場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路場(chǎng)效應(yīng)管根據(jù)結(jié)構(gòu)不同分為哪兩大類？場(chǎng)效應(yīng)管根據(jù)結(jié)構(gòu)不同分為哪兩大類？何謂耗盡型？何謂增強(qiáng)型？何謂耗盡型？何謂增強(qiáng)型？VP夾斷電壓和夾斷電壓和VT開啟電開啟電壓分別是何種類型場(chǎng)效應(yīng)管的重要參數(shù)之一？壓分別是何種類型場(chǎng)效應(yīng)管的重要參數(shù)之一？場(chǎng)效應(yīng)管有哪三個(gè)電極？和場(chǎng)效應(yīng)管有哪三個(gè)電極？和BJT管如何對(duì)應(yīng)？管如何對(duì)應(yīng)？場(chǎng)效應(yīng)管的兩個(gè)電壓場(chǎng)效應(yīng)管的兩個(gè)電壓VGS和和VDS分別起何主要作用？分別起何主要作用？場(chǎng)效應(yīng)管輸出特性曲線分為哪幾個(gè)區(qū)？作放大時(shí)工場(chǎng)效應(yīng)管輸出特性曲線分為哪幾個(gè)區(qū)？作放大時(shí)工作在哪個(gè)區(qū)？為什么？作在哪個(gè)區(qū)？為什么？場(chǎng)效應(yīng)管是雙極型場(chǎng)效應(yīng)

2、管是雙極型 ？單極型？電壓控制器件還是電？單極型？電壓控制器件還是電流控制器件？它的輸入電阻如何？（與流控制器件？它的輸入電阻如何？（與BJT對(duì)比）對(duì)比）根據(jù)場(chǎng)效應(yīng)管特點(diǎn)作放大時(shí)，應(yīng)如何合理設(shè)置根據(jù)場(chǎng)效應(yīng)管特點(diǎn)作放大時(shí)，應(yīng)如何合理設(shè)置Q點(diǎn)點(diǎn)？第1頁/共92頁場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制器件。場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制器件。它具有輸入阻抗高，噪聲低的優(yōu)點(diǎn)。它具有輸入阻抗高，噪聲低的優(yōu)點(diǎn)。 本章是本課程的難點(diǎn)，但不是本課程的重點(diǎn)本章是本課程的難點(diǎn)，但不是本課程的重點(diǎn)。 由于學(xué)時(shí)數(shù)少，又因?yàn)閳?chǎng)效應(yīng)管放大電路與由于學(xué)時(shí)數(shù)少，又因?yàn)閳?chǎng)效應(yīng)管放大電路與三極管放大電路有許多相同之處，所以，本章學(xué)三極管放大電路有許多相同之處，

3、所以，本章學(xué)習(xí)采用對(duì)比學(xué)習(xí)法，即將場(chǎng)效應(yīng)管與三極管放大習(xí)采用對(duì)比學(xué)習(xí)法，即將場(chǎng)效應(yīng)管與三極管放大電路比較，了解相同點(diǎn)，掌握不同點(diǎn)。電路比較，了解相同點(diǎn)，掌握不同點(diǎn)。第2頁/共92頁三極管特點(diǎn)三極管特點(diǎn)電流控制器件（基極電流控制晶體管導(dǎo)電能力）電流控制器件（基極電流控制晶體管導(dǎo)電能力）輸入阻抗不高輸入阻抗不高雙極型器件（兩種載流子：多子少子參與導(dǎo)電）雙極型器件（兩種載流子：多子少子參與導(dǎo)電）噪聲高噪聲高場(chǎng)效應(yīng)管特點(diǎn)場(chǎng)效應(yīng)管特點(diǎn)電壓控制器件（用電壓產(chǎn)生電場(chǎng)來控制器件電壓控制器件（用電壓產(chǎn)生電場(chǎng)來控制器件的導(dǎo)電能力）故稱為的導(dǎo)電能力）故稱為Field Effect Transistor輸入阻抗極高輸

