场效应管放大电路模板PPT讲稿.ppt

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1、场效应管放大电路模板第1页，共23页，编辑于2022年，星期六2.结型场效应管结型场效应管（1）结型场效应管的结构（如）结型场效应管的结构（如图图1.4.1所示）所示）源极源极S漏极漏极D栅极栅极G符号符号P型区型区N型导电沟道型导电沟道图图1.4.1第2页，共23页，编辑于2022年，星期六（2）结型场效应管的工作原理（如）结型场效应管的工作原理（如图图1.4.2所示）所示）HomeNextBack vDS=0时，时，vGS 对沟道的控制作用对沟道的控制作用 当当vGS0时，时，PN结反偏，结反偏，|vGS|耗尽层加厚耗尽层加厚沟道变沟道变窄。窄。vGS继续减小，沟道继续变窄，当沟道夹断时，

2、对应的栅源电继续减小，沟道继续变窄，当沟道夹断时，对应的栅源电压压vGS称为称为夹断电压夹断电压VP（或或VGS(off)）。）。对于对于N沟道的沟道的JFET，VP 0。vGS=(VGS(off)0)的某一固定值时，的某一固定值时，vDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用 当当vDS=0时，时，iD=0；vDS iD ，同时，同时G、D间间PN结的反向电结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。当布。当vDS增加到使增加到使vGD=VP 时，在紧靠漏极处出现时，在紧靠漏极处出现预夹断预夹断。此时。此时v

3、DS 夹断区延长夹断区延长沟道电阻沟道电阻 iD基本不变，表现出恒流特基本不变，表现出恒流特性。性。第3页，共23页，编辑于2022年，星期六 当当vGD VGS(off)时，时，vGS对对iD的控制作用的控制作用 当当vGD=vGS-vDS vGS-VGS(off)0，导电，导电沟道夹断，沟道夹断，iD 不随不随vDS 变化变化；但但vGS 越小，即越小，即|vGS|越大，沟道电越大，沟道电阻越大，对同样的阻越大，对同样的vDS，iD 的值越小。所以，此时可以通过改变的值越小。所以，此时可以通过改变vGS 控制控制iD 的大小，的大小，iD与与vDS 几乎无关，可以近似看成受几乎无关，可以近

4、似看成受vGS 控制控制的电流源。由于漏极电流受栅的电流源。由于漏极电流受栅-源电压的控制，所以源电压的控制，所以场效应管为电场效应管为电压控制型元件压控制型元件。综上分析可知：综上分析可知：(a)JFET沟道中只有一种类型的多数载流沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，所以场效应管也称为单极型三极管子参与导电，所以场效应管也称为单极型三极管；(b)JFET 栅栅极与沟道间的极与沟道间的PN结是反向偏置的，因此结是反向偏置的，因此输入电阻很高；输入电阻很高；(c)JFET是是电压控制电流器件，电压控制电流器件，iD受受vGS控制；控制；(d)预夹断前预夹断前iD与与vDS呈近似线性呈近似线性

5、关系；预夹断后，关系；预夹断后，iD趋于饱和。趋于饱和。第4页，共23页，编辑于2022年，星期六（3）结型场效应管的特性曲线）结型场效应管的特性曲线转移特性转移特性 输出特性输出特性 VP图图1.4.3夹断区第5页，共23页，编辑于2022年，星期六3.绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管IGFET（Insulated Gate Field Effect Transistor）MOS（Metal Oxide Semiconductor）vGS=0，iD=0，为增强型管；，为增强型管；vGS=0，iD 0，为耗尽型管。，为耗尽型管。（一）（一）N沟道增强型沟道增强型MOS管（其结构和符号如图管（其

6、结构和符号如图1.4.4所示）所示）图图1.4.4第6页，共23页，编辑于2022年，星期六（1）N沟道增强型沟道增强型MOS管的工作原理管的工作原理 vDS=0时，时，vGS 对沟道的控制作用对沟道的控制作用 当当vDS=0且且vGS0时，时，因因SiO2的存在，的存在，iG=0。但。但g极为金属极为金属铝，因外加正向偏置电压而聚集铝，因外加正向偏置电压而聚集正电荷，从而排斥正电荷，从而排斥P型衬底靠近型衬底靠近g极一侧的空穴，使之剩下不能极一侧的空穴，使之剩下不能移动的负离子区，形成耗尽层。移动的负离子区，形成耗尽层。如图如图1.4.5所示。所示。当当vGS=0时，时，漏漏-源之间是两个背

7、靠背的源之间是两个背靠背的PN结，不存在导电结，不存在导电沟道，无论沟道，无论 vDS 为多少，为多少，iD=0。图图1.4.5第7页，共23页，编辑于2022年，星期六 当当vGS进一步增加时，一方面耗尽进一步增加时，一方面耗尽层增宽，另一方面衬底的自由电子被层增宽，另一方面衬底的自由电子被吸引到耗尽层与绝缘层之间，形成一吸引到耗尽层与绝缘层之间，形成一个个N型薄层，称之为型薄层，称之为反型层反型层，构成了漏，构成了漏-源之源之间的导电沟道（也称感生沟道），间的导电沟道（也称感生沟道），如图如图1.4.6所示。所示。图图1.4.6 使沟道刚刚形成的栅使沟道刚刚形成的栅-源电压称之为源电压称之

