模电第05章场效应管放大电路(康华光).ppt

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1、第五章第五章场效应管放大电路场效应管放大电路(JFET部分部分)重点：重点：1.掌握场效应管的工作原理、特性曲线掌握场效应管的工作原理、特性曲线；2.学学会判断场效应管的工作状态；会判断场效应管的工作状态；3.掌握场效应管放大电路掌握场效应管放大电路(特别是结型场效应管特别是结型场效应管 JFET放大电路放大电路)的分析方法。的分析方法。12 2、符号符号gsdp+p+漏极漏极d源极源极s栅极栅极gN5.3 结型场效应管结型场效应管JFET一一.N沟道结型场效应管沟道结型场效应管(N沟道沟道JFET)1 1、结构结构两个两个PN结夹着一个结夹着一个N型沟道。型沟道。3.N沟道沟道JFET的放大

2、原理的放大原理(以共源极接法为例以共源极接法为例)N沟道沟道JFET共源极接法的接线：共源极接法的接线：+vGS -gsd+vDS -igiD+VCC-RD经实验证明经实验证明:(1)VP0:非工作区域非工作区域,此时此时ig 0(2)当栅源电压当栅源电压vGS 变化变化,漏源电压漏源电压vDS=constant0时时:vGS VP(夹断电压夹断电压,VP0):漏极电流漏极电流iD=0VPvGS0:vGS 越大越大,iD越大越大互导放大作用互导放大作用(3)当漏源电压当漏源电压VDS变化变化,栅源电压栅源电压VPvGS=constant0时时:0vDS(vGS-VP):vDS越大越大,iD恒定

3、恒定;且且iD=IDSS(1-vGS/VP)234.N4.N沟道沟道沟道沟道JFET的的的的内部微观原理内部微观原理内部微观原理内部微观原理(1)当栅源电压当栅源电压vGS 变化变化,漏源电压漏源电压vDS0时时当当vGS0时时当当vGS VP时时(固定参数固定参数)沟道夹断沟道夹断 PN结反偏结反偏耗尽层加厚耗尽层加厚 沟道变窄沟道变窄当当vGS0时时PN结正偏结正偏,耗尽层变薄耗尽层变薄当当vGS=0时时N沟道最宽沟道最宽ig 0,非工作区域非工作区域这时若这时若vDS 0,则则iD 0 同样的同样的vDS 情况情况 iD iD=04(2)当栅源电压当栅源电压vGS=constantVP,

4、漏源电压漏源电压vDS变化时变化时由于由于vGSVP,所以导电沟道未夹断。所以导电沟道未夹断。a.当当vDS=0时时,iD=0。b.当当vDS iD 沟道产生电位梯度沟道产生电位梯度,靠近漏极靠近漏极d处的耗尽层加宽处的耗尽层加宽,沟道变沟道变窄窄,呈楔形分布。呈楔形分布。c.当当vDS再再,使使vDS=vGS-VP时时,在靠漏极处夹断在靠漏极处夹断预夹断。预夹断。即即:预夹断前预夹断前,vDS iD ;预夹断后预夹断后,vDS iD几乎不变。几乎不变。d.当当vDS再再 预夹断点下移预夹断点下移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(3)由于由于VPvGS0时时,g与与d

5、、s之间是两个反向偏置的二之间是两个反向偏置的二极管极管,所以栅极电流所以栅极电流ig0。55 5、N沟道结型场效应管的沟道结型场效应管的特性曲线特性曲线特性曲线特性曲线(1)(1)转移特性曲线转移特性曲线(iD vGS/vDS=constant)夹断电压夹断电压VPIDSSID/mAVGS/V1234-3 2 1 0 饱和漏饱和漏极电流极电流IDSS、VP结型和耗尽型结型和耗尽型结型和耗尽型结型和耗尽型MOSMOS管的固定参数管的固定参数管的固定参数管的固定参数注意：注意：VP 0,正常工作电压正常工作电压vGS0,栅极电流栅极电流ig0+vGS -gsd+vDS -igiD+VCC-RD低

6、频跨导低频跨导,参数之一参数之一曲线上某点的曲线上某点的斜率：斜率：6(2)(2)输出特性曲线输出特性曲线(iD vDS/vGS=constant)(漏极特性曲线漏极特性曲线漏极特性曲线漏极特性曲线)VGS=-1VVGS=-2VVGS=VP0V DS/VID/mA43214 8 12 16 20VGS=0预夹断预夹断轨迹轨迹:vDS=vGS-VP可变电阻区可变电阻区恒流区恒流区截止区截止区+vGS -gsd+vDS -igiD+VCC-RD76.6.工作区域的特点及其工作区域判断工作区域的特点及其工作区域判断工作区域的特点及其工作区域判断工作区域的特点及其工作区域判断(1)截止区截止区判断：判