4、入阻抗極高單極型器件（一種載流子：多子參與導(dǎo)電）單極型器件（一種載流子：多子參與導(dǎo)電）噪聲小噪聲小缺點(diǎn)速度慢缺點(diǎn)速度慢第3頁/共92頁oiRRA、Q、圖解法，估算法，微變等效電路圖解法，估算法，微變等效電路法法三極管三極管場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管三極管放大器三極管放大器場(chǎng)效應(yīng)管放大器場(chǎng)效應(yīng)管放大器分析方法分析方法分析方法分析方法第4頁/共92頁場(chǎng)效應(yīng)三極管（場(chǎng)效應(yīng)三極管（FET）只有一種載流子參與導(dǎo)電，且利用電場(chǎng)效應(yīng)來控制只有一種載流子參與導(dǎo)電，且利用電場(chǎng)效應(yīng)來控制電流的三極管，稱為電流的三極管，稱為場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管，也稱，也稱單極型三極管。單極型三極管。場(chǎng)效應(yīng)管分類場(chǎng)效應(yīng)管分類結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（結(jié)型場(chǎng)效

5、應(yīng)管（JFET）絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）特點(diǎn)特點(diǎn)單極型器件單極型器件( (一種載流子導(dǎo)電一種載流子導(dǎo)電) )； 輸入電阻高；（輸入電阻高；（1071015 ）工藝簡(jiǎn)單、易集成、功耗小、體積小工藝簡(jiǎn)單、易集成、功耗小、體積小、噪聲低、成本低等。、噪聲低、成本低等。第5頁/共92頁N溝道（相當(dāng)于溝道（相當(dāng)于NPN）P溝道（相當(dāng)于溝道（相當(dāng)于PNP）增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型N溝道（溝道（NPN）P 溝道溝道 （PNP）N溝道（溝道（NPN）P溝道溝道 （PNP）（耗盡型）（耗盡型）FET 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管JFET結(jié)型結(jié)型MOSFET絕緣柵型絕緣柵型FET分類：分類：第6頁/共9

6、2頁DSGN符符號(hào)號(hào)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)圖圖N 溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖N型型溝溝道道N型硅棒型硅棒柵極柵極源極源極漏極漏極P+P+P 型區(qū)型區(qū)耗盡層耗盡層( (PN 結(jié)結(jié)) )在漏極和源極之間加在漏極和源極之間加上一個(gè)正向電壓，上一個(gè)正向電壓，N 型半型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子電子可導(dǎo)體中多數(shù)載流子電子可以導(dǎo)電。以導(dǎo)電。導(dǎo)電溝道是導(dǎo)電溝道是 N 型的型的，稱，稱 N 溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管管。第7頁/共92頁P(yáng) 溝道場(chǎng)效應(yīng)管溝道場(chǎng)效應(yīng)管圖圖 P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖N+N+P型型溝溝道道GSD P 溝道場(chǎng)效應(yīng)管是在

7、溝道場(chǎng)效應(yīng)管是在 P 型硅棒的兩側(cè)做成高摻型硅棒的兩側(cè)做成高摻雜的雜的 N 型區(qū)型區(qū)( (N+) )，導(dǎo)電導(dǎo)電溝道為溝道為 P 型型，多數(shù)載流子，多數(shù)載流子為空穴。為空穴。符號(hào)符號(hào)GDS第8頁/共92頁N溝道溝道MOSFET耗盡型耗盡型增強(qiáng)型增強(qiáng)型P溝道溝道N溝道溝道P溝道溝道絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的類別絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的類別 4.3 4.3 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管（絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFETMOSFET） 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻雖然可達(dá)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻雖然可達(dá)106109 ，在使用，在使用中若要求輸入電阻更高，仍不能滿足要求。絕緣柵型場(chǎng)效中若要求輸入電阻更高，仍不能滿足要求。絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管又

