最新场效应管放大电路18222幻灯片.ppt

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1、进入夏天，少不了一个热字当头，电扇空调陆续登场，每逢此时，总会进入夏天，少不了一个热字当头，电扇空调陆续登场，每逢此时，总会想起那一把蒲扇。蒲扇，是记忆中的农村，夏季经常用的一件物品。记想起那一把蒲扇。蒲扇，是记忆中的农村，夏季经常用的一件物品。记忆中的故乡，每逢进入夏天，集市上最常见的便是蒲扇、凉席，不论男女老忆中的故乡，每逢进入夏天，集市上最常见的便是蒲扇、凉席，不论男女老少，个个手持一把，忽闪忽闪个不停，嘴里叨叨着少，个个手持一把，忽闪忽闪个不停，嘴里叨叨着“怎么这么热怎么这么热”，于是三，于是三五成群，聚在大树下，或站着，或随即坐在石头上，手持那把扇子，边唠嗑五成群，聚在大树下，或站着

2、，或随即坐在石头上，手持那把扇子，边唠嗑边乘凉。孩子们却在周围跑跑跳跳，热得满头大汗，不时听到边乘凉。孩子们却在周围跑跑跳跳，热得满头大汗，不时听到“强子，别跑强子，别跑了，快来我给你扇扇了，快来我给你扇扇”。孩子们才不听这一套，跑个没完，直到累气喘吁吁，。孩子们才不听这一套，跑个没完，直到累气喘吁吁，这才一跑一踮地围过了，这时母亲总是，好似生气的样子，边扇边训，这才一跑一踮地围过了，这时母亲总是，好似生气的样子，边扇边训，“你你看热的，跑什么？看热的，跑什么？”此时这把蒲扇，是那么凉快，那么的温馨幸福，有母亲此时这把蒲扇，是那么凉快，那么的温馨幸福，有母亲的味道！蒲扇是中国传统工艺品，在我国

3、已有三千年多年的历史。取材的味道！蒲扇是中国传统工艺品，在我国已有三千年多年的历史。取材于棕榈树，制作简单，方便携带，且蒲扇的表面光滑，因而，古人常会在上于棕榈树，制作简单，方便携带，且蒲扇的表面光滑，因而，古人常会在上面作画。古有棕扇、葵扇、蒲扇、蕉扇诸名，实即今日的蒲扇，江浙称之为面作画。古有棕扇、葵扇、蒲扇、蕉扇诸名，实即今日的蒲扇，江浙称之为芭蕉扇。六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非圆，轻巧又便宜的蒲芭蕉扇。六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非圆，轻巧又便宜的蒲扇。蒲扇流传至今，我的记忆中，它跨越了半个世纪，也走过了我们的扇。蒲扇流传至今，我的记忆中，它跨越了半个世纪，也走过

4、了我们的半个人生的轨迹，携带着特有的念想，一年年，一天天，流向长长的时间隧半个人生的轨迹，携带着特有的念想，一年年，一天天，流向长长的时间隧道，袅道，袅4.1 绝缘栅型场效应管( Insulated Gate Field Effect Transister)绝缘栅型场效应管IGFET有称金属氧化物场效应管MOSFET( Metal Oxide Semiconductor FET)是一种利用半导体表面的电场效应，由感应电荷的多少改变导电沟道来控制漏极电流的器件，它的栅极与半导体之间是绝缘的，其电阻大于109。增强型：VGS=0时，漏源之间没有导电沟道， 在VDS作用下无iD。耗尽型：VGS=0时

5、，漏源之间有导电沟道， 在VDS作用下iD。（2）漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用VDS ID 不变不变（c）当VDS增加到VGDVT时，沟道如图所示。此时预夹断区域加长，向S极延伸。 VDS增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上， ID基本趋于不变漏源电压漏源电压VDS对对沟道的影响动画沟道的影响动画 ID=f(VGS)VDS=const转移特性曲线 iD vGS /VID=f(VDS)VGS=const输出特性曲线 vDS /V iD3. 特性曲线（以N沟道增强型为例）值时的是在恒流区，DTGSDTGSDDivIVvIiV2 ) 1-(020转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电

