场效应晶体管放大电路.pptx

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1、场效应管FET与三极管BJT的区别Sect1.BJT:是是 电流控制元件电流控制元件；FET:是是电压控制元件电压控制元件。2.BJT 参与导电的是参与导电的是电子电子空穴空穴，因此称其为双极型器件；，因此称其为双极型器件；FET 是电压控制元件，参与导电的只有是电压控制元件，参与导电的只有一种载流子一种载流子，称为单级型器件。，称为单级型器件。3.BJT 输入电阻较低输入电阻较低，一般，一般102104；FET 输入电阻高输入电阻高，可达，可达1091014 场效应管的分类场效应管的分类结型场效应管结型场效应管JFETMOS型场效应管型场效应管MOSFET 双极型三极管双极型三极管 场效应三

2、极管场效应三极管噪声 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第1页/共34页3.13.1、结型场效应管、结型场效应管Sect3.1.1、结构与工作原理漏极 D 集电极 C栅极 G 基极 B源极 S 发射极 E导通条件：UGS 0 UBE 0 UDS 0 UBC 01)在一定UDS作用下,栅源极电压 为负,栅源极勾道通,UGS决定电流 iD 的大小2)沟道中只有一种截流子 单极型晶体管1、结构第2页/共34页2.2.JFETJFET工作原理工作原理 N沟

3、道结型场效应三极管只能工作在负栅压区，P沟道的只能工作在正栅压区，当UGS=0时，沟道较宽，在UDS的作用下N沟道内的电子定向运动形成漏极电流ID。当UGS0时，PN结反偏，PN结加宽，漏源间的沟道将变窄，ID将减小，当UGS继续向负方向增加，沟道继续变窄，ID继续减小直至为0。当漏极电流为零时，所对应的栅源电压UGS称为夹断电压UP。P+P+NGSDUDSIDDP+P+NGSUDSIDUGS预夹断UGS=UP夹断状态ID=0Sect导电沟道第3页/共34页3.1.2 3.1.2 JFETJFET特性曲线特性曲线UP转移特性曲线输出特性曲线Sect1.输出特性曲线：l 可变电阻区 l 线性放大

4、区 ID=gm UGSl 击穿区IDSS：饱和栅极漏极电流,UGS=0UP：预夹断电压,iD=0 UT：开启电压,不通转通2.转移特性曲线：UT第4页/共34页3.23.2、绝缘栅场效应管、绝缘栅场效应管MOSMOSSect3.2.1.N3.2.1.N沟道沟道增强型增强型MOSMOS场效应管场效应管漏极D集电极C源极S发射极E栅极G基极B衬底B电极金属绝缘层氧化物基体半导体称之为MOS管类型：N沟道 增强型 P沟道 耗尽型退出退出1.结构和工作原理 第5页/共34页 当当UGS较小较小时，虽然在时，虽然在P型衬底表面形成型衬底表面形成 一层一层耗尽层耗尽层，但负离子不能导电。，但负离子不能导电

5、。当当UGS=UT时时,在在P型衬底表面形成一层型衬底表面形成一层 电子层电子层，形成，形成N型导电沟道型导电沟道 在在UDS的作用下形成的作用下形成ID。UDSID+-+-+-UGS反型层反型层 当当UGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的时，漏源之间相当两个背靠背的PN结，无论结，无论UDS之间加上电压之间加上电压 不会在不会在 D、S间形成电流间形成电流ID,即即ID0.当当UGSUT时时,沟道加厚，沟道电阻沟道加厚，沟道电阻 减少，减少，在相同在相同UDS的作用下的作用下 ID将进一步增加将进一步增加开始无导电沟道，当在UGS UT时才形成沟道,这种类型的管子称为增强型MOS管Sect

6、 N N沟道沟道增强型增强型MOSMOS工作原理工作原理第6页/共34页2.N2.N沟道沟道增强型增强型MOSMOS特性曲线特性曲线 U UDSDS一定时，U UGSGS对漏极电流I ID D的控制 关系曲线 I ID D=f f(U UGSGS)U UDSDS=C=C 1).1).转移特性曲线转移特性曲线UDSUGS-UTUGS(V)ID(mA)UTSect转移特性曲线的斜率转移特性曲线的斜率g gm m：跨导，mS（毫西门子）uGS=2UT时对应的iD第7页/共34页2).2).输出特性曲线输出特性曲线2.恒流区恒流区：UGS一定，一定，ID基本不随基本不随UDS变化而变变化而变3.击穿区

7、击穿区：UDS 增加到某一值时，增加到某一值时，ID开始剧增开始剧增而出现击穿。而出现击穿。ID开始剧增时开始剧增时UDS称为称为漏源击穿电压。漏源击穿电压。UGS=6VUGS=4VUGS=5VUGS=3VUGS=UT=3VUGS(V)ID(mA)SectU UGSGS一定时，I ID D与U UDSDS的变化曲线，是一族曲线 I ID D=f f(U UDSDS)U UGSGS=C =C 1.可变电阻区可变电阻区 第8页/共34页3.2.2 N3.2.2 N沟道沟道耗尽型耗尽型MOSMOS场效应管场效应管+耗尽型MOS管存在原始导电沟道Sect1.1.工作原理工作原理当当UGS=0时，时，U

