开启电压）开启电压）开启电压）开启电压U UT T:U UT T是增强型场效应管的重要参数是增强型场效应管的重要参数是增强型场效应管的重要参数是增强型场效应管的重要参数,它的定义是当它的定义是当它的定义是当它的定义是当U UDSDS一定时一定时一定时一定时,漏极电流漏极电流漏极电流漏极电流I ID D达到某一数值达到某一数值达到某一数值达到某一数值(例如例如例如例如10A)10A)时所需加的时所需加的时所需加的时所需加的U UGSGS值。值。值。值。4 4）直流输入电阻）直流输入电阻）直流输入电阻）直流输入电阻R RGSGS:栅、源之间所加电压与产生的栅极电流之比。栅、源之间所加电压与产生的栅极电流之比。栅、源之间所加电压与产生的栅极电流之比。栅、源之间所加电压与产生的栅极电流之比。由于栅极几乎不索取电流由于栅极几乎不索取电流由于栅极几乎不索取电流由于栅极几乎不索取电流,因此输入电阻很高。结型为因此输入电阻很高。结型为因此输入电阻很高。结型为因此输入电阻很高。结型为10106 6 以上，以上，以上，以上，MOSMOS管可达管可达管可达管可达10101010以上。以上。以上。以上。3.2.3 场场效效应应管的主要参数管的主要参数2.2.交流参数交流参数交流参数交流参数场效应管交流参数也称为动态参数，主要是研究场效应管交流参数也称为动态参数，主要是研究场效应管交流参数也称为动态参数，主要是研究场效应管交流参数也称为动态参数，主要是研究场效应管交流性能时涉及的性能参数。场效应管交流性能时涉及的性能参数。场效应管交流性能时涉及的性能参数。场效应管交流性能时涉及的性能参数。1 1）低频跨导低频跨导低频跨导低频跨导g gmmg gmm是描述栅、源电压对漏极电流的控制作用。具是描述栅、源电压对漏极电流的控制作用。具是描述栅、源电压对漏极电流的控制作用。具是描述栅、源电压对漏极电流的控制作用。具体公式为：体公式为：体公式为：体公式为：2 2）极间电容极间电容极间电容极间电容场效应管三个电极之间的电容，包括场效应管三个电极之间的电容，包括场效应管三个电极之间的电容，包括场效应管三个电极之间的电容，包括C CGSGS、C CGDGD和和和和C CDSDS。这些极间电容愈小这些极间电容愈小这些极间电容愈小这些极间电容愈小,则管子的高频性能愈好。一般为几则管子的高频性能愈好。一般为几则管子的高频性能愈好。一般为几则管子的高频性能愈好。一般为几个个个个pFpF。3 3）输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻r rd d说明了说明了说明了说明了u uDSDS对对对对i iD D的影响，是输出特性某一点上的影响，是输出特性某一点上的影响，是输出特性某一点上的影响，是输出特性某一点上切线的斜率倒数。切线的斜率倒数。切线的斜率倒数。切线的斜率倒数。在饱和区（线性放大区），在饱和区（线性放大区），在饱和区（线性放大区），在饱和区（线性放大区），i iD D随随随随u uDSDS改变很小，因此改变很小，因此改变很小，因此改变很小，因此r rd d的的的的数值很大，一般在几十千欧到几百千欧之间。数值很大，一般在几十千欧到几百千欧之间。数值很大，一般在几十千欧到几百千欧之间。数值很大，一般在几十千欧到几百千欧之间。极限参数极限参数极限参数极限参数(the maximum parameter)(the maximum parameter)是管子在正常工作是管子在正常工作是管子在正常工作是管子在正常工作状态不允许超过的参数。如果超越，可能会损坏管子。状态不允许超过的参数。如果超越，可能会损坏管子。状态不允许超过的参数。如果超越，可能会损坏管子。状态不允许超过的参数。如果超越，可能会损坏管子。1）漏极最大允许耗散功率漏极最大允许耗散功率PDM2 2）漏、源间击穿电压漏、源间击穿电压漏、源间击穿电压漏、源间击穿电压U U（BRBR）DSDS3 3）栅源间击穿电压栅源间击穿电压栅源间击穿电压栅源间击穿电压U U（BRBR）GSGS 3.3.