6、压VGS对漏极电流ID的控制作用。 gm 的量纲为mA/V，称为跨导。 gm=ID/VGS VDS=const 输出特性曲线 vDS /V iD(1) (1) 截止区（夹断区）截止区（夹断区）VGS |VP |时的漏 极电流。（耗尽）极间电容 ：漏源电容CDS约为 0.11pF，栅源电容CGS和栅 漏极电容CGD约为13pF。场效应管的主要参数(5) 低频跨导 gm ：表示vGS对iD的控制作用。DSGSDmVvdidg =在转移特性曲线上， gm 是曲线在某点上的斜率，也可由iD的表达式求导得出，单位为 S 或 mS。(6) 最大漏极电流 IDM (8) 漏源击穿电压 V(BR)DS 栅源击

7、穿电压 V(BR)GS (7) 最大漏极耗散功率 PDM 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。其一是与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3DO6C是绝缘栅型N沟道场效应三极管。 第二种命名方法是CS#，CS代表场效应管，以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS14A、CS45G等。几种常用的场效应三极管的主要参数见表几种常用的场效应三极管的主要参数见表 参 数 型号 PDM mW IDSS mA VRD

8、S V VRGS V VP V gm mA/ V fM MHz 3DJ2D 100 20 20 -4 2 300 3DJ7E 100 20 20 -4 3 90 3DJ15H 100 611 20 20 -5.5 8 3DO2E 100 0.351.2 12 25 1000 CS11C 100 0.31 -25 -4 2 4. 2 结型场效应管(Junction type Field Effect Transister) 1. N沟道结型场效应管的结构和符号 结型场效应管是一种利用耗尽层宽度改变导电沟道的宽窄来控制漏极电流的大小的器件。它是在N型半导体硅片的两侧各制造一个PN结，形成两个PN结

9、夹着一个N型沟道的结构。P区即为栅极g(G)，N型硅的一端是漏极d(D)，另一端是源极s(S)。箭头方向表示栅结正偏或正偏时栅极电流方向。N沟道结型场效应管的结构动画2. 工作原理ID（1）VGS对导电沟道的影响：VP(VGS(OFF) )：夹断电压栅源之间是反偏的PN结，RGS107，所以IG=0(a) VGS=0，VDS=0，ID=0 结型场效应管没有绝缘层，只能工作在反偏的条件下。N沟道结型场效应管只能工作在负栅压区，P沟道的只能工作在正栅压区，否则将会出现栅流。N沟道结型场效应管工作原理：工作原理(c) |VGS | = VP ，导电沟道被全夹断(b) 0 VGS 0 但|VGS-VD

10、S| |VP |时的漏极电流2 )-1 (PGSDSSDVvIi 当|vGS - vDS | | vP |后，管子工作在恒流区，vDS对iD的影响很小。实验证明，当|vGS - vDS | | VP | 时，iD可近似表示为：场效应管总结双极型和场效应型三极管的比较双极型三极管双极型三极管场效应三极管场效应三极管结构NPN型PNP型结型耗尽型 N沟道 P沟道绝缘栅增强型 N沟道 P沟道绝缘栅耗尽型 N沟道 P沟道C与E一般不可倒置使用D与可倒置使用载流子多子扩散少子漂移多子漂移控制电流控制电流源CCCS()电压控制电流源VCCS(gm)噪声较大较小温度特性受温度影响较大较小，可有零温度系数点输

11、入电阻几十到几千欧姆几兆欧姆以上静电影响不受静电影响易受静电影响集成工艺不易大规模集成适宜大规模和超大规模集成4.3 场效应管应用场效应管应用例1：作反相器用。|Vp1|=|Vp2|=VT 0|VT|VT ，截止 Tn:VGSn=VddVT ，导通Vo= 0Vi= 0时：Tp:VGSp=-VddVT ，导通Tn:VGSn=0VT ，截止Vo= +VddTnsViTpsVoViVo+VddTpTn场效应管应用例2：压控电阻场效应管工作在可变电阻区时，iD随vDS的增加几乎成线性增大，而增大的比值受vGS控制。所以可看成是受vGS控制的电阻。20K5Vd+_vovivivo4.4 场效应管放大电路

