第四章 场效应管及基本放大电路精选文档.ppt

第四章 场效应管及基本放大电路本讲稿第一页，共二十八页4.1 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 4.1.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理 4.1.2 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数 本讲稿第二页，共二十八页1.结构结构（以（以N沟道沟道JFET为例）为例）本讲稿第三页，共二十八页2.工作原理工作原理 VGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当当VGS0时时（以（以N沟道沟道JFET为例）为例）当沟道夹断时，对应的当沟道夹断时，对应的栅源电压栅源电压VGS称为称为夹断电压夹断电压VP（或或VGS(off)）。）。对于对于N沟道的沟道的JFET，VP 0。PN结反偏结反偏耗尽层加厚耗尽层加厚沟道变窄。沟道变窄。VGS继续减小，沟道继继续减小，沟道继续变窄续变窄 VDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当当VGS=0时，时，VDS ID G、D间间PN结的反向电结的反向电压增加，使靠近漏极处的压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。从上至下呈楔形分布。当当VDS增加到使增加到使VGD=VP 时，时，在紧靠漏极处出现预夹断。在紧靠漏极处出现预夹断。此时此时VDS 夹断区延长夹断区延长沟道电阻沟道电阻 ID基本不变基本不变 VGS和和VDS同时作用时同时作用时当当VP VGS0 时，时，导电沟道导电沟道更容易夹断，更容易夹断，对于同样的对于同样的VDS，ID的值比的值比VGS=0时的值时的值要小。要小。在预夹断处在预夹断处VGD=VGS-VDS=VP 本讲稿第四页，共二十八页综上分析可知综上分析可知 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，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所以场效应管也称为单极型三极管。JFETJFET是电压控制电流器件，是电压控制电流器件，i iD D受受v vGSGS控制控制预夹断前预夹断前i iD D与与v vDSDS呈近似线性关系；预夹断后，呈近似线性关系；预夹断后，i iD D趋于饱和。趋于饱和。#为什么为什么为什么为什么JFETJFET的输入电阻比的输入电阻比的输入电阻比的输入电阻比BJTBJT高得多？高得多？高得多？高得多？JFET JFET栅极与沟道间的栅极与沟道间的PNPN结是反向偏置的，因结是反向偏置的，因 此此i iG G 0 0，输入电阻很高。，输入电阻很高。本讲稿第五页，共二十八页#JFETJFET有正常放大作用时，沟道处于什么状态？有正常放大作用时，沟道处于什么状态？有正常放大作用时，沟道处于什么状态？有正常放大作用时，沟道处于什么状态？4.1.2 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数2.转移特性转移特性 VP1.输出特性输出特性 本讲稿第六页，共二十八页uGD=UGS(off)时称为预夹断夹断电压本讲稿第七页，共二十八页uGD=UGS(off)时称为预夹断夹断电压本讲稿第八页，共二十八页 夹断电压夹断电压VP(或或VGS(off)：饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS：低频跨导低频跨导gm：或或3.主要参数主要参数漏极电流约为零时的漏极电流约为零时的VGS值值。VGS=0时对应的漏极电流。时对应的漏极电流。低频跨导反映了低频跨导反映了vGS对对iD的控制作用。的控制作用。gm可以可以在转移特性曲线上求得，单位是在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子毫西门子)。输出电阻输出电阻rd：本讲稿第九页，共二十八页4.2绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管MOSFET反型层 uDS 不变，uGS增大，反型层（导电沟道）将变厚。当反型层将两个N区相接时，管子导通。1.N沟道增强型管沟道增强型管SiO2绝缘层本讲稿第十页，共二十八页2.耗尽型管（考试不要求）耗尽型管（考试不要求）加正离子 uGS=0时就存在导电沟道。本讲稿第十一页，共二十八页绝缘栅型场效应管特性曲线1)增强型MOS管2)耗尽型MOS管开启电压本讲稿第十二页，共二十八页各种场效应管所加偏压极性小结本讲稿第十三页，共二十八页1.