极限参数极限参数极限参数极限参数(2)(2)(2)(2)场效应三极管的型号场效应三极管的型号场效应三极管的型号场效应三极管的型号 场效应三极管的型号场效应三极管的型号场效应三极管的型号场效应三极管的型号,现行有两种命名方法。其一现行有两种命名方法。其一现行有两种命名方法。其一现行有两种命名方法。其一是与双极型三极管相同，第三位字母是与双极型三极管相同，第三位字母是与双极型三极管相同，第三位字母是与双极型三极管相同，第三位字母J J代表结型场代表结型场代表结型场代表结型场效应管，效应管，效应管，效应管，OO代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料，材料，材料，材料，D D是是是是P P型硅，反型层是型硅，反型层是型硅，反型层是型硅，反型层是N N沟道；沟道；沟道；沟道；C C是是是是N N型硅型硅型硅型硅P P沟道。如沟道。如沟道。如沟道。如,3DJ6D,3DJ6D是结型是结型是结型是结型N N沟道场效应三极管，沟道场效应三极管，沟道场效应三极管，沟道场效应三极管，3DO6C3DO6C是绝缘栅型是绝缘栅型是绝缘栅型是绝缘栅型N N沟道场效应三极管。沟道场效应三极管。沟道场效应三极管。沟道场效应三极管。第二种命名方法是第二种命名方法是第二种命名方法是第二种命名方法是CS#CS#，CSCS代表场效应管，代表场效应管，代表场效应管，代表场效应管，以数字代表型号的序号，以数字代表型号的序号，以数字代表型号的序号，以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号用字母代表同一型号用字母代表同一型号用字母代表同一型号中的不同规格。例如中的不同规格。例如中的不同规格。例如中的不同规格。例如CS14ACS14A、CS45GCS45G等。等。等。等。几种常用场效应三极管的主要参数双极型三极管与场效应三极管的比较 双极型三极管双极型三极管双极型三极管双极型三极管 场效应三极管场效应三极管场效应三极管场效应三极管 结构结构结构结构 NPNNPN型型型型 结型结型结型结型 N N沟道沟道沟道沟道 P P沟道沟道沟道沟道 与与与与 PNPPNP型型型型 绝缘栅绝缘栅绝缘栅绝缘栅 增强型增强型增强型增强型 N N沟道沟道沟道沟道 P P沟道沟道沟道沟道 分类分类分类分类 C C与与与与E E一般不可一般不可一般不可一般不可 绝缘栅绝缘栅绝缘栅绝缘栅 耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型 N N沟道沟道沟道沟道 P P沟道沟道沟道沟道 倒置使用倒置使用倒置使用倒置使用 D D与与与与S S有的型号可倒置使用有的型号可倒置使用有的型号可倒置使用有的型号可倒置使用 载流子载流子载流子载流子 多子扩散少子漂移多子扩散少子漂移多子扩散少子漂移多子扩散少子漂移 多子漂移多子漂移多子漂移多子漂移 输入量输入量输入量输入量 电流输入电流输入电流输入电流输入 电压输入电压输入电压输入电压输入 控制控制控制控制 电流控制电流源电流控制电流源电流控制电流源电流控制电流源 电压控制电流源电压控制电流源电压控制电流源电压控制电流源 噪声噪声噪声噪声 较大较大较大较大 较小较小较小较小温度特性温度特性温度特性温度特性 受温度影响较大受温度影响较大受温度影响较大受温度影响较大 较小，且有零温度系数点较小，且有零温度系数点较小，且有零温度系数点较小，且有零温度系数点输入电阻输入电阻输入电阻输入电阻 几十到几千欧姆几十到几千欧姆几十到几千欧姆几十到几千欧姆 几兆欧姆以上几兆欧姆以上几兆欧姆以上几兆欧姆以上静电影响静电影响静电影响静电影响 不受静电影响不受静电影响不受静电影响不受静电影响 易受静电影响易受静电影响易受静电影响易受静电影响集成工艺集成工艺集成工艺集成工艺 不易大规模集成不易大规模集成不易大规模集成不易大规模集成 适宜大规模和超大规模集成适宜大规模和超大规模集成适宜大规模和超大规模集成适宜大规模和超大规模集成3.3 场效应管放大电路场效应管放大电路（a）共源电路 （b）共漏电路 （c）共栅电路场效应管放大电路的三种接法场效应管放大电路的三种接法场效应管放大电路的三种接法场效应管放大电路的三种接法 场效应管必须工作在放大区，即必须采用合适的直场效应管必须工作在放大区，即必须采用合适的直场效应管必须工作在放大区，即必须采用合适的直场效应管必须工作在放大区，即必须采用合适的直流电流将其工作点（流电流将其工作点（流电流将其工作点（流电流将其工作点（U UDSDS，I ID D）设置于输出特性曲线的）设置于输出特性曲线的）设置于输出特性曲线的）设置于输出特性曲线的放大区，且保持稳定。