模拟电子技术 第3章 场效应管放大电路.ppt

第第3章章 场效应管放大电路场效应管放大电路1第第3章章 场效应管放大电路场效应管放大电路3.3 P沟道场效应管沟道场效应管3.4 场效应管的主要参数场效应管的主要参数3.5 场效应管放大电路场效应管放大电路3.2绝缘栅绝缘栅场效应管场效应管2场效应管与双极型晶体管不同，它是多子场效应管与双极型晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。导电，输入阻抗高，温度稳定性好。结型场效应管结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管MOS场效应管有两种场效应管有两种:3.2 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管metal-oxide-semiconductor type field effect transistor33.2.1 N沟道增强型沟道增强型MOS管管1.结构和电路符号结构和电路符号P型基底型基底两个两个N区区SiO2绝缘层绝缘层导电沟道导电沟道金属铝金属铝N沟道增强型沟道增强型PNNgsdgsdB42.2.工作原理工作原理N 沟道增强型沟道增强型UDSUGSUGS=0时时D-S 间相当于间相当于两个反接的两个反接的PN结结iD=0对应截止区对应截止区PNNgsd5UGS0时时UGS足够大时足够大时（UGSUGS(th)）感应出足够多电感应出足够多电子，这里出现以子，这里出现以电子导电为主的电子导电为主的N型导电沟道。型导电沟道。感应出电子感应出电子UGS(th)称为阈值称为阈值(开启）电压开启）电压UDSUGSPNNgsd1)导电导电 沟道的建立沟道的建立6UGS较小时，导较小时，导电沟道相当于电电沟道相当于电阻将阻将D-S连接起连接起来，来，UGS越大此越大此电阻越小。电阻越小。UDSUGSPNNgsd对应可变电阻区对应可变电阻区7当当UDS不太大时，不太大时，导电沟道在两导电沟道在两个个N区间是均匀区间是均匀的。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。UDSUGSPNNgsd8夹断后，即使夹断后，即使UDS 继续增加，继续增加，iD仍呈恒流特性仍呈恒流特性。iDUDS增加，增加，UGS-UDS=UGS(th)时，靠时，靠近近D端的沟道被夹端的沟道被夹断，称为予夹断。断，称为予夹断。对应放大（恒流）区对应放大（恒流）区UDSUGSPNNgsd2)uDS对对iD的影响的影响3)uGS对对iD的控制作用的控制作用93.特性曲线特性曲线转移特性曲线转移特性曲线转移特性近似表示式转移特性近似表示式为为时的时的0iD/mAUGS/VUGS(th)IDO10输出特性曲线输出特性曲线iD/mAU DS/V0UGS0可变电阻区可变电阻区恒流区恒流区U DS U GS-UGS(th)击穿区击穿区U GS UGS(th)截止区截止区11N 沟道耗尽型沟道耗尽型予埋了导予埋了导电沟道电沟道 PNNgsd3.2.2 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管管gsdB12N沟道沟道耗尽型耗尽型MOS管的特性曲线管的特性曲线耗尽型的耗尽型的MOS管管UGS=0时就有导电沟道，加反向时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。电压才能夹断。转移特性曲线转移特性曲线0iDUGSUGS(off)IDSS转移特性近似表示式转移特性近似表示式13输出特性曲线输出特性曲线iDU DS0UGS=0UGS0IDSS14N沟道耗尽型绝缘栅场效应管沟道耗尽型绝缘栅场效应管 符号及特性曲线符号及特性曲线iDUDSUGSgsdgsdB15UGS=0VU DS（V）iD（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2VQ跨导跨导gm=iD/uGS 16P 沟道增强型沟道增强型NPPgsd3.3 P沟道场效应管沟道场效应管gsdB17P 沟道耗尽型沟道耗尽型予埋了导予埋了导电沟道电沟道 NPPgsdgsdB183.饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS2.夹断电压夹断电压UGS(off)3.4.1直流参数直流参数3.4 场效应管的主要参数场效应管的主要参数1.开启电压开启电压UGS(th)4.直流输入电阻直流输入电阻RGS191.低频跨导低频跨导gm2.极间电容极间电容3.4.2 极限参数极限参数3.4.2 交流参数交流参数1.漏极最大允许耗散功率漏极最大允许耗散功率PDM2.漏、源击穿电压漏、源击穿电压U(BR)DS3.柵源极击穿电压柵源极击穿电压U(BR)GS201.1.场效应管是电压控制元件，场效应管是电压控制元件，UGSID2.2.三极管是电流控制元件三极管是电流控制元件，IBIC2.