8、稱為金屬應(yīng)管又稱為金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）具有）具有更高輸入電阻，可高達(dá)更高輸入電阻，可高達(dá)1015 。且有制造工藝簡(jiǎn)單、適于集。且有制造工藝簡(jiǎn)單、適于集成等優(yōu)點(diǎn)。成等優(yōu)點(diǎn)。 增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOS管在管在vGS=0時(shí)，無導(dǎo)電溝道。時(shí)，無導(dǎo)電溝道。耗盡型耗盡型MOS管在管在vGS=0時(shí)，已有導(dǎo)電溝道存在。時(shí)，已有導(dǎo)電溝道存在。第9頁/共92頁P(yáng)N+SGDN+以以P型半導(dǎo)體作襯底型半導(dǎo)體作襯底形成兩個(gè)形成兩個(gè)PN結(jié)結(jié)SiO2保護(hù)層保護(hù)層Al金屬電極金屬電極從襯底引出電極從襯底引出電極兩邊擴(kuò)散兩個(gè)兩邊擴(kuò)散兩個(gè)高濃度的高濃度的N區(qū)區(qū)Al金屬電極金屬電極Al金屬電

9、極金屬電極N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFET第10頁/共92頁P(yáng)N+SGDN+半導(dǎo)體半導(dǎo)體Semiconductor氧化物氧化物Oxide金屬金屬M(fèi)etal表示符號(hào)表示符號(hào)GSDMOSFET第11頁/共92頁NP+SGDP+P溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFET的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)表示符號(hào)表示符號(hào)GSD第12頁/共92頁P(yáng)N+SGDN+ N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFET的工作原理的工作原理GSvDSv+ 與與JFET相似，相似，MOSFET的工作的工作原理同樣表現(xiàn)在原理同樣表現(xiàn)在：柵壓柵壓vGS對(duì)溝道導(dǎo)對(duì)溝道導(dǎo)電能力的控制，電能力的控制，漏源電壓漏源電壓vDS對(duì)漏對(duì)漏極電流的影響。極電流的影響。第13頁

10、/共92頁P(yáng)N+SGDN+ N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFET的工作原理的工作原理GSvDSv+(1) vGS對(duì)溝道的控制作用對(duì)溝道的控制作用 當(dāng)當(dāng)vGS=0時(shí)，時(shí)，漏源極間是兩個(gè)背靠漏源極間是兩個(gè)背靠背的背的PN結(jié)，無論漏源結(jié)，無論漏源極間如何施加電壓，極間如何施加電壓，總有一個(gè)總有一個(gè)PN結(jié)處于反結(jié)處于反偏狀態(tài)，漏偏狀態(tài)，漏-源極間沒源極間沒有導(dǎo)電溝道，將不會(huì)有導(dǎo)電溝道，將不會(huì)有漏電流出現(xiàn)有漏電流出現(xiàn)iD0。 第14頁/共92頁 N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFET的工作原理的工作原理vDS= 0vGS增加，作用于半導(dǎo)增加，作用于半導(dǎo)體表面的電場(chǎng)就越強(qiáng)體表面的電場(chǎng)就越強(qiáng)，吸引到，吸引到P襯底

11、表面襯底表面的電子就越多，導(dǎo)電的電子就越多，導(dǎo)電溝道越厚，溝道電阻溝道越厚，溝道電阻越小。越小。PN+SGDN+GSvDSv+開始形成溝道時(shí)的柵開始形成溝道時(shí)的柵源極電壓稱為源極電壓稱為開啟電開啟電壓，用壓，用VT表示表示。 導(dǎo)電溝道增厚導(dǎo)電溝道增厚溝道電阻減小溝道電阻減小第15頁/共92頁P(yáng)N+SGDN+ N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFET的工作原理的工作原理GSvDSv+(1) vGS對(duì)溝道的控制作用對(duì)溝道的控制作用, vDS=0當(dāng)當(dāng)vGSVT時(shí)，電場(chǎng)增強(qiáng)時(shí)，電場(chǎng)增強(qiáng)將將P襯底的電子吸引到襯底的電子吸引到表面，這些電子在柵極表面，這些電子在柵極附近的附近的P襯底表面便形襯底表面便形成一個(gè)成

