第3章場(chǎng)效應(yīng)管4_第1頁(yè)
第3章場(chǎng)效應(yīng)管4_第2頁(yè)
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1、作業(yè):作業(yè):習(xí)題:習(xí)題:3-1 3-1 、3-3 3-3 、3-4 3-4 、3-7 3-7 、3-113-11理解場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理;理解場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理;掌握掌握?qǐng)鲂?yīng)管的外特性及主要參數(shù);場(chǎng)效應(yīng)管的外特性及主要參數(shù); 掌握?qǐng)鲂?yīng)管放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)與動(dòng)態(tài)參數(shù)掌握?qǐng)鲂?yīng)管放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)與動(dòng)態(tài)參數(shù)(Au、Ri、Ro)的分析方法。)的分析方法。通過(guò)外部電壓對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用來(lái)說(shuō)明結(jié)通過(guò)外部電壓對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用來(lái)說(shuō)明結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管及絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理。型場(chǎng)效應(yīng)管及絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理。 場(chǎng)效應(yīng)管輸入回路內(nèi)阻很高場(chǎng)效應(yīng)管輸入回路內(nèi)阻很高(1071012 ),熱穩(wěn)定性,熱穩(wěn)定

2、性好,噪聲低,比晶體管耗電小,應(yīng)用廣泛。好,噪聲低,比晶體管耗電小,應(yīng)用廣泛。單極型單極型場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管(FET):是利用輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)是利用輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件??刂戚敵龌芈冯娏鞯囊环N半導(dǎo)體器件。3.1.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管是在同一溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管是在同一塊塊N型半導(dǎo)體上制作兩個(gè)高摻型半導(dǎo)體上制作兩個(gè)高摻雜的雜的P區(qū),將它們連接在一起區(qū),將它們連接在一起引出電極引出電極柵極柵極g。N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體分別引出分別引出漏極漏極d、源極源極s,P區(qū)區(qū)和和N區(qū)的交界面形成耗盡層。區(qū)的交界面形成耗盡層。源極和漏極之間的非耗盡層稱源極和

3、漏極之間的非耗盡層稱為導(dǎo)電溝道。為導(dǎo)電溝道。 N溝道結(jié)構(gòu)示意圖溝道結(jié)構(gòu)示意圖SiO2N源極源極S柵極柵極G漏極漏極D NNPP結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管有結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管有N溝道溝道和和P溝道溝道兩種類型。兩種類型。1. 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)N溝道符號(hào)溝道符號(hào)dsgdsgP溝道符號(hào)溝道符號(hào)d耗盡層耗盡層sgP+N導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖(以以N溝道為例加以說(shuō)明溝道為例加以說(shuō)明) 在在N型硅材料兩端加上型硅材料兩端加上一定極性的電壓,多子在電一定極性的電壓,多子在電場(chǎng)力的作用下形成電流場(chǎng)力的作用下形成電流ID。若將若將G、S間加上不同的反偏間加上不同

4、的反偏電壓,即可改變導(dǎo)電溝道的電壓,即可改變導(dǎo)電溝道的寬度,便實(shí)現(xiàn)了利用電壓所寬度,便實(shí)現(xiàn)了利用電壓所產(chǎn)生的電場(chǎng)控制導(dǎo)電溝道中產(chǎn)生的電場(chǎng)控制導(dǎo)電溝道中電流強(qiáng)弱的目的。電流強(qiáng)弱的目的。正常工作時(shí)正常工作時(shí)在柵在柵-源之間加源之間加負(fù)向電壓負(fù)向電壓,(保證耗盡層承受反向電壓保證耗盡層承受反向電壓) 漏漏-源之間加源之間加正向電壓正向電壓,(以形成漏極電流)以形成漏極電流)這樣既保證了柵源之間的電阻這樣既保證了柵源之間的電阻很高,又實(shí)現(xiàn)了很高,又實(shí)現(xiàn)了ugs對(duì)溝道電流對(duì)溝道電流iD的控制。的控制。d耗盡層耗盡層sgP+N導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖(1 1)、間和、間短路)、間和、間短路耗盡

