模电课件第5章PPT教案.pptx

模电课件第模电课件第5章章第一页，共45页。2 25.3 结型场效应管结型场效应管(JFET)5.1 金属金属(jnsh)-氧化物氧化物-半导体半导体(MOS)场效场效应管应管5.2 MOSFET放大放大(fngd)电路电路5.5 各种放大器件电路性能比较各种放大器件电路性能比较*5.4 砷化镓金属砷化镓金属-半导体场效应管半导体场效应管第1页/共45页第二页，共45页。3 3q 掌握场效应管的直流偏置电路掌握场效应管的直流偏置电路(dinl)及分析；及分析；q 场效应管放大器的微变等效电路场效应管放大器的微变等效电路(dinl)分析法。分析法。第2页/共45页第三页，共45页。4 4N沟道沟道(u do)P沟道沟道(u do)增强型增强型耗尽耗尽(ho jn)型型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)场效应管分类：场效应管分类：第3页/共45页第四页，共45页。5 55.1 金属金属(jnsh)氧化物半氧化物半导体导体（MOS）场效应管）场效应管MOSFETMOSFET简称简称MOSMOS管，它有管，它有N N沟道和沟道和P P沟道之分，其沟道之分，其中每一类又可分为中每一类又可分为(fn wi)(fn wi)增强型和耗尽型两增强型和耗尽型两种。种。耗尽型：当耗尽型：当vGS0时，存在导电沟道时，存在导电沟道(u do)，iD0。增强型：当增强型：当vGS0时，没有导电沟道时，没有导电沟道(u do)，iD0。第4页/共45页第五页，共45页。6 65.1.1 N沟道沟道(u do)增强型增强型MOSFET1 1结构结构(jigu)(jigu)PNNGSDP型基底型基底(j d)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GSDN沟道增强型沟道增强型第5页/共45页第六页，共45页。7 7N 沟道沟道(u do)耗尽型耗尽型PNNGSD予埋了导予埋了导电电(dodin)(dodin)沟道沟道 GSD第6页/共45页第七页，共45页。8 8NPPGSDGSDP 沟道沟道(u do)增增强型强型第7页/共45页第八页，共45页。9 9P 沟道沟道(u do)耗尽型耗尽型NPPGSDGSD予埋了导予埋了导电电(dodin)(dodin)沟道沟道 第8页/共45页第九页，共45页。10102 2工作工作(gngzu)(gngzu)原理原理JFET是利用是利用PN结反向电压对耗尽层厚度的控结反向电压对耗尽层厚度的控制，来改变导电沟道制，来改变导电沟道(u do)的宽窄，从而控的宽窄，从而控制漏极电流的大小。而制漏极电流的大小。而MOSFET则是利用栅源则是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。少，从而控制漏极电流的大小。第9页/共45页第十页，共45页。11112 2工作工作(gngzu)(gngzu)原理原理（以（以N 沟道沟道(u do)增强增强型为例）型为例）PNNGSDVDSVGSVGS=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对应对应(duyng)截止区截止区第10页/共45页第十一页，共45页。1212PNNGSDVDSVGSVGS0时时VGS足够大时足够大时（VGSVT）感）感应出足够多电子，应出足够多电子，这里出现以电子这里出现以电子导电为主的导电为主的N型型导电沟道。导电沟道。感应感应(gnyng)出电子出电子VT称为称为(chn wi)开启电压开启电压第11页/共45页第十二页，共45页。1313VGS较小时，导较小时，导电沟道电沟道(u do)相当于电阻将相当于电阻将D-S连接起来，连接起来，VGS越大此电阻越大此电阻越小。越小。PNNGSDVDSVGS第12页/共45页第十三页，共45页。1414PNNGSDVDSVGS当当VDS不太不太大时，导电大时，导电沟道在两个沟道在两个(lin)N区间是均匀区间是均匀的。的。当当VDS较较大时，靠大时，靠近近D区的区的导电导电(dodin)沟道变窄。沟道变窄。第13页/共45页第十四页，共45页。1515PNNGSDVDSVGS夹断后，即夹断后，即使使VDS 继续继续增加，增加，ID仍呈仍呈恒流特性恒流特性。IDVDS增加，增加，VGD=VT 时，时，靠近靠近(kojn)D端的沟道端的沟道被夹断，称为予夹断。被夹断，称为予夹断。第14页/共45页第十五页，共45页。16163 3特性曲线特性曲线(qxin)(qxin)（增强型（增强型N N沟道沟道MOSMOS管）管）第15页/共45页第十六页，共45页。