12、一個(gè)N型薄層，稱為型薄層，稱為反型層反型層形成導(dǎo)電溝道形成導(dǎo)電溝道出現(xiàn)反型層出現(xiàn)反型層且與兩個(gè)且與兩個(gè)N+區(qū)相連通，區(qū)相連通，在漏源極間形成在漏源極間形成N型導(dǎo)型導(dǎo)電溝道電溝道。第16頁/共92頁 N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFET的工作原理的工作原理綜上所述：綜上所述：N溝道溝道MOS管在管在vGSVT時(shí)，不能形成導(dǎo)電溝道，時(shí)，不能形成導(dǎo)電溝道，管子處于截止?fàn)顟B(tài)。管子處于截止?fàn)顟B(tài)。這種必須在這種必須在vGSVT時(shí)才能時(shí)才能形成導(dǎo)電溝道的形成導(dǎo)電溝道的MOS管稱管稱為為增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOS管管。只有當(dāng)只有當(dāng)vGSVT時(shí)，方能形時(shí)，方能形成溝道。成溝道。PN+SGDN+GSvDSv+溝道形成以后，

13、在漏溝道形成以后，在漏-源極源極間加上正向電壓間加上正向電壓vDS，就，就有漏極電流產(chǎn)生。有漏極電流產(chǎn)生。第17頁/共92頁MOS管的伏安特性用管的伏安特性用輸出特性輸出特性和和轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性描述描述 MOSFET的特性曲線的特性曲線輸出特性輸出特性 CvDSDGS)|f(vi轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性 CvSDS)|f(vi DG輸出特性輸出特性當(dāng)柵源電壓當(dāng)柵源電壓|vGS|=C為常量時(shí)，漏極電流為常量時(shí)，漏極電流iD與漏源電壓與漏源電壓vDS之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。與與BJT類似，輸出特性曲線也分為類似，輸出特性曲線也分為可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)、飽和區(qū)飽和區(qū)、截止區(qū)截止區(qū)和和擊穿區(qū)擊穿區(qū)幾部分。幾部

14、分。DiGSvDSvGi+第18頁/共92頁輸出特性輸出特性TGSVv TGSVv MOSFET的特性曲線的特性曲線CvDSDGS)|f(vi24061020mA/DiVDS/vTGSDSVvv 可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)擊穿區(qū)擊穿區(qū)第19頁/共92頁0VGS/vVV2T VVv2TGS 24061020mA/DiVDS/vTGSDSVvv 轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線Vv3GS Vv4GS V3V4mA/DiVv10DS 輸出特性曲線輸出特性曲線 MOSFET的特性曲線的特性曲線第20頁/共92頁 耗盡型耗盡型NMOS管管 1). 耗盡型耗盡型NMOS管結(jié)構(gòu)示意圖管結(jié)構(gòu)示意圖s

15、gdN+N+ SiO2 Alb耗盡層耗盡層（導(dǎo)電溝道）（導(dǎo)電溝道）反型層反型層P耗盡型耗盡型NMOS管管在在vGS=0時(shí)，漏源極間時(shí)，漏源極間已有導(dǎo)電溝道產(chǎn)生已有導(dǎo)電溝道產(chǎn)生，通過施加負(fù)的柵，通過施加負(fù)的柵源電壓（夾斷電壓源電壓（夾斷電壓）使溝道消失，而）使溝道消失，而增強(qiáng)型增強(qiáng)型NMOS管管在在vGSVT時(shí)才出現(xiàn)導(dǎo)時(shí)才出現(xiàn)導(dǎo)電溝道。電溝道。第21頁/共92頁 耗盡型耗盡型NMOS管管 1). 耗盡型耗盡型NMOS管結(jié)構(gòu)示意圖管結(jié)構(gòu)示意圖sgdN+N+ SiO2 Alb耗盡層耗盡層（導(dǎo)電溝道）（導(dǎo)電溝道）反型層反型層PN溝道耗盡型溝道耗盡型MOS管符號(hào)管符號(hào) P溝道耗盡型溝道耗盡型MOS管管符

16、號(hào)符號(hào) GSDGSD第22頁/共92頁 耗盡型耗盡型MOS管管 sgdN+N+ SiO2 Alb耗盡層耗盡層（導(dǎo)電溝道）（導(dǎo)電溝道）反型層反型層PN溝道耗盡型溝道耗盡型MOS管管當(dāng)當(dāng)vGS為負(fù)時(shí)，溝道變?yōu)樨?fù)時(shí)，溝道變窄，溝道電阻變大，窄，溝道電阻變大，iD減小。當(dāng)減小。當(dāng)vGS負(fù)向增加負(fù)向增加到某一數(shù)值時(shí)，導(dǎo)電溝到某一數(shù)值時(shí)，導(dǎo)電溝道消失，道消失，iD趨于零，管趨于零，管子截止；子截止；使溝道消失時(shí)的柵源電使溝道消失時(shí)的柵源電壓稱為壓稱為夾斷電壓，用夾斷電壓，用VP表示。表示。2). 耗盡型耗盡型MOS管原理管原理第23頁/共92頁耗盡型耗盡型MOS管管 在飽和區(qū)內(nèi)，耗盡型在飽和區(qū)內(nèi)，耗盡型M