5、區(qū)很窄耗盡區(qū)很窄,導(dǎo)電溝道寬導(dǎo)電溝道寬| UGS |增加到某一數(shù)值增加到某一數(shù)值,耗盡耗盡區(qū)區(qū)相接相接,溝道消失溝道消失,溝溝道電阻趨于無(wú)窮大,溝道電阻趨于無(wú)窮大,溝道夾斷道夾斷 此時(shí)此時(shí)GS的值為的值為UGS(off) | UGS |增大,耗盡增大,耗盡區(qū)區(qū)增寬,溝道變窄,增寬,溝道變窄,溝溝道道電阻增大。電阻增大。(2 2)、間加負(fù)電壓和、間短路)、間加負(fù)電壓和、間短路 UDS的作用產(chǎn)生漏極電流ID ,使溝道中溝道中各點(diǎn)和柵極間的電壓各點(diǎn)和柵極間的電壓不再相等不再相等,近漏極電壓最大,近漏極電壓最大,近源極電壓最小。近源極電壓最小。 導(dǎo)電溝道寬導(dǎo)電溝道寬度不再相等,近漏極溝道窄,度不再相等

6、,近漏極溝道窄,近源極溝道寬。近源極溝道寬。dsgUDSiD(3 3)、間短路,、間加正向電壓)、間短路,、間加正向電壓隨著隨著UDS 的增加,的增加, ID近似近似線線性性增加增加,ds間呈電阻特性間呈電阻特性。 U UGD GD = = U UGS GS - - U UDS DS = = - - U UDSDSUDSdsgAID隨著隨著U UDSDS 增加,增加,I ID D增大。溝道在漏極處越來(lái)越窄。增大。溝道在漏極處越來(lái)越窄。此時(shí),此時(shí),U UGDGD= U= UGSGS(offoff)UDS 再增加,夾斷區(qū)長(zhǎng)度增加再增加,夾斷區(qū)長(zhǎng)度增加(AA)。)。預(yù)夾斷時(shí),導(dǎo)電溝道內(nèi)仍有電流ID

7、,且UDS增大時(shí)ID幾乎不變,此時(shí)的ID稱為“飽和漏極電流IDSS”A當(dāng)當(dāng)UDS 增加到增加到 U UGSGS(offoff),),漏極附近的耗盡區(qū)相接,稱為為預(yù)夾斷預(yù)夾斷。、間的負(fù)電壓使導(dǎo)電、間的負(fù)電壓使導(dǎo)電溝道變窄(等寬),、溝道變窄(等寬),、間的正電壓使溝道不等間的正電壓使溝道不等寬。寬。 U UGSGS 增加,增加,導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道變窄,溝道電阻增大,同變窄,溝道電阻增大,同樣樣U UDSDS的產(chǎn)生的的產(chǎn)生的I ID D減小。減小。dsgUDSUGSID(4 4)、間加負(fù)向電壓,、間加正向電壓)、間加負(fù)向電壓,、間加正向電壓(綜合(綜合(2 2)()(3 3)兩種情況)兩種情況)稱場(chǎng)

8、效應(yīng)管為稱場(chǎng)效應(yīng)管為電壓控制元件。電壓控制元件。由于由于UDS的增加幾乎全部落的增加幾乎全部落在夾斷區(qū),漏極電流在夾斷區(qū),漏極電流ID基本基本保持不變。保持不變。ID幾乎僅僅決定幾乎僅僅決定于于UGS,表現(xiàn)出恒流特性。,表現(xiàn)出恒流特性。 AdsgUDSUGSID(未出現(xiàn)夾斷前)(未出現(xiàn)夾斷前),對(duì)于不同對(duì)于不同的的UGS ,漏源之間等效成不同阻值的電阻,漏源之間等效成不同阻值的電阻, ID隨隨UDS 的增加的增加線性線性增加增加。(。()。 ID幾乎只決定于幾乎只決定于UGS,而與而與UDS 無(wú)關(guān),可以把無(wú)關(guān),可以把ID近似看成近似看成UGS控制的電流源??刂频碾娏髟?。 ()3.3.結(jié)型結(jié)型場(chǎng)