1717输出特性曲线输出特性曲线(qxin)3 3特性曲线特性曲线(qxin)(qxin)（增强型（增强型N N沟道沟道MOSMOS管）管）可变电阻区可变电阻区击穿区击穿区IDU DS0UGS=5V4V-3V3V-5V线性放大区线性放大区第16页/共45页第十七页，共45页。1818转移特性转移特性(txng)曲线曲线3 3特性曲线特性曲线(qxin)(qxin)（增强型（增强型N N沟道沟道MOSMOS管）管）0IDUGSVT在恒流区（线性放在恒流区（线性放大大(fngd)区，即区，即VGSVT时有：时有：ID0是是vGS=2VT时的时的iD值。值。第17页/共45页第十八页，共45页。19194 4参数参数(cnsh)(cnsh)P P210210表表5.1.15.1.1列出了列出了MOSFETMOSFET的主要参数。的主要参数。第18页/共45页第十九页，共45页。20205.1.2 N沟道沟道(u do)耗尽型耗尽型MOSFET耗尽型的耗尽型的MOS管管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压时就有导电沟道，加反向电压才能才能(cinng)夹断。夹断。转移特性转移特性(txng)曲线曲线0IDUGSVT第19页/共45页第二十页，共45页。2121输出特性曲线输出特性曲线(qxin)IDU DS0UGS=0UGS0第20页/共45页第二十一页，共45页。22225.2 MOSFET放大放大(fngd)电路电路 直流偏置直流偏置(pin zh)电路电路 静态静态(jngti)工作工作点点 FET小信号模型小信号模型 动态指标分析动态指标分析 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5.2.1 FET的直流偏置及静态分析的直流偏置及静态分析5.2.2 FET放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法 第21页/共45页第二十二页，共45页。23231.直流偏置直流偏置(pin zh)电路电路5.2.1 FET的直流偏置电路及静态的直流偏置电路及静态(jngti)分分析析（1）自偏压）自偏压(pin y)电路电路（2）分压式自）分压式自偏压电路偏压电路vGSvGSvGSvGSvGSVGS=-IDR第22页/共45页第二十三页，共45页。24242.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 第23页/共45页第二十四页，共45页。25255.2.2 FET放大放大(fngd)电路的小信号模型电路的小信号模型分析法分析法1.FET小信号小信号(xnho)模型模型 （1）低频）低频(dpn)模型模型第24页/共45页第二十五页，共45页。2626（2）高频）高频(o pn)模型模型1.FET小信号模型小信号模型 第25页/共45页第二十六页，共45页。27272.动态指标动态指标(zhbio)分析分析 （1 1）共源电路及其小信号）共源电路及其小信号(xnho)(xnho)模型模型第26页/共45页第二十七页，共45页。28282.动态指标动态指标(zhbio)分析分析 中频中频(zhngpn)(zhngpn)小信号模型：小信号模型：第27页/共45页第二十八页，共45页。29292.动态指标动态指标(zhbio)分析分析 （2）中频电压）中频电压(diny)增益增益（3）输入电阻）输入电阻（4）输出电阻）输出电阻忽略忽略(hl)rD由输入输出回路得由输入输出回路得则则通常通常则则第28页/共45页第二十九页，共45页。3030 例例5.2.2 共漏极放大电路如图示。试求中频共漏极放大电路如图示。试求中频(zhngpn)电压增益、输入电阻和输出电阻。电压增益、输入电阻和输出电阻。（2）中频电压）中频电压(diny)增益增益（3）输入电阻）输入电阻得得 解：解：（1 1）中频）中频(zhngpn)(zhngpn)小信号模型小信号模型由由例题例题第29页/共45页第三十页，共45页。3131（4 4）输出电阻）输出电阻所以所以(suy)由图有由图有例题例题(lt)第30页/共45页第三十一页，共45页。32323.三种基本放大三种基本放大(fngd)电路的性能电路的性能比较比较组态组态(z ti)(z ti)对应关系：对应关系：CEBJTFETCSCCCDCBCGBJTFET电压增益：电压增益：CE：CC：CB：CS：CD：CG：第31页/共45页第三十二页，共45页。3333输出电阻：输出电阻：3.三种基本三种基本(jbn)放大电路的性能放大电路的性能比较比较BJTFET输入电阻：输入电阻：CE：CC：CB：CS：CD：CG：CE：CC：CB：CS：CD：CG：第32页/共45页第三十三页，共45页。