17、OS管的電流方程與結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的管的電流方程與結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的電流方程相同，即電流方程相同，即 3). 耗盡型耗盡型MOS管電流方程（管電流方程（增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOSMOS管見書管見書）2PGSDSSDVv1Ii PGSVv 第24頁/共92頁 場(chǎng)效應(yīng)管與三極管的性能比較場(chǎng)效應(yīng)管與三極管的性能比較 1場(chǎng)效應(yīng)管的源極場(chǎng)效應(yīng)管的源極s、柵極、柵極g、漏極、漏極d分別對(duì)應(yīng)于三極分別對(duì)應(yīng)于三極管的發(fā)射極管的發(fā)射極e、基極、基極b、集電極、集電極c，它們的作用相似。，它們的作用相似。 2場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制電流器件，由場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制電流器件，由vGS控制控制iD，其跨，其跨導(dǎo)導(dǎo)gm一般較小，因此場(chǎng)效應(yīng)管的

18、放大能力較差；三極管一般較小，因此場(chǎng)效應(yīng)管的放大能力較差；三極管是電流控制電流器件，由是電流控制電流器件，由iB控制控制iC。3場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻比三極管的輸入電阻高。因此場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻比三極管的輸入電阻高。因此場(chǎng)效應(yīng)管柵極幾乎不取電流；而三極管工作時(shí)基極總要場(chǎng)效應(yīng)管柵極幾乎不取電流；而三極管工作時(shí)基極總要吸取一定的電流。吸取一定的電流。第25頁/共92頁 場(chǎng)效應(yīng)管與三極管的性能比較場(chǎng)效應(yīng)管與三極管的性能比較 4場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管多子參與導(dǎo)電；三極管有多子和少子兩多子參與導(dǎo)電；三極管有多子和少子兩種載流子參與導(dǎo)電；所以場(chǎng)效應(yīng)管比三極管的噪聲小，在種載流子參與導(dǎo)電；所以場(chǎng)效應(yīng)管比三極管的噪聲小

19、，在低噪聲放大電路的輸入級(jí)應(yīng)選用場(chǎng)效應(yīng)管。低噪聲放大電路的輸入級(jí)應(yīng)選用場(chǎng)效應(yīng)管。5場(chǎng)效應(yīng)管源極和漏極可以互換使用，且特性變化不大場(chǎng)效應(yīng)管源極和漏極可以互換使用，且特性變化不大；而三極管的集電極與發(fā)射極互換使用時(shí)，其特性差異很；而三極管的集電極與發(fā)射極互換使用時(shí)，其特性差異很大，大，b b值將減小很多。值將減小很多。6場(chǎng)效應(yīng)管制造工藝簡(jiǎn)單，且具有功耗低等優(yōu)點(diǎn)；因而場(chǎng)效應(yīng)管制造工藝簡(jiǎn)單，且具有功耗低等優(yōu)點(diǎn)；因而場(chǎng)效應(yīng)管易于集成，被廣泛用于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電場(chǎng)效應(yīng)管易于集成，被廣泛用于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中。路中。第26頁/共92頁DSGN符符號(hào)號(hào)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)圖圖