8、DS加正向电压，产生漏极电流加正向电压，产生漏极电流ID,此时的漏极电流称为此时的漏极电流称为漏极饱和电漏极饱和电流流 IDSS当当UGS0时，将使时，将使ID进一步增加进一步增加。当当UGS0时，时，UGS的减小漏极电流逐渐的减小漏极电流逐渐减小减小。直至。直至ID=0。对应。对应ID=0的的UGS称为夹断称为夹断电压电压 UP退出退出第9页/共34页2.2.特性曲线特性曲线转移特性曲线转移特性曲线UGS(V)ID(mA)UPSect输出特性曲线输出特性曲线ID(mA)N N沟道沟道耗尽型耗尽型MOSMOS管可工作在管可工作在 U UGSGS 0 0或或U UGSGS0 0 N N沟道沟道增

9、强型增强型MOSMOS管只能工作在管只能工作在 U UGSGS00第10页/共34页各类场效应三极管的特性曲线第11页/共34页3.3 3.3 场效应管的主要参数场效应管的主要参数Sect1.开启电压UT MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通。2.夹断电压UP 夹断电压是耗尽型FET的参数，当UGS=UP 时,漏极电流为零。3.饱和漏极电流IDSS 耗尽型场效应三极管当UGS=0时所对应的漏极电流。4.直流输入电阻RGS栅源间所加的恒定电压UGS与流过栅极电流IGS之比结型场效应管，反偏时RGS约大于107，绝缘栅场效应管RGS约是1091015第12页/共34

10、页5.漏源击穿电压BUDS 使ID开始剧增时的UDS。6.栅源击穿电压BUGSJFET：反向饱和电流剧增时的栅源电压 MOS：使SiO2绝缘层击穿的电压7.低频跨导gm 低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用第13页/共34页半导体三极管图半导体三极管图片片第14页/共34页场效应晶体管使用注意事项不得超过极限参数，还应注意由于感应电压过高而造成击穿的问题；在测量和使用时，必须始终保持栅-源极之间有一定的直流通路，不允许用万用表的欧姆档定性地测试MOS管；保存这类管子时，应将各电极短路；焊接时，最好将3个电极用导线捆绕短路，并顺着源极、栅极的次序焊在电路上；电烙铁或测试仪表与场效应晶体管接触时

11、，均应事先接地。第15页/共34页各种场效应管所加偏压极性小结第16页/共34页3.4 场效应管放大电路场效应管放大电路一、一、电路的组成原则及分析方法电路的组成原则及分析方法(1).静态：适当的静态工作点，使场效应管工静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区。作在恒流区。(2).动态动态:能为交流信号提供通路。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。分析方法分析方法第17页/共34页N沟道绝缘栅场效应管分析沟道绝缘栅场效应管分析GSDIDUDSUGSGSD第18页/共34页UGS=0V

12、U DS（V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2VQ跨导gm=ID/UGS ID=gm UGSid=gmugsID=gm UGS第19页/共34页二、二、场效应管的微变等效电路场效应管的微变等效电路GSDSGDrdsidrds=UDS/ID 很大，可忽略。很大，可忽略。第20页/共34页场效应管的微变等效电路场效应管的微变等效电路压控电流源压控电流源SGDid第21页/共34页三、场效应管的直流偏置电路1、自给自给偏压电路偏压电路(只适用于耗尽型只适用于耗尽型)UGS等于等于0时，就有时，就有ID流过流过Rs,则则uGS=-IsRs=-IDRs第22页

13、/共34页2、分压式偏压、分压式偏压电路电路第23页/共34页四、四、场效应管放大电路分析场效应管放大电路分析1、静态分析、静态分析无输入信号时（无输入信号时（ui=0），），估算：估算：UDS和和 ID。+UDD=+20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150K50K1M10K10KGDS10KIDUDSR1=150k R2=50k RG=1M RD=10k RS=10k RL=10k gm=3mA/VUDD=20V第24页/共34页设：设：UGUGS则：则：UG US而：而：IG=0+UDD+20VR1RDRGR2150K50K1M10KRS10KGDS所以：所以：=直流通道直

14、流通道IDUDSIG第25页/共34页2、动态分析动态分析微变等效电路微变等效电路+UDD=+20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150K50K1M10K10KGDS10KSGR2R1RGDRLRDUgsgmUgsUiUoIdSGDid第26页/共34页 动态分析：动态分析：UgsUiUgsgmIdriroUoSGR2R1RGRL DRLRD=gm UiRL 电压放大倍数电压放大倍数负号表示输出输入反相负号表示输出输入反相第27页/共34页电压放大倍数估算电压放大倍数估算R1=150k R2=50k RG=1M RS=10k RD=10k RL=10k gm=3mA/VUDD=2

15、0V=-3（10/10）=-15RL=RD/RL第28页/共34页ro=RD =10K SGR2R1RGRL DRLRD输入电阻、输出电阻输入电阻、输出电阻=1+0.15/0.05=1.0375M R1=150k R2=50k RG=1M RD=10k RS=10k RL=10k gm=3mA/VUDD=20Vrirori=RG+R1/R2第29页/共34页3.4.2 3.4.2 共漏组态基本放大电路共漏组态基本放大电路(1)(1)直流分析直流分析 VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2)VGSQ=VGVS=VGIDQR IDQ=IDSS1(VGSQ/VGS(off)2 VDSQ=VDDIDQR退出退出第30页/共34页电压放大倍数(2)(2)交流分析交流分析输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻)/1/(/)/(mdsogsmdso.ogrRUUgrRUI&=-=第31页/共34页3.4.3 3.4.3 共栅组态基本放大电路共栅组态基本放大电路 电压放大倍数(2)(2)交流分析交流分析输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻(1)(1)直流分析直流分析与共源组态放大电路相同 roRd 第32页/共34页双极型和场效应三极管的三种组态基本放大电路的比较 第33页/共34页谢谢您的观看！第34页/共34页