直流偏置电路直流偏置电路4.3 FET的直流偏置电路及静态分析的直流偏置电路及静态分析（1）自给自给偏压电路偏压电路vGSvGS=-iDR本讲稿第十四页，共二十八页（2）混合偏压）混合偏压电路电路本讲稿第十五页，共二十八页2.静态工作点静态工作点Q点：点：VGS、ID、VDSvGS=VDS=已知已知VP，由，由VDD-ID(Rd+R)-iDR可解出可解出Q点的点的VGS、ID、VDS 本讲稿第十六页，共二十八页 夹断电压夹断电压VP(或或VGS(off)：饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS：低频跨导低频跨导gm：或或3.主要参数主要参数漏极电流约为零时的漏极电流约为零时的VGS值值。VGS=0时对应的漏极电流。时对应的漏极电流。低频跨导反映了低频跨导反映了vGS对对iD的控制作用。的控制作用。gm可以可以在转移特性曲线上求得，单位是在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子毫西门子)。输出电阻输出电阻rd：本讲稿第十七页，共二十八页3.主要参数主要参数 直流输入电阻直流输入电阻RGS：对于结型场效应三极管，反偏时对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于约大于107。最大漏极功耗最大漏极功耗PDM 最大漏源电压最大漏源电压V(BR)DS 最大栅源电压最大栅源电压V(BR)GS本讲稿第十八页，共二十八页FET放大电路组成原则及分析方法放大电路组成原则及分析方法(1)静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区，区，FET的偏置电路相对简单。的偏置电路相对简单。(2)动态：能为交流信号提供通路。动态：能为交流信号提供通路。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：小信号等效电路法。小信号等效电路法。分析方法：分析方法：本讲稿第十九页，共二十八页1.直流偏置电路直流偏置电路4.3 FET的直流偏置电路及静态分析的直流偏置电路及静态分析（1）自给自给偏压电路偏压电路vGSvGS=-iDR本讲稿第二十页，共二十八页（2）混合偏压）混合偏压电路电路本讲稿第二十一页，共二十八页2.静态工作点静态工作点Q点：点：VGS、ID、VDSvGS=VDS=已知已知VP，由，由VDD-ID(Rd+R)-iDR可解出可解出Q点的点的VGS、ID、VDS 本讲稿第二十二页，共二十八页4.4 FET4.4 FET的交流参数和小信号模型的交流参数和小信号模型4.4.1 4.4.1 FETFET的主要交流参数的主要交流参数 1）低频跨导低频跨导gm：低频跨导反映了低频跨导反映了vGS对对iD的控制的控制作用。作用。gm可以在转移特性曲线上求得，单位是可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫毫西门子西门子)。2）漏极内阻）漏极内阻rds：本讲稿第二十三页，共二十八页很大，很大，可忽略。可忽略。4.4.2 FET的小信号模型的小信号模型GSDuGSiDuDSSGDugsgmugsudsSGDrDSugsgmugsuds本讲稿第二十四页，共二十八页场效应管放大电路小结场效应管放大电路小结(1)场效应管放大器输入电阻很大。场效应管放大器输入电阻很大。(2)场效应管共源极放大器场效应管共源极放大器(漏极输出漏极输出)输入输出反相，电压放大倍数大于输入输出反相，电压放大倍数大于1；输出电阻；输出电阻=RD。(3)场效应管源极跟随器输入输出同相，电场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于压放大倍数小于1且约等于且约等于1；输出电阻；输出电阻小。小。本讲稿第二十五页，共二十八页 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：本讲稿第二十六页，共二十八页输出电阻：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：本讲稿第二十七页，共二十八页 夹断电压夹断电压VP(或或VGS(off)：饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS：低频跨导低频跨导gm：或或3.主要参数主要参数漏极电流约为零时的漏极电流约为零时的VGS值值。VGS=0时对应的漏极电流。时对应的漏极电流。低频跨导反映了低频跨导反映了vGS对对iD的控制作用。的控制作用。gm可以可以在转移特性曲线上求得，单位是在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子毫西门子)。输出电阻输出电阻rd：本讲稿第二十八页，共二十八页