20、N 溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖N型型溝溝道道N型硅棒型硅棒柵極柵極源極源極漏極漏極P+P+P 型區(qū)型區(qū)耗盡層耗盡層( (PN 結(jié)結(jié)) )在漏極和源極之間加在漏極和源極之間加上一個(gè)正向電壓，上一個(gè)正向電壓，N 型半型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子電子可導(dǎo)體中多數(shù)載流子電子可以導(dǎo)電。以導(dǎo)電。導(dǎo)電溝道是導(dǎo)電溝道是 N 型的型的，稱，稱 N 溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管管。第27頁/共92頁P(yáng) 溝道場(chǎng)效應(yīng)管溝道場(chǎng)效應(yīng)管圖圖 P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖N+N+P型型溝溝道道GSD P 溝道場(chǎng)效應(yīng)管是在溝道場(chǎng)效應(yīng)管是在 P 型硅棒的兩側(cè)做成高摻型硅棒的兩側(cè)做成高摻雜的雜的 N

21、型區(qū)型區(qū)( (N+) )，導(dǎo)電導(dǎo)電溝道為溝道為 P 型型，多數(shù)載流子，多數(shù)載流子為空穴。為空穴。符號(hào)符號(hào)GDS第28頁/共92頁MOSFET符號(hào)符號(hào)增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型N溝溝道道GSDP溝溝道道GSDGSDGSDJFET符號(hào)符號(hào)dgsdgs耗盡型耗盡型第29頁/共92頁 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的三種組態(tài)場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的三種組態(tài) 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路場(chǎng)效應(yīng)管放大電路 根據(jù)場(chǎng)效應(yīng)管在放大電路中的連接方式，場(chǎng)效應(yīng)管放根據(jù)場(chǎng)效應(yīng)管在放大電路中的連接方式，場(chǎng)效應(yīng)管放大電路分為三種組態(tài)：共源極電路、共柵極電路和共漏極電大電路分為三種組態(tài)：共源極電路、共柵極電路和共漏極電路路共源極電路（對(duì)應(yīng)共射電路）：共源極電

22、路（對(duì)應(yīng)共射電路）：柵極是輸入端，漏極是輸出端，源極是輸入輸出的公共電極柵極是輸入端，漏極是輸出端，源極是輸入輸出的公共電極。共柵極電路（對(duì)應(yīng)共基電路）共柵極電路（對(duì)應(yīng)共基電路） ：源極是輸入端，漏極是輸出端，柵極是輸入輸出的公共電源極是輸入端，漏極是輸出端，柵極是輸入輸出的公共電極。極。共漏極電路（對(duì)應(yīng)共集電極電路）共漏極電路（對(duì)應(yīng)共集電極電路） ：柵極是輸入端，源極是輸出端，漏極是輸入輸出的公共電極柵極是輸入端，源極是輸出端，漏極是輸入輸出的公共電極。第30頁/共92頁 根據(jù)前面講的場(chǎng)效應(yīng)管的根據(jù)前面講的場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和和工作原理工作原理，和，和雙極性三極管比較可知，場(chǎng)效應(yīng)管雙極性三極

23、管比較可知，場(chǎng)效應(yīng)管具有放大作用具有放大作用。 場(chǎng)效應(yīng)管的三個(gè)極和雙極性三極管的三個(gè)極存在場(chǎng)效應(yīng)管的三個(gè)極和雙極性三極管的三個(gè)極存在著著對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)應(yīng)關(guān)系即：即：G(柵極柵極)b(基極基極) S(源極源極)e(發(fā)射極發(fā)射極) D(漏極漏極)c(集電極集電極) 所以根據(jù)雙極性三極管放大電路，可組成相應(yīng)的所以根據(jù)雙極性三極管放大電路，可組成相應(yīng)的場(chǎng)效應(yīng)管放大電路。場(chǎng)效應(yīng)管放大電路。第31頁/共92頁IDGRDSBUDSUGS輸輸入入輸輸出出共源組態(tài)：共源組態(tài)：輸入：輸入：GS輸出：輸出：DS三種工作組態(tài)三種工作組態(tài)以以NMOS（E）為例：）為例：GRDDBUDSUGS輸輸入入輸輸出出共漏組態(tài)共漏組態(tài)