12、场效应管的小信号模型共源极放大电路共漏极放大电路共栅组态基本放大电路4.4.1 场效应管的小信号模型DSdsGSmDdvrdvgdi1),(=DSGSDvvfi已知场效应管输出特性表达式：DSVDSDGSVGSDDdvvidvvidiGSDS求全微分:dsVDSDrviGS1漏极与源极间等效电阻dsdsgsmVrVgId1变化量mVGSDgviDS其中： 低频跨导,可从输出曲线上求出场效应管的小信号模型一般rds很大，可忽略，得简化小信号模型:4.4.2 共源极放大电路以NMOS增强型场效应管为例三极管共射极(b)共集电极(c)共基极(b)场效应管 共源极(s)共漏极(d)共栅极(g)三极管与

13、场效应管三种组态对照表： 电路组成 比较共源和共射放大电路，它们只是在偏置电路和受控源的类型上有所不同。只要将微变等效电路画出，就是一个解电路的问题了。 图中Rg1、Rg2是栅极偏置电阻，Rs是源极电阻，Rd是漏极负载电阻。与共射基本放大电路的Rb1、Rb2，Re和Rc分别一一对应。而且只要结型场效应管栅源间PN结是反偏工作，无栅流，那么JFET和MOSFET的直流通道和交流通道是一样的。直流分析（估算法）直流通路 直流分析(估算法）： VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2) VGS= VGVS= VGIDR ID= IDSS1(VGS /VP)2 VDS= VDDID(Rd+R) 解出VGS

14、、ID和VDS。交流分析微变等效电路LdLLmiLdgsm/)/(RRRRgVRRVgAvRVIRRiiig1g2/ /.doo=RIVRoisivsRRRRgALm4.4.3 共漏极放大电路 直流分析VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2)VGS= VGVS= VGIDRID= IDSS1(VGS /VP)2VDS= VDDIDR由此可以解出VGS、ID和VDS。与三极管共集电极电路对应直流通路：交流分析)/(g2g1giRRRR11)/()/(LmLmLgsmgsLgsmioRgRgRRVgVRRVgVVAv)(sosivvsiivsRRAARRRVVA输出电阻RgRgRIVRVVgRVVg

15、RVImmooogsomogsmoo11/1/4.4.4 共栅极放大电路RoRdmmgsmgsgsiii1/11gRgRVgRVVIVRLmLdmgsLdgsmio)/()/(RgRRgVRRVgVVAv例题例题1 共源共源已知：gm=0.3mA/VIDSS=3mAVP=-2V解：静态分析：VGS=-RIDID= IDSS1(VGS /VP)2代入参数得：3ID2-7ID+3=0IDQ=0.57mA ID=1.77mA（不合理，舍去）VGSQ=-1.14V VDSQ=VDD-ID(Rd+R)=8.31V+vi -C10.01uQRg10MR2KRd15KRL18KC20.1uC310uVDD1

16、8V+vo -例题例题1解解动态分析：Ri=Rg=10MRo=Rd=15KLdLLgsmogsmgsiRRRRVgVRVgVV/53. 11)/(mLmgsmgsLgsmioRgRgRVgVRRVgVVAv例题例题2 多级放大电路多级放大电路已知： VBE=0.6V, =120, gm=3mA/V, VP=-2V, IDSS=4mA+vi -Q1Q2Q3Rg10MRs2kRd15kRC212kRe1200Re220kRe33.6kRL2kC1C2VCC15V+vo-解：静态分析：VGS=-RsIDID= IDSS1(VGS /VP)2代入参数得：4ID2-9ID+4=0ID=0.61mA ID

17、=1.64mA（舍去）VGS=-1.22V VDVCC-IDRd=5.85V（忽略IB2）IE2= (VDVBE2)/(Re1+Re2)=0.26mAVC2VCC-IE2RC2=11.88V（忽略IB3）IE3= (VC2VBE3)/Re3=3.13mA VCE2VCC-IE3Re2=3.72Vrbe2=12.9krbe3=1.2k例题例题2解解动态分析：Ri=Rg=10MRi2= rbe2+(1+ )Re1 =37.1kRi3= rbe3 +(1+ )Re3/RL =156k+vi -Q1Q2Q3Rg10MRs2kRd15kRC212kRe1200Re220kRe33.6kRL2kC1C2VCC15V+vo-6 . 41/m2dm1RgRRgAiv36)1 (/123C22ebeivRrRRA1)1 ()1 (32LbeLvRrRA165321vvvvAAAA作业n4.4.4n4.4.5n4.5.4