9、效應(yīng)管的特性場(chǎng)效應(yīng)管的特性ID = f (UDS )UGS = 常數(shù)常數(shù)(1)輸出特性曲線)輸出特性曲線因場(chǎng)效應(yīng)管柵極電流幾乎為因場(chǎng)效應(yīng)管柵極電流幾乎為零,不討論輸入特性。零,不討論輸入特性。輸出特性和轉(zhuǎn)移特性輸出特性和轉(zhuǎn)移特性(預(yù)夾斷軌跡:預(yù)夾斷軌跡:通過(guò)連接各通過(guò)連接各曲線上曲線上UGD= UGS(off)的點(diǎn)的點(diǎn)而成。而成。1)可變電阻區(qū)可變電阻區(qū): 預(yù)夾斷預(yù)夾斷軌軌 跡跡左邊區(qū)域。左邊區(qū)域。 條件:條件: |UGD| |UGS(off)| 特點(diǎn):特點(diǎn): ID只受只受UGS 控制控制3)夾斷區(qū)(截止區(qū)):夾斷區(qū)(截止區(qū)): 導(dǎo)電溝道全部夾斷。導(dǎo)電溝道全部夾斷。 條件:條件:UGS U U

10、GSGS(off) 特點(diǎn):特點(diǎn): ID 04)4)擊穿區(qū):擊穿區(qū):U UDSDS增加到一定程度,增加到一定程度,電流急劇增大。電流急劇增大。(2)轉(zhuǎn)移特性)轉(zhuǎn)移特性ID = f (UGS )UDS = 常數(shù)常數(shù)反映反映UGS對(duì)對(duì)ID的控制作用的控制作用UDS=8V恒流區(qū)恒流區(qū)ID近似表達(dá)式為:近似表達(dá)式為:2)()1 (offGSGSDSSDUUII管子工作在可變電阻區(qū)時(shí),不同的管子工作在可變電阻區(qū)時(shí),不同的UDS ,轉(zhuǎn)移特性曲,轉(zhuǎn)移特性曲線有很大差別。線有很大差別。30123 UGS / VUGS(off)ID /mA4IDSS12N溝道溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管,柵源之間加結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管,柵源之間加反

11、向反向電壓。電壓。P溝道溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管,柵源之間加結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管,柵源之間加正向正向電壓。電壓。1.4.2 1.4.2 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(MOSMOS管管) )柵柵-源電壓為零時(shí),無(wú)導(dǎo)電溝道的管子稱為源電壓為零時(shí),無(wú)導(dǎo)電溝道的管子稱為增強(qiáng)型。增強(qiáng)型。柵柵-源電壓為零時(shí),已建立了導(dǎo)電溝道的管子稱為源電壓為零時(shí),已建立了導(dǎo)電溝道的管子稱為耗盡型。耗盡型。MOS管分類:管分類: N溝道(溝道( N MOS) 增強(qiáng)型增強(qiáng)型 耗盡型耗盡型 P溝道(溝道( P MOS) 增強(qiáng)型增強(qiáng)型 耗盡型耗盡型 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管采用絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管采用sio2絕緣層隔離,柵極為金屬鋁,絕緣層隔離,柵極