24、：輸入：輸入：GD輸出：輸出：SDIDGRDSBUDS輸輸入入輸輸出出共柵組態(tài)：共柵組態(tài)：輸入：輸入：SG輸出：輸出：DGID第32頁/共92頁(1) 靜態(tài)：適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)，使場(chǎng)效應(yīng)管工作靜態(tài)：適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)，使場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)，場(chǎng)效應(yīng)管的偏置電路在恒流區(qū)，場(chǎng)效應(yīng)管的偏置電路相對(duì)簡(jiǎn)單。相對(duì)簡(jiǎn)單。 (2) 動(dòng)態(tài)：能為交流信號(hào)提供通路。動(dòng)態(tài)：能為交流信號(hào)提供通路。組成原則：組成原則：靜態(tài)分析：靜態(tài)分析： 估算法、圖解法。估算法、圖解法。動(dòng)態(tài)分析：動(dòng)態(tài)分析： 微變等效電路法。微變等效電路法。分析方法：分析方法：第33頁/共92頁 但由于兩種放大器件但由于兩種放大器件各自的特點(diǎn)各自的特點(diǎn)，故不

25、能將雙極，故不能將雙極性三極管放大電路的三極管簡(jiǎn)單地用場(chǎng)效應(yīng)管取代，性三極管放大電路的三極管簡(jiǎn)單地用場(chǎng)效應(yīng)管取代，組成場(chǎng)效應(yīng)管放大電路。組成場(chǎng)效應(yīng)管放大電路。 雙極性三極管是雙極性三極管是電流控制器件電流控制器件，組成放大電路，組成放大電路時(shí)，應(yīng)給雙極性三極管時(shí)，應(yīng)給雙極性三極管設(shè)置偏置偏流設(shè)置偏置偏流。 而場(chǎng)效應(yīng)管是而場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制器件電壓控制器件，故組成放大電路，故組成放大電路時(shí)，應(yīng)給場(chǎng)效應(yīng)管時(shí)，應(yīng)給場(chǎng)效應(yīng)管設(shè)置偏置偏壓設(shè)置偏置偏壓：，保證放大電路具有合適保證放大電路具有合適的工作點(diǎn)，避免輸出波形產(chǎn)生嚴(yán)重的非線性失真的工作點(diǎn)，避免輸出波形產(chǎn)生嚴(yán)重的非線性失真。4.5.1 靜態(tài)工作點(diǎn)與偏

26、置電路靜態(tài)工作點(diǎn)與偏置電路 第34頁/共92頁 由于場(chǎng)效應(yīng)管種類較多，故采用的偏置電路，由于場(chǎng)效應(yīng)管種類較多，故采用的偏置電路，其其電壓極性電壓極性必須考慮。必須考慮。以以N溝道為例：溝道為例： N溝道的結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管只能工作在溝道的結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管只能工作在UGS0，而耗盡型工作在，而耗盡型工作在UGS 0UGSQ = 0UGSQ 0RL+VDDRDC2CS+uo C1+ui RG2RSGSDRG1RG3 該電路產(chǎn)生的該電路產(chǎn)生的柵源電壓可正可負(fù)柵源電壓可正可負(fù)，所以適用于，所以適用于所有的場(chǎng)效應(yīng)管電路。所有的場(chǎng)效應(yīng)管電路。第41頁/共92頁例例 1 耗盡型耗盡型 N 溝道溝道 MOS 管，管，R

27、G = 1 M ， RS = 2 k ，RD= 12 k ，VDD = 20 V。 IDSS = 4 mA，UGS( (off) ) = 4 V，求，求 iD 和和 uO 。2GS(off)GSDSSD)1(UuIi iG = 0 uGS = iDRS2DD)421(4 iiRDGDSRGRSiD+uO+VDD第42頁/共92頁045D2D iiiD1= 4 mAiD2= 1 mAuGS = 8 V1 時(shí)，vA1。共漏放大電路比較共源和共漏組態(tài)放大電路的電壓放大倍數(shù)公比較共源和共漏組態(tài)放大電路的電壓放大倍數(shù)公式，分子都是式，分子都是gmRL，分母對(duì)共源放大電路是，分母對(duì)共源放大電路是1，對(duì)共漏