34345.3 结型场效应管结型场效应管 结构结构(jigu)工作工作(gngzu)原理原理 输出特性输出特性 转移转移(zhuny)特性特性 主要参数主要参数 5.3.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理 5.3.2 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数 第33页/共45页第三十四页，共45页。3535 源极，用源极，用S或或s表示表示(biosh)N型导电型导电(dodin)沟道沟道漏极，用漏极，用D或或d表示表示(biosh)P型区型区P型区型区栅极栅极，用用G或或g表示表示栅极栅极，用用G或或g表示表示符号符号符号符号5.3.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理1.结构结构?符号中的箭头方向表示什么？符号中的箭头方向表示什么？符号中的箭头方向表示什么？符号中的箭头方向表示什么？第34页/共45页第三十五页，共45页。36362.工作工作(gngzu)原理原理 VGS对沟道的控制对沟道的控制(kngzh)作用作用当当VGS0时时（以（以N沟道沟道(u do)JFET为例）为例）当沟道夹断时，对应的栅源电压当沟道夹断时，对应的栅源电压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，沟道继续变窄继续减小，沟道继续变窄第35页/共45页第三十六页，共45页。37372.工作工作(gngzu)原原理理 VDS对沟道的控制对沟道的控制(kngzh)作用作用当当VGS=0时，时，VDS ID G、D间间PN结的反向结的反向(fn xin)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。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。当当VDS增加到使增加到使VGD=VP 时，在紧靠漏极处出现预夹断。时，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基本不变基本不变第36页/共45页第三十七页，共45页。38382.工作工作(gngzu)原理原理 VGS和和VDS同时同时(tngsh)作用时作用时当当VP VGS|V|VP P|时的漏极电流。时的漏极电流。I IDSSDSS是是JFETJFET所能输出的最大电流。所能输出的最大电流。反映了反映了vDS对对iD的影响。的影响。互导反映了栅源电压对漏极电流的控制能力互导反映了栅源电压对漏极电流的控制能力。第41页/共45页第四十二页，共45页。43433.主要参数主要参数 直流输入电阻直流输入电阻RGS：在漏源之间短路在漏源之间短路(dunl)(dunl)的条件下，栅源之间加一定电压时的栅源直流电阻就是直流输入电阻的条件下，栅源之间加一定电压时的栅源直流电阻就是直流输入电阻RGSRGS。最大漏极功耗最大漏极功耗(n ho)PDM 最大漏源电压最大漏源电压(diny)V(BR)DS 最大栅源电压最大栅源电压V(BR)GS发生雪崩击穿、发生雪崩击穿、i iD D开始急剧上升时的开始急剧上升时的v vDSDS值。值。指输入指输入PNPN结反向电流开始急剧增加时的结反向电流开始急剧增加时的v vGSGS值。值。JFETJFET的耗散功率等于的耗散功率等于v vDSDS与与i iD D的乘积。的乘积。P PDMDM受管子最高工作温度的限制。受管子最高工作温度的限制。第42页/共45页第四十三页，共45页。4444 结型场效应管的缺点结型场效应管的缺点(qudin)：1.栅源极间的电阻虽然可达栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在以上，但在某些场合某些场合(chng h)仍嫌不够高。仍嫌不够高。3.栅源极间的栅源极间的PN结加正向电压时，将出现结加正向电压时，将出现(chxin)较大的栅极电流。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。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。2.在高温下，在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。的电阻会显著下降。第43页/共45页第四十四页，共45页。45455.5 各种各种(zhn)放大器件电放大器件电路性能比较路性能比较1 1各种各种(zhn)FET(zhn)FET特性比较特性比较2 2使用使用(shyng)(shyng)注意事项注意事项见见P237P237表表5.5.15.5.1。见教材见教材P236P236第44页/共45页第四十五页，共45页。