与晶体管放大电路相类似，场效放大区，且保持稳定。与晶体管放大电路相类似，场效放大区，且保持稳定。与晶体管放大电路相类似，场效放大区，且保持稳定。与晶体管放大电路相类似，场效应管放大电路有共源、共漏、共栅三种接法，它们的交应管放大电路有共源、共漏、共栅三种接法，它们的交应管放大电路有共源、共漏、共栅三种接法，它们的交应管放大电路有共源、共漏、共栅三种接法，它们的交流通路如图所示。流通路如图所示。流通路如图所示。流通路如图所示。场效应管放大电路的直流偏置与静态分析场效应管放大电路的直流偏置与静态分析1.自偏压电路 2.分压器式自偏压电路 3.3.2 场效应管放大电路的动态分析场效应管放大电路的动态分析1.场效应管小信号模型场效应管小信号模型(a)结型场效应管小信号模型 (b)绝缘栅型场效应管小信号模型 由于结型场效应管的输入电阻比绝缘栅场效应管小，所由于结型场效应管的输入电阻比绝缘栅场效应管小，所由于结型场效应管的输入电阻比绝缘栅场效应管小，所由于结型场效应管的输入电阻比绝缘栅场效应管小，所以结型场效应管的小信号模型保留了电阻以结型场效应管的小信号模型保留了电阻以结型场效应管的小信号模型保留了电阻以结型场效应管的小信号模型保留了电阻r rgsgs，如图（，如图（，如图（，如图（a a），），），），而绝缘栅场效应管输入电阻趋近于无穷大，所以小信号模而绝缘栅场效应管输入电阻趋近于无穷大，所以小信号模而绝缘栅场效应管输入电阻趋近于无穷大，所以小信号模而绝缘栅场效应管输入电阻趋近于无穷大，所以小信号模型中不再画输入电阻，直接将栅型中不再画输入电阻，直接将栅型中不再画输入电阻，直接将栅型中不再画输入电阻，直接将栅-源之间开路处理，如图源之间开路处理，如图源之间开路处理，如图源之间开路处理，如图（b b）。）。）。）。对于结型场效应管当小信号作用时，可以用IDQ来近似iD，所以 对于增强型对于增强型对于增强型对于增强型MOSMOS管管管管当场效应管用在高频或脉冲电路时，极间电容的影响不当场效应管用在高频或脉冲电路时，极间电容的影响不当场效应管用在高频或脉冲电路时，极间电容的影响不当场效应管用在高频或脉冲电路时，极间电容的影响不能忽略，此时场效应管需用高频模型如图能忽略，此时场效应管需用高频模型如图能忽略，此时场效应管需用高频模型如图能忽略，此时场效应管需用高频模型如图3-183-18所示。所示。所示。所示。图3-18场效应管高频小信号模型2.应用小信号模型法分析场效应管放大电路应用小信号模型法分析场效应管放大电路（a）电路 （b）微变等效电路中频电压增益中频电压增益中频电压增益中频电压增益 输入电阻、输出电阻输入电阻、输出电阻输入电阻、输出电阻输入电阻、输出电阻:根据输入电阻、输出电阻根据输入电阻、输出电阻根据输入电阻、输出电阻根据输入电阻、输出电阻:R Ri i=;=;R ROO=R RD D 1 1）共源极放大器）共源极放大器）共源极放大器）共源极放大器2）.共漏放大电路的动态分析a.静态：b.b.动态计算动态计算动态计算动态计算48三种基本放大电路的性能比较三种基本放大电路的性能比较组态对应关系：组态对应关系：CEBJTFETCSCCCDCBCGBJTFET电压增益：电压增益：CE：CC：CB：CS：CD：CG：49输出电阻：输出电阻：三种基本放大电路的性能比较三种基本放大电路的性能比较BJTFET输入电阻：输入电阻：CE：CC：CB：CS：CD：CG：CE：CC：CB：CS：CD：CG：第三章 结束不做教学要求内容，不做教学要求内容，有兴趣者自学有兴趣者自学