第五章 场效应管精选文档.ppt

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1、第五章场效应管本讲稿第一页，共六十五页G(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极1、结构、结构5.1 结型场效应管结型场效应管(JFET)扩散情况：NPNNNPP基底基底：N型半导体型半导体两边是两边是P区区导电沟道导电沟道NPP5.1.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理本讲稿第二页，共六十五页NPPG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极N沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGS符号符号栅极上的箭头表示栅极电流的方向（由P区指向N区）。结型场效应管代表符号中栅极上的箭头方向，可以确认沟道的类型。本讲稿第三页，共六十五页PNNG(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DGS

2、符号符号本讲稿第四页，共六十五页本讲稿第五页，共六十五页2、工作原理（以、工作原理（以N沟道为例）沟道为例）vDS=0V时时vGSNGSDvDSNNPPiDPN结反偏，结反偏，vGS越越大则耗尽区越宽，大则耗尽区越宽，导电沟道越窄。导电沟道越窄。vGS0V(1)vGS对导电沟道及对导电沟道及iD的控制的控制本讲稿第六页，共六十五页vDS=0V时时NGSDvDSvGSNNiDPPvGS越大耗尽区越宽，沟越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。道越窄，电阻越大。但当但当vGS较小时，耗尽区宽较小时，耗尽区宽度有限，存在导电沟道。度有限，存在导电沟道。DS间相当于线性电阻。间相当于线性电阻。本讲稿第七页

3、，共六十五页VDS=0时时NGSDVDSVGSPPIDVGS达到一定值时（达到一定值时（夹夹断电压断电压VP）,耗尽区碰耗尽区碰到一起，到一起，DS间被夹断，间被夹断，这时，即使这时，即使vDS 0V，漏极电流漏极电流iD=0A。本讲稿第八页，共六十五页vGS0、vGD=vGS-vDSVP时耗时耗尽区的形状尽区的形状NGSDvDSvGSPPiD越靠近漏端，越靠近漏端，PN结结反压越大反压越大6V6V0V2V4V 导电沟道中电位分布情况(1)vDS对对iD的影响的影响本讲稿第九页，共六十五页vGSVp且且vDS较大时较大时vGDVP时耗时耗尽区的形状尽区的形状NGSDvDSvGSPPiD沟道中仍

4、是电阻特沟道中仍是电阻特性，但是是非线性性，但是是非线性电阻。电阻。本讲稿第十页，共六十五页vGSVp vGD=VP时时vDS增大则被夹断区增大则被夹断区向下延伸。向下延伸。NGSDvDSvGSPPiD漏端的沟道被夹断，称漏端的沟道被夹断，称为为予夹断。予夹断。本讲稿第十一页，共六十五页vGS0时时vGS足够大时足够大时（vGSVT）感应）感应出足够多电子，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。感应出电子感应出电子VT称为开启电压称为开启电压本讲稿第三十二页，共六十五页vGS较小时，导电较小时，导电沟道相当于电阻将沟道相当于电阻将D-S连接起来

5、，连接起来，vGS越大此电阻越小。越大此电阻越小。PNNGSDvDSvGS本讲稿第三十三页，共六十五页PNNGSDvDSvGS当当vDS不太大不太大时，导电沟道时，导电沟道在两个在两个N区间区间是均匀的。是均匀的。当当vDS较大时，较大时，靠近靠近D区的区的导电沟道变导电沟道变窄。窄。本讲稿第三十四页，共六十五页PNNGSDvDSvGS夹断后，即夹断后，即使使vDS 继续增继续增加，加，ID仍呈仍呈恒流特性恒流特性。iDvDS增加，增加，vGD=VT 时，靠时，靠近近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。本讲稿第三十五页，共六十五页三、增强型三、增强型N沟道沟道MOS管的特

6、性曲线管的特性曲线转移特性曲线转移特性曲线0iDvGSVT本讲稿第三十六页，共六十五页输出特性曲线输出特性曲线iDv DS0iGS0本讲稿第三十七页，共六十五页四、耗尽型四、耗尽型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线耗尽型的耗尽型的MOS管管vGS=0时就有导电沟道，加反向电压才时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。能夹断。转移特性曲线转移特性曲线0iDvGSVT本讲稿第三十八页，共六十五页输出特性曲线输出特性曲线iDvDS0vGS=0vGS0本讲稿第三十九页，共六十五页五、说明：五、说明：（1）MOS管由四种基本类型；（2）MOS管的特性与结型场效应管的特性类似；（3）增强型的MOS管的v

7、GS必须超过一定的值以使沟道形成；耗尽型的MOS管使形成沟道的vGS可正可负；（4）MOS管的输入阻抗特别高（5）衡量场效应管的放大能力用跨导 单位：ms本讲稿第四十页，共六十五页六、六、MOS管的有关问题管的有关问题（2）交流参数低频跨导：极间电容：栅源电容CGS，栅漏电容CGD，漏源电容CDS（3）极限参数 最大漏极电流IDM，最大耗散功率P0M，漏源击穿电压V(BR)DS栅源击穿电压VBR)GS1、主要参数（1）直流参数开启电压VT指增强型的MOS管夹断电压VP指耗尽型的MOS管零栅压漏极电流IDSS直流输入电阻：通常很大10101015左右本讲稿第四十一页，共六十五页六、六、MOS管的