12、為金屬鋁,又稱為又稱為MOS管。管。 1 1、N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSMOS管管 (1)結(jié)構(gòu))結(jié)構(gòu) 通常通常襯底和源襯底和源極連接在一起使用。極連接在一起使用。 柵極和柵極和襯底各相當(dāng)于一個(gè)極板,中襯底各相當(dāng)于一個(gè)極板,中間是絕緣層,形成電容。間是絕緣層,形成電容。P型硅襯底型硅襯底源極源極S 柵極柵極G 漏極漏極D 襯底引線襯底引線BN+N+SiO2DBSGN溝道符號(hào)溝道符號(hào)DBSGP溝道符號(hào)溝道符號(hào)柵柵-源電壓改變時(shí),將改變襯源電壓改變時(shí),將改變襯底靠近絕緣層處感應(yīng)電荷的底靠近絕緣層處感應(yīng)電荷的多少,從而控制漏極電流的多少,從而控制漏極電流的大小。大小。SiO2P型硅襯底型硅襯底耗盡層

13、耗盡層襯底引線襯底引線BN+N+SGDUDSID = 0D與與S之間是兩個(gè)之間是兩個(gè)PN結(jié)反向串聯(lián),結(jié)反向串聯(lián),無(wú)論無(wú)論D與與S之間加之間加什么極性的電壓,什么極性的電壓,漏極電流均接近于漏極電流均接近于零。零。(2) 工作原理工作原理1) 1) UGS =0由于絕緣層由于絕緣層SiOSiO2 2的存在,柵極電流為零。的存在,柵極電流為零。柵極金屬層將聚集大量正電荷,排斥柵極金屬層將聚集大量正電荷,排斥P P型襯底靠近型襯底靠近SiOSiO2 2的空穴,將襯底的自由的空穴,將襯底的自由電子吸引到耗盡層與絕緣層之間,形成電子吸引到耗盡層與絕緣層之間,形成N N型型薄層,稱為反型層。這個(gè)反型層就薄

14、層,稱為反型層。這個(gè)反型層就構(gòu)成了漏源之間的導(dǎo)電溝道。構(gòu)成了漏源之間的導(dǎo)電溝道。PN+N+SGD反型層反型層2 2)U UGSGS 0 0 ,U UDSDS =0 =0U UGSGS越大,反型層越厚,導(dǎo)電溝道電阻越小,同樣越大,反型層越厚,導(dǎo)電溝道電阻越小,同樣的的產(chǎn)生的電流產(chǎn)生的電流越大越大 此時(shí)的柵此時(shí)的柵-源電壓稱為源電壓稱為開(kāi)啟電壓開(kāi)啟電壓UGS(th) U UDSDS作用產(chǎn)生漏極電流作用產(chǎn)生漏極電流I ID D 。溝道。溝道各點(diǎn)對(duì)柵極電壓不再相等,各點(diǎn)對(duì)柵極電壓不再相等,導(dǎo)電溝道寬度不再相等,沿導(dǎo)電溝道寬度不再相等,沿源源- -漏方向逐漸變窄。漏方向逐漸變窄。 3 3)U UGSGS

15、 U UGS(thGS(th) ,U UDSDS 0 0P襯底襯底B BN+N+SGDUGD=UGS- -UDS U UGS(thGS(th),U UDSDS 0 0P襯底襯底BN+N+SGD4321051015UGS =5V6V4V3V2ViD /mAUDS =10VN N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型 MOS MOS 管的特性曲線管的特性曲線 0123恒流區(qū)恒流區(qū)擊穿區(qū)擊穿區(qū)可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)246uGS / V(3) 特性曲線特性曲線UGs(th)輸出特性輸出特性轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性 uDS / ViD /mA夾斷區(qū)夾斷區(qū)2)(0)1(thGSGSDDUUIIUDS =10V0123246UGS /