8、为开启电压开启电压VGS(th)。vGS越大，反型层越越大，反型层越宽，导电沟道电阻越小。宽，导电沟道电阻越小。vGSVGS(th)的某一固定值时，的某一固定值时，vDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用 当当vDS=0时，时，iD=0；vDS iD ，同时，同时使靠近漏极处的耗尽层变使靠近漏极处的耗尽层变窄。当窄。当vDS增加到使增加到使vGD=VGS(th)时，在紧靠漏极处出现时，在紧靠漏极处出现预夹断预夹断。此。此时时vDS 夹断区延长夹断区延长沟道电阻沟道电阻 iD基本不变，表现出恒流特性。基本不变，表现出恒流特性。如图如图1.4.7所示。所示。第8页，共23页，编辑于2022年，星期六

9、图图1.4.7（2）N沟道增强型沟道增强型MOS管的特性曲线与电流方程管的特性曲线与电流方程 N沟道增强型沟道增强型MOS管的转移特性曲线与输出特性曲线管的转移特性曲线与输出特性曲线如图如图1.4.8所示所示，与，与JFET一样，可分为四个区：可变电阻区、恒流区、一样，可分为四个区：可变电阻区、恒流区、夹断区和击穿区。夹断区和击穿区。第9页，共23页，编辑于2022年，星期六转移特性转移特性 输出特性输出特性 VGS(th)图图 1.4.8夹断区2VGS(th)第10页，共23页，编辑于2022年，星期六（二）（二）N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管（其结构和符号如图管（其结构和符号如图1.4.9

10、所示）所示）图图1.4.9 与与 N沟道增强型沟道增强型MOS管不同的是，管不同的是，N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管的绝管的绝缘层中参入了大量的正离子，所以，即使在缘层中参入了大量的正离子，所以，即使在vGS=0时，耗尽层与绝时，耗尽层与绝缘层之间仍然可以形成反型层，只要在漏缘层之间仍然可以形成反型层，只要在漏-源之间加正向电压，就源之间加正向电压，就会产生会产生iD。第11页，共23页，编辑于2022年，星期六 若若vDS为定值，而为定值，而vGS 0，vGS iD ；若；若vGS VGS(off)，且为定值，则，且为定值，则iD 随随vDS 的变化与的变化与N沟道增强型沟道增强型MOS管的

11、相同。但因管的相同。但因VGS(off)0（或（或vDS0），则该管为），则该管为N沟道；沟道；vGS 0，故为，故为JFET（耗尽型）。（耗尽型）。(b)iD0（或（或vDS0），则该管为），则该管为P沟道；沟道；vGS0（或（或vDS0），则该管为），则该管为N沟道；沟道；vGS可正、可负，故为耗可正、可负，故为耗尽型尽型MOS管。管。提示：提示：场效应管工作于恒流区场效应管工作于恒流区：（：（1）N沟道增强型沟道增强型MOS管：管：VDS0,VGSVGS(th)0；P沟道反之。沟道反之。（2）N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管：管：VDS0,VGS可正、可负，也可为可正、可负，也可为0；P沟

12、道反之。沟道反之。（3）N沟道沟道JFET：VDS0,V GS0；P沟道反之。沟道反之。第19页，共23页，编辑于2022年，星期六图图1.4.11 例例1.4.2图图 例例1.4.2 电路如图电路如图1.4.11(a)所示，场效应管的输出特性如图所示，场效应管的输出特性如图1.4.11(b)所示所示。试分析当。试分析当uI=2V、8V、12V三种情况下，场效三种情况下，场效应管分别工作于什么区域。应管分别工作于什么区域。第20页，共23页，编辑于2022年，星期六 (c)当当uI=10V 时，假设管子工作于恒流区，此时时，假设管子工作于恒流区，此时iD=2mA，故，故uO=uDS=VDD-i

13、D Rd=18-2 8=2V，uDS-VGS(th)=2-6=-4V，显然小于，显然小于uGS=10V时时的预夹断电压，故假设不成立的预夹断电压，故假设不成立，管子工作于可变电阻区。此时，管子工作于可变电阻区。此时，Rds uDS/iD=3V/1mA=3k，故，故 解解:(a)当当uI=2V 时，时，uI=uGS|VGS(off)|=4V，所以，所以 vOmax=VDD-4V=12 4=8V，故，故 RL=vO/IDSS=(08V)/4mA=(02)k。例例1.4.3 电路如图电路如图1.4.12 所示，场效应管的夹断电压所示，场效应管的夹断电压VGS(off)=-4V，饱和漏极电流，饱和漏极电流IDSS=4mA。为使场效应管工作于恒流区，求。为使场效应管工作于恒流区，求RL的取值范围。的取值范围。第22页，共23页，编辑于2022年，星期六作业：作业：P69P697070：1.20,1.221.20,1.221.241.24小小 结结 本讲主要介绍了以下基本内容：本讲主要介绍了以下基本内容：场效应管的结构和类型场效应管的结构和类型 场效应管的工作原理场效应管的工作原理 场效应管的特性曲线场效应管的特性曲线 场效应管的主要参数场效应管的主要参数 场效应管与晶体管的比较场效应管与晶体管的比较第23页，共23页，编辑于2022年，星期六