8、有关问题管的有关问题2、场效应管与三极管的比较本讲稿第四十二页，共六十五页六、六、MOS管的有关问题管的有关问题3、使用注意事项（1）结型场效应管的栅源电压不能接反，但可在开路状态下保存；（2）MOS管在不使用时，须将各个电极短接；（3）焊接时，电烙铁必须有外接地线，最好是断电后再焊接；（4）结型场效应管可用万用表定性检测管子的质量，而MOS管必须用专门的仪器来检测；（5）若用四引线的场效应管，其衬底引线应正确连接；本讲稿第四十三页，共六十五页vGSiD0vDS:N沟道加正压P沟道加负压各种场效应管的转移特性和输出特性对比 (a)转移特性IDSSVPIDSSN沟道JFETN沟道增强MOSVTN

9、沟道耗尽MOSP沟道耗尽MOSP沟道增强MOSVTP沟道JFETIDSSVPVPVP本讲稿第四十四页，共六十五页各种场效应管的转移特性和输出特性对比 (b)输出特性结型vGS和vDS相反增强型vGS同vDS同极性耗尽型vGS任意本讲稿第四十五页，共六十五页极 性放大区条件vDSN沟道管：正极性(vDS0)vDSvGSVP0P沟道管：负极性(vDS0)vDSVGSVPVP(或VT)P沟道管：vGSVP(或VT)FET放大偏置时vDS与vGS应满足的关系本讲稿第四十六页，共六十五页 5.4场效应管放大电路场效应管放大电路(1)静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区，静态：适当的静态工作点，

10、使场效应管工作在恒流区，场效应管的偏置电路相对简单。场效应管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：微变等效电路法。微变等效电路法。分析方法：分析方法：场效应管是电压控制器件。它利用栅源电压来控制漏极电流的变化。它的放大作用以跨导来体现，在场效应管的漏极特性的水平部分，漏极电流iD的值主要取决于vGS，而几乎与vDS无关。本讲稿第四十七页，共六十五页1、自偏压电路、自偏压电路2、分压式自偏压电路、分压式自偏压电路Rg：使g与地的直流电位几乎相同（因上无电流）。R

11、：当IS流过R时产生直流压降ISR，使S对地有一定的电压：VGS=ISR=IDR05.4.1场效应管的直流偏置电路及静态分析场效应管的直流偏置电路及静态分析1.直流偏置电路直流偏置电路VDDRdR-Rg+vGSiD-viC1+CSC2-+RLvoVDD=18VRCRg1RdRg3Rg22M47k10M30k2kT+Cb2Cb147u4.7u0.01u本讲稿第四十八页，共六十五页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 静态工作点静态工作点以自偏压电路为例(1)近似估算法近似估算法 Cb10.01

12、u4.7uCb2VDD=18VRCRdRg10M30k2kT+47u+-gsdvivo本讲稿第四十九页，共六十五页VDS=VDD-ID(Rd+R)VP=-1V IDSS=0.5mAID=0.5mA(1+0.4-2ID)2ID=(0.95+0.64,0.95-0.64)mAIDVGS则：则：VG VS而：而：IG=0所以：所以：voVDD=20VRSviCSR1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k例例5.1本讲稿第五十六页，共六十五页VDD=20VvoRSviCSR1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k二、动态分析二、动态分析微变等效电路微变等效电路R

13、o=RD=10kR2R1RGvi+-sgdRLRLRDvo-+本讲稿第五十七页，共六十五页VDD=20VvoRSviR1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10kCS微变等效电路微变等效电路Ro=RD=10kR2R1RGvi+-sgdRLRLRDvo-+RS本讲稿第五十八页，共六十五页共漏极放大器共漏极放大器源极输出器源极输出器vo+VDDRSviC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G一、静态分析一、静态分析VSVGVDS=VDD-VS=20-5=15V本讲稿第五十九页，共六十五页vo+VDDRSviC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G二、动态

14、分析二、动态分析RiRo Ro gR2R1RGsdRLRS微变等效电路微变等效电路本讲稿第六十页，共六十五页输出电阻输出电阻 Ro加压求流法加压求流法gd微变等效电路微变等效电路Ro Ro R2R1RGsRS本讲稿第六十一页，共六十五页微变等效电路共栅放大器共栅放大器动态分析动态分析EDRESRdRLuigmugsgduiRdRLsRI总Ii1、电压放大倍数Vo=Id=gmVgsVi=Vgs Av=Vo/Vi=gm2、输入电阻 Vi=I总R=(Ii+gmVgs)R =(IigmUi)R得3、输出电阻 Ro=Rd本讲稿第六十二页，共六十五页CE/CB/CCCE/CB/CC CS/CG/CDCS/

15、CG/CDRi CS：Rg1/Rg2CD：Rg+(Rg1/Rg2)CG：R/(1/gm)Ro CS：RdCD：R/(1/gm)CG：Rd本讲稿第六十三页，共六十五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)输入输出输入输出反相，电压放大倍数大于反相，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，电压放大场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于倍数小于1且约等于且约等于1；输出电阻小。；输出电阻小。本讲稿第六十四页，共六十五页在T1 位置上画出合适的FET；若T1的漏极电位VD=14V，其gm=3ms，求T1的静态值ID、VDS、VGS？若T2的=50，VBE=0.6 V，求T2的静态值IB、IC、VCE？画出微变等效电路，并求AV、Ri、RO。两级电压放大电路如下图所示。本讲稿第六十五页，共六十五页