场效应管输入端没有电流，输入电阻高，三极场效应管输入端没有电流，输入电阻高，三极管总有输入电流，输入电阻小。管总有输入电流，输入电阻小。场效应管具有放大作用，可组成各种放大电场效应管具有放大作用，可组成各种放大电路，它与双极性三极管相比，有以下特点：路，它与双极性三极管相比，有以下特点：3.场效应管是多数载流子导电，噪声小，热稳场效应管是多数载流子导电，噪声小，热稳定性好。定性好。4.场效应管易于集成化制造。场效应管易于集成化制造。场效应管的特点场效应管的特点211.1.场场效效应应管管是是以以UGS控控制制ID，称称电电压压控控制制元元件件；三极管是以三极管是以IB控制控制IC ，称电流控制元件。称电流控制元件。2.2.场场效效应应管管的的放放大大系系数数为为gm，三三极极管管的的放放大大系系数数为为。3.3.场场效效应应管管与与三三极极管管电电极极的的对对应应关关系系为为g b、d c、s e。场效应管与三极管的比较场效应管与三极管的比较22(1).静态：适当的静态工作点，使场效应管工静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流作在恒流(放大放大)区区 (2).动态动态:能为交流信号提供通能为交流信号提供通路路组成原则组成原则静态分析：静态分析：估算法、图解法估算法、图解法。动态分析动态分析：微变等效电路法微变等效电路法。分析方法分析方法3.5 场效应管放大电路场效应管放大电路23场效应管的微变等效电路场效应管的微变等效电路gsdsgdrDSidrDS=UDS/ID 很大，可忽略很大，可忽略。24简化的场效应管微变等效电路简化的场效应管微变等效电路压控电流源压控电流源sgdid251.静态分析静态分析无输入信号时无输入信号时（ui=0），），估算估算：UDS和和 ID。3.5.1共源极放大电路共源极放大电路+UDDuoRSuiCSC2C1R2RdRgR1RLgdsIDUDS+_26联立解出联立解出UGS、ID。直流通道直流通道+UDDR2RdRgR1RSgdsIDUDSIG1)解析法解析法27直流通道直流通道2)图解法图解法此直线方程与转移特性的交点此直线方程与转移特性的交点+UDDR2RdRgR1RSgdsIDUDSIG0ID/mAUGS/VUGS(off)Q282.动态分析动态分析微变等效电路微变等效电路sgdid+UDDuoRSuiCSC2C1R2RdRgR1RLgds+_sgR2R1RgdRLRdUgsgmUgsUiUoId+_+_+_29riro2)输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻负号表示输出输入反相负号表示输出输入反相sgR2R1RgdRLRdUgsgmUgsUiUoId+_+_+_ri=Rg+R1/R2ro=Rd1)电压放大倍数电压放大倍数30(2)求电压放大倍数、输入、输出电阻。求电压放大倍数、输入、输出电阻。R1=47k R2=2M Rg=10M Rd=30k RS=2k RL=30k IDSS=0.5mAUDD=18VUGS(off)=-1V例例3.5.1共源极放大电路，共源极放大电路，(1)求静态工作点。求静态工作点。+UDDuoRSuiCSC2C1R2RdRgR1RLgds+_解：解：31电压放大倍数估算，先求电压放大倍数估算，先求gm=-0.77（30/30）-11.6RL=RD/RL联立求解得：联立求解得：ri=Rg+R1/R2 Rg=10M ro=Rd=30k 323.5.2共漏极放大电路共漏极放大电路uo+UDDRSuiC1RgRLdsC2g+_sgRgdRLRsUgsgmUgsUiUo+_+_+_微变等效电路微变等效电路33联立解出联立解出UGS、ID。直流通道直流通道1.静态分析静态分析+UDDRSgdsIDuo+UDDRSuiC1RgRLdsC2g+_34微变等效电路：微变等效电路：rirosgRgdRLRsUgsgmUgsUiUo+_+_+_2.动态分析动态分析1)电压放大倍数电压放大倍数2)输入电阻输入电阻353)输出电阻输出电阻加压求流法加压求流法sgRgdRsUgsgmUgsIo+_+_Uo361.场效应管是一种电压控制器件。场效应管是一种电压控制器件。2.和半导体三极管相比，场效应管由多数载流子参与和半导体三极管相比，场效应管由多数载流子参与导电，所以温度稳定性好、抗辐射能力强、噪声低。导电，所以温度稳定性好、抗辐射能力强、噪声低。3.场效应管主要优点是输入电阻非常高。场效应管主要优点是输入电阻非常高。4.绝缘栅型场效应管分为绝缘栅型场效应管分为N沟道和沟道和P沟道两种。分为增沟道两种。分为增强型和耗尽型两种形式。强型和耗尽型两种形式。5.场效应管有可变电阻区、恒流区、截止区三个工作场效应管有可变电阻区、恒流区、截止区三个工作区，当组成放大电路时，应工作在恒流区区，当组成放大电路时，应工作在恒流区。6.本章主要要掌握场效应管共源极放大电路。本章主要要掌握场效应管共源极放大电路。本章小结本章小结37第第3章作业章作业：3-12(b)、(c)，3-1338