7、断：VGS VP特点：特点：iD0这时场效应管这时场效应管D、S端相当于端相当于:一个断开的开关。一个断开的开关。VGS=-1VVGS=-2VVGS=VP0V DS/VID/mA43214 8 12 16 20VGS=0截止区截止区+vGS -gsd+vDS -igiD+VCC-RD8(2)可变电阻区可变电阻区可变电阻区可变电阻区(线性区线性区线性区线性区)判断：判断：vGS VP ,vDSvGS-VP特点特点:rds 是一个受是一个受vGS 控制的可变电阻控制的可变电阻 vGS越大越大,rds越小。越小。当当VGS 足够大足够大(如如:vGS0)时时场效应管场效应管DS端相当于端相当于:一个

8、接通的开关。一个接通的开关。VGS=-1VVGS=-2VVGS=VP0V DS/VID/mA43214 8 12 16 20VGS=0可变电阻区可变电阻区+vGS -gsd+vDS -igiD+VCC-RD9(3)恒流区恒流区恒流区恒流区(饱和区、放大区饱和区、放大区饱和区、放大区饱和区、放大区)判断判断:VGS VP ,vDS vGS-VP特点特点:vDSvCC-iDRDVGS=-1VVGS=-2VVGS=VP0V DS/VID/mA43214 8 12 16 20VGS=0恒流区恒流区若若vGS恒定恒定,则则iD恒定恒定恒流源特点恒流源特点这时场效应管这时场效应管D、S端相当于端相当于:一

9、个受电压控制的恒流源一个受电压控制的恒流源+vGS -gsd+vDS -igiD+VCC-RD10gds二二.结型结型P沟道场效应管沟道场效应管1.1.符号符号3.3.分析方法分析方法 P沟道沟道分析方法与分析方法与N N N N沟道沟道沟道沟道耗尽耗尽耗尽耗尽型相同，只不过型相同，只不过型相同，只不过型相同，只不过须将所须将所有的电压电流方向、大于小于号方向反过来。有的电压电流方向、大于小于号方向反过来。三三.JFET的参数的参数与耗尽型与耗尽型与耗尽型与耗尽型MOSMOS管的参数相同。管的参数相同。管的参数相同。管的参数相同。漏极漏极源极源极栅极栅极N+N+漏极漏极d源极源极s栅极栅极gP

10、2.2.结构结构11四四.共源极共源极JFET放大电路放大电路1.电路电路2.静态分析静态分析直流通道：直流通道：VGS=VDDRg2/(Rg1+Rg2)-IDRID=IDSS(1-VGS/Vp)2VDS=VDD-ID(Rd+R)gm=-2IDSS(1-VGS/Vp)/Vp Rg1Rg2RVDDRd+VGS ID+VDS123.动态分析动态分析(1)JFET的小信号模型的小信号模型等效等效+vgs-+vds-gmvgsrdsiddgsgsd+vgs-+vds-id其中其中:rds1/ID但但JFET的的rds=几百几百k,很大很大+vgs-+vds-gmvgsiddgs分析动态分析动态信号很小

11、信号很小中低频中低频等等效效分析动态分析动态信号很小信号很小高频高频等等效效+vgs-+vds-gmvgsrdsiddgsCgs+CgbCgdCds13(2)JFET共源极放大电路的小信号模型共源极放大电路的小信号模型RL+vo -RRg1Rg2Rg3Rd+vgs-idgmvgs+vi -iiRS+vS-14+vgs-Rg1RLRS+vS-+vi -iiid+vo -gmvgsRRg2RdRg3(3)电压增益电压增益Avvo=-gmvgs(Rd/RL)vi=vgs+gm vgs R(5)输入电阻输入电阻Ri=Rg3+Rg1/Rg2(4)纯电压增益纯电压增益Avs15(6)输出电阻输出电阻求输出

12、电阻的图求输出电阻的图:vso=gmvgs RRoRdvgs+vso=0+vgs-Rg1RLRS+vS-+vi -iiid+vo -gmvgsRRg2RdRg3+vgs-Rg1RSid gmvgsRRg2RdRg3i+v -vgs+gmvgs R=0vgs=0165.5 各种放大器件电路性能比较各种放大器件电路性能比较24本章小结本章小结1.FET分分为为JFET、MOSFET等等种种类类，工工作作时时只只有有一一种种载载流流子子参参与与导导电电，因因此此称称为为单单极极性性型型晶晶体体管管。FET是是一一种种压压控控电电流流型型器器件件，改改变变其其栅栅源源电电压压就就可可以以改改变变其其漏漏极极电流。电流。2.FET放放大大器器的的偏偏置置电电路路与与BJT放放大大器器不不同同，主主要要有有自自偏压式和分压式两种。偏压式和分压式两种。3.FET放大电路也有三种组态：共源、共漏和共栅。放大电路也有三种组态：共源、共漏和共栅。电电路路的的动动态态分分析析需需首首先先利利用用FET的的交交流流模模型型建建立立电电路路的的交交流流等等效效电电路路，然然后后再再进进行行计计算算，求求出出电电压压放放大大倍倍数、输入电阻、输出电阻等量。数、输入电阻、输出电阻等量。27场效应管放大电路场效应管放大电路结结 束束28