16、 VUGs(th)ID /mA制造時(shí)制造時(shí), ,在在sio2絕緣層中摻入絕緣層中摻入大量的正離子大量的正離子, ,即使即使UGS=0=0,在正離子的作用下,源在正離子的作用下,源- -漏之漏之間也存在導(dǎo)電溝道。只要加間也存在導(dǎo)電溝道。只要加正向正向 ,就會(huì)產(chǎn)生,就會(huì)產(chǎn)生ID。結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖P源極源極S漏極漏極D 柵極柵極GBN+N+正離子正離子反型層反型層SiO22、N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSMOS管管只有當(dāng)只有當(dāng)小于某一值時(shí),才小于某一值時(shí),才會(huì)使導(dǎo)電溝道消失,此時(shí)的會(huì)使導(dǎo)電溝道消失,此時(shí)的稱為稱為夾斷電壓夾斷電壓 。dN溝道符號(hào)溝道符號(hào)BsgP溝道符號(hào)溝道符號(hào)dBsgMOS管符號(hào)管

17、符號(hào)DBSGN溝道符號(hào)溝道符號(hào)DBSGP溝道符號(hào)溝道符號(hào)耗盡型耗盡型MOSMOS管符號(hào)管符號(hào)增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOSMOS管符號(hào)管符號(hào)432104812UGS =1V2V3V輸出特性輸出特性轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性N N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSMOS管的特性曲線管的特性曲線 1230V1012123 UGS / V2. 特性曲線特性曲線 ID UGSUGs(off) UDS / VUDS =10VID /mAID /mA 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管 的符號(hào)及的符號(hào)及 特性特性 (p76)結(jié)型結(jié)型N溝道溝道結(jié)型結(jié)型P溝道溝道NMOS增強(qiáng)型增強(qiáng)型NMOS耗盡型耗盡型PMOS增強(qiáng)型增強(qiáng)型PMOS耗盡型耗盡型(+)(+)(

18、+)(+)(-)(-)(-)(-) 測(cè)得某放大電路中三個(gè)測(cè)得某放大電路中三個(gè)MOS管的三個(gè)電極的電位及它管的三個(gè)電極的電位及它 們的開(kāi)啟電壓如表所示。試分析各管的工作狀態(tài)們的開(kāi)啟電壓如表所示。試分析各管的工作狀態(tài) (截止區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū))。(截止區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū))。管號(hào)管號(hào)U UGS(th)GS(th)/V/VUs/VUs/VU UG G/V/VU UD D/V/V工作狀態(tài)工作狀態(tài)T14-513T2-43310T3-4605恒流區(qū)恒流區(qū)截止區(qū)截止區(qū)可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)1、直流參數(shù)、直流參數(shù) (1 1)開(kāi)啟電壓開(kāi)啟電壓U UGS(th)GS(th)U UDSDS為固定值能產(chǎn)生漏極電流

19、為固定值能產(chǎn)生漏極電流I ID D所需的柵所需的柵- -源電壓源電壓U UGSGS的的最小值最小值 它是它是增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOSMOS管的參數(shù)管的參數(shù)。(。(NMOSNMOS管為正,管為正,PMOSPMOS管為負(fù))管為負(fù)) (2)夾斷電壓夾斷電壓 UGS(off) UDS為固定值為固定值使漏極電流近似等于零時(shí)所需的柵使漏極電流近似等于零時(shí)所需的柵-源電壓。源電壓。 是是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和耗盡型結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和耗盡型MOS管管的參數(shù)(的參數(shù)(NMOS管為負(fù),管為負(fù), PMOS管為正)。管為正)。 (4)直流輸入電阻直流輸入電阻RGS(DC)柵柵- -源電壓與柵極電流的比值,其值很高源電壓與柵極電流的比值

