数电场效应晶体管及其放大电路精.ppt

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1、数电场效应晶体管及其放大电路第1页，本讲稿共28页1 场效应晶体管场效应晶体管 场效应晶体管是电压控制元件，它的输出电流决定于输入端电场效应晶体管是电压控制元件，它的输出电流决定于输入端电压的大小，基本上不需要信号源提供电流，它的输入电阻很高，可压的大小，基本上不需要信号源提供电流，它的输入电阻很高，可高达高达1091014。场效应晶体管的外形与普通晶体管相似，但二者控制特性却截场效应晶体管的外形与普通晶体管相似，但二者控制特性却截然不同。然不同。普通晶体管是电流控制元件，通过控制基极电流达到控制集电普通晶体管是电流控制元件，通过控制基极电流达到控制集电极电流或发射极电流的目的，信号源必须提供

2、一定的电流才能工作，极电流或发射极电流的目的，信号源必须提供一定的电流才能工作，它的输入电阻低，约为它的输入电阻低，约为102104。第2页，本讲稿共28页场效应晶体管场效应晶体管结型场效应管结型场效应管绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道场效应晶体管的分类：场效应晶体管的分类：第3页，本讲稿共28页1.1 结构示意图结构示意图1 增强型绝缘栅场效应管增强型绝缘栅场效应管N沟道沟道 N+N+P型硅衬底型硅衬底源极源极S漏极漏极D栅极栅极GSiO2绝缘层P沟道沟道 P+P+N型硅衬底型硅衬底源极源极S漏极漏极D栅极栅极GSiO2绝缘层 注意

3、：栅极和其它电极及衬底之间是绝缘的，所以称为绝缘栅场效应管，或称注意：栅极和其它电极及衬底之间是绝缘的，所以称为绝缘栅场效应管，或称Metal Oxide Semiconductor，简称，简称 MOS场效应管。由于栅极是绝缘的，栅极电流几乎为零，栅源电阻（输入电阻）场效应管。由于栅极是绝缘的，栅极电流几乎为零，栅源电阻（输入电阻）RGS很高，最高可达很高，最高可达1014。第4页，本讲稿共28页N+N+P型硅衬底型硅衬底SDG+-UGSUDS+-当UGS=0时相当于两个反接的PN结ID=01.2 工作原理工作原理（以（以N沟道为例说明）沟道为例说明）第5页，本讲稿共28页N+N+P型硅衬底型

4、硅衬底SDG+-UGSUDS+-ID垂直于衬底表面产生电场电场吸引衬底中电子到表层电子填补空穴形成负空间电荷区当UGS0时第6页，本讲稿共28页N沟道沟通源区与漏区与衬底间被耗尽层绝缘耗尽层N+N+P型硅衬底型硅衬底SDG+-UGSUDS+-ID第7页，本讲稿共28页N+N+P型硅衬底型硅衬底SDG+-UGSUDS+-ID导电沟道形成后，UDS越大，ID越大。UGS越大，电场越强，沟道越宽，沟道等效电阻越小。第8页，本讲稿共28页1.3 特性曲线特性曲线转移特性曲线转移特性曲线开启电压：当UGSUGS(th)时，导电沟道已形成，随着UGS的增大，ID也增大。IDUGSOUGS(th)无沟道无沟

5、道有沟道有沟道第9页，本讲稿共28页输出特性曲线输出特性曲线IDUDSUGS=1V2V3V4V第10页，本讲稿共28页2 耗尽型绝缘栅场效应管耗尽型绝缘栅场效应管1.1 结构特点（以结构特点（以 N沟道为例）沟道为例）N+N+P型硅衬底型硅衬底源极源极S漏极漏极D栅极栅极GSiO2绝缘层 在制造管子时，即在SiO2绝缘层中掺入大量正离子，因而在两个 N+区之间感应出许多电子，形成原始导电沟道。第11页，本讲稿共28页+-UGSUDS+-IDN+N+P型硅衬底型硅衬底SDG 由于有原始导电沟道的存在，当UGS=0时，在UDS的作用下，也会有电流ID。1.2 工作特点工作特点第12页，本讲稿共28