28、放大電路是對(duì)共漏放大電路是(1+ gmRL)。第66頁/共92頁共漏放大電路的微變等效電路輸入電阻輸入電阻)/(g2g1giRRRR共漏放大電路第67頁/共92頁 輸出電阻輸出電阻 計(jì)算輸出電阻的計(jì)算輸出電阻的原則與其它組態(tài)相同原則與其它組態(tài)相同，將將微變等效電路改畫為圖。改畫為圖。圖03.35 求輸出電阻的微變等效電路mmmdsdsmdsooogsomdsogsmdsoo1/1)/(1/)/1/(/,)/1/(/)/(gRRgRgrRrRgrRIVRVVgrRVVgrRVI第68頁/共92頁交流參數(shù)歸納如下電壓放大倍數(shù)LmLmio1RgRgVVAvmmdsooo1/)/1/(/gRgrRIV

29、R輸出電阻輸入電阻Ri=Rg+(Rg1/Rg2)第69頁/共92頁4.5.5 4.5.5 共柵組態(tài)基本放大電路共柵組態(tài)基本放大電路 共柵組態(tài)共柵組態(tài)放大電路如圖所示，其放大電路如圖所示，其微變微變等效電路等效電路如圖所示。如圖所示。 圖 共柵組態(tài)放大電路 圖 03.37 微變等效電路(1)(1)直流分析直流分析 與共源組態(tài)放大電路相同。與共源組態(tài)放大電路相同。第70頁/共92頁LmLdmgsLdgsmio)/()/(RgRRgVRRVgVVAv 圖 共柵組態(tài)放大電路 圖 03.37 微變等效電路(2)(2)交流分析交流分析電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)輸入電阻輸入電阻mmgsmgsgsiii1/11

30、gRgRVgRVVIVR1)/()/1 ()/1 (mmmgRRgRgR 輸出電阻輸出電阻 RoRd第71頁/共92頁交流參數(shù)歸納如下電壓放大倍數(shù).LmLdmgsLdgsmio)/()/(RgRRgVRRVgVVAv輸入電阻mmgsmgsgsiii1/11gRgRVgRVVIVR輸出電阻 RoRd第72頁/共92頁4.5.6 4.5.6 三種基本放大電路的性能比較三種基本放大電路的性能比較組態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系組態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系：CEBJTFETCSCCCDCBCGBJTFET電壓增益電壓增益：beLc)/(rRR b b)/)(1()/()1(LebeLeRRrRRb bb b beLc)/(rRR b b

31、CE：CC：CB：)/(LdmRRg )/(1)/(LmLmRRgRRg )/(LdmRRgCS：CD：CG：第73頁/共92頁beb/rR輸出電阻輸出電阻：cR )/)(1(/LebebRRrRb b b b 1)/(/bebserRRRb b 1/beerRcRBJTFET輸入電阻：輸入電阻：CE：CC：CB：CS：CD：CG：)/(g2g1g3RRR m1/gR)/(g2g1g3RRR CE：CC：CB：CS：CD：CG：dRm1/gRdR第74頁/共92頁場(chǎng)效應(yīng)管放大電路小結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管放大電路小結(jié)(1) 場(chǎng)效應(yīng)管放大器輸入電阻很大。場(chǎng)效應(yīng)管放大器輸入電阻很大。(2) 場(chǎng)效應(yīng)管共源極放大器

32、場(chǎng)效應(yīng)管共源極放大器(漏極輸出漏極輸出)輸入輸出反相，電壓放大倍數(shù)大輸入輸出反相，電壓放大倍數(shù)大于于1；輸出電阻；輸出電阻=RD。(3) 場(chǎng)效應(yīng)管源極跟隨器輸入輸出同場(chǎng)效應(yīng)管源極跟隨器輸入輸出同相，電壓放大倍數(shù)小于相，電壓放大倍數(shù)小于1且約等于且約等于1；輸出電阻小。；輸出電阻小。第75頁/共92頁例例1： 場(chǎng)效應(yīng)管的共源極放大電路場(chǎng)效應(yīng)管的共源極放大電路一、靜態(tài)分析一、靜態(tài)分析求：求：UDS和和 ID。設(shè)：設(shè)：UGUGS則：則：UG US而：而：IG=0所以：所以：UDD=20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10kV5212DDGURRRUmA5 . 0SGSSDRURUIV10)(DSDDDDSRRIUU第76頁/共92頁uoUDD=20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k二、動(dòng)態(tài)分析二、動(dòng)態(tài)分析sgR2R1RGRLdRLRD微變等效