6、页N+N+P型硅衬底型硅衬底SDG+-UGSUDS+-ID 当UGS0时，UGS越大，导电沟道越宽，等效电阻越小，在同样的UDS作用下，ID也就越大。第13页，本讲稿共28页 当UGS0时，UGS负值越大，导电沟道越窄，等效电阻越大，在同样的UDS作用下，ID也就越小。N+N+P型硅衬底型硅衬底SDG-+UGSUDS+-ID第14页，本讲稿共28页N+N+P型硅衬底型硅衬底SDG-+UGSUDS+-ID 当UGS小于某一负值时，导电沟道被夹断，这时不管UDS为多大，ID=0。第15页，本讲稿共28页1.3 特性曲线特性曲线转移特性曲线转移特性曲线夹断电压：当UGSUGS(off)时，随着UGS

7、的增大，ID也增大。IDUGSO无沟道无沟道有沟道有沟道UGS(off)IDSS漏极饱和电流第16页，本讲稿共28页输出特性曲线输出特性曲线IDUDSUGS=-2V-1V0V1V第17页，本讲稿共28页3 电路符号电路符号GSDN沟道增强型沟道增强型 GSDP沟道耗尽型沟道耗尽型 GSDN沟道耗尽型沟道耗尽型 GSDP沟道增强型沟道增强型 第18页，本讲稿共28页4 主要参数主要参数参数符号漏极饱和电流IDSS(V)栅源夹断电压UGS(off)(V)开启电压UGS(th)(V)栅源绝缘电阻（输入电阻）RGS()共源小信号低频跨导gm(A/V)最高漏源电压UDS(BR)(V)最高栅源电压UGS(

8、BR)(V)最大耗散功率PDM(mV)PD=UDSID第19页，本讲稿共28页 共源小信号低频跨导：共源小信号低频跨导：gm(A/V、mA/V)gm表征场效应管表征场效应管UGS对对ID控制能力的大小，也表明控制能力的大小，也表明场效应管是电压控制元件。场效应管是电压控制元件。特别说明特别说明第20页，本讲稿共28页双极性晶体管场效应管类型NPN型或PNP型N沟道或P沟道载流子（电子、空穴）两种载流子同时参与导电只有一种载流子参与导电控制方式电流控制电压控制放大参数=20100gm=15(mA/V)输入电阻1021041071014输出电阻rce很高rds很高热稳定性差差好制造工艺较复杂简单、

9、成本低对应极基极栅极、发射极源极、集电极漏极场效应管与双极性晶体管的比较场效应管与双极性晶体管的比较第21页，本讲稿共28页2 场效应晶体管放大电路场效应晶体管放大电路（共源极接法的分压式偏置放大电路共源极接法的分压式偏置放大电路）场效应管放大电场效应管放大电路具有很高的输入电路具有很高的输入电阻，因此适用于高内阻，因此适用于高内阻信号源的放大，通阻信号源的放大，通常用在多级放大电路常用在多级放大电路的输入级。的输入级。RG1TRSuSC1C2RDui+-+uoRL+UDDRG2RSSCS第22页，本讲稿共28页T场效应管，电压控制元件，用栅源电压控制漏极电流。场效应管，电压控制元件，用栅源电

10、压控制漏极电流。RD漏极负载电阻，漏极负载电阻，获得随获得随ui变化的输出电压。变化的输出电压。RSS源极电阻，稳定工作点。源极电阻，稳定工作点。RG1、RG1分压偏置电阻，分压偏置电阻，与与RSS配合获得合适的偏压配合获得合适的偏压UGS。CS旁路电容。旁路电容。C1、C1 耦合电容。耦合电容。UDD 直流电源，提供能量。直流电源，提供能量。RG1TRSuSC1C2RDui+-+uoRL+UDDRG2RSSCS第23页，本讲稿共28页栅极电位栅极电位源极电位源极电位栅源电压栅源电压对对N沟道耗尽型：通常使沟道耗尽型：通常使UGS0设设则则RG1TRSuSC1C2RDui+-+uoRL+UDDRG2RSSCS1 静态分析静态分析第24页，本讲稿共28页2 动态分析动态分析交流通路交流通路RG1TRSuSui+-uoRLRG2RDugsidGSDRG1TRSuSC1C2RDui+-+uoRL+UDDRG2RSSCS第25页，本讲稿共28页RG1TRSuSui+-uoRLRG2RDugsidGSDRG1RSuSui+-uoRLRG2RDugsidgmugsGSD微变等效电路微变等效电路第26页，本讲稿共28页RG1RSuSui+-uoRLRG2RDugsidgmugsGSD第27页，本讲稿共28页The End第28页，本讲稿共28页