20、,其值很高, , 一般為一般為107-1010左右。左右。 (3)飽和漏極電流)飽和漏極電流IDSS對(duì)于對(duì)于耗盡型耗盡型MOS管管,在在UGS =0情況下產(chǎn)生預(yù)夾斷時(shí)情況下產(chǎn)生預(yù)夾斷時(shí)的漏極電流。的漏極電流。2、交流參數(shù)、交流參數(shù)gm= iD / uGS UDS =常數(shù)常數(shù) gm是衡量柵是衡量柵-源電壓對(duì)漏極電流控制能力的一個(gè)重要參數(shù)。源電壓對(duì)漏極電流控制能力的一個(gè)重要參數(shù)。 (1)低頻跨導(dǎo))低頻跨導(dǎo) gm管子工作在恒流區(qū)并且管子工作在恒流區(qū)并且 UDS為常數(shù)時(shí),漏極電流的微變量與引為常數(shù)時(shí),漏極電流的微變量與引起這個(gè)變化的柵起這個(gè)變化的柵-源電壓的微變量之比稱為低頻跨導(dǎo)源電壓的微變量之比稱為

21、低頻跨導(dǎo),即即(2)交流輸出電阻)交流輸出電阻rdsrds反映了反映了uDS對(duì)對(duì)iD的影響,是輸出特性曲線上的影響,是輸出特性曲線上Q點(diǎn)處切線斜率的點(diǎn)處切線斜率的倒數(shù)倒數(shù) rds在在恒流區(qū)很大。恒流區(qū)很大。常數(shù)GSUDDSdsiur管子正常工作時(shí)漏極電流的上限值。管子正常工作時(shí)漏極電流的上限值。管子進(jìn)入恒流區(qū)后,使漏極電流驟然增加的管子進(jìn)入恒流區(qū)后,使漏極電流驟然增加的UDS稱稱為漏為漏-源擊穿電壓。源擊穿電壓。對(duì)于結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管,使柵極與溝道間反向擊穿的對(duì)于結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管,使柵極與溝道間反向擊穿的UGS稱為柵稱為柵-源擊穿電壓。源擊穿電壓。對(duì)于絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管,使絕緣柵層擊穿的對(duì)于絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)

22、管,使絕緣柵層擊穿的UGS稱為柵稱為柵-源擊穿電壓。源擊穿電壓。PDM決定于管子允許的溫升。決定于管子允許的溫升。1.場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管利用柵源電壓控制漏極電流,利用柵源電壓控制漏極電流,是電壓控制是電壓控制元件元件,柵極基本不取電流(很小),輸入回路電,柵極基本不取電流(很?。斎牖芈冯娮韬艽?;阻很大; 晶體管晶體管利用基極電流控制集電極電流,利用基極電流控制集電極電流,是電流控制元件是電流控制元件,基極索取一定電流,輸入阻抗基極索取一定電流,輸入阻抗較小。較小。場(chǎng)效應(yīng)管的柵極場(chǎng)效應(yīng)管的柵極g g、源極、源極s s、漏極、漏極d d對(duì)應(yīng)于晶體管的基對(duì)應(yīng)于晶體管的基極極b b、發(fā)射極、發(fā)射極e

23、 e、集電極、集電極c c,能實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的控制。,能實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的控制。2. 晶體管放大電路的放大倍數(shù)通常比場(chǎng)效應(yīng)管的大。晶體管放大電路的放大倍數(shù)通常比場(chǎng)效應(yīng)管的大。3. 場(chǎng)效應(yīng)管只有多子導(dǎo)電,而晶體管多子和少子均場(chǎng)效應(yīng)管只有多子導(dǎo)電,而晶體管多子和少子均參與導(dǎo)電,參與導(dǎo)電,場(chǎng)效應(yīng)管比晶體管熱穩(wěn)定性好、抗輻場(chǎng)效應(yīng)管比晶體管熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)。射能力強(qiáng)。4. 場(chǎng)效應(yīng)管比晶體管噪聲系數(shù)小。場(chǎng)效應(yīng)管比晶體管噪聲系數(shù)小。5. 場(chǎng)效應(yīng)管源極、漏極可以互換使用,互換后特性場(chǎng)效應(yīng)管源極、漏極可以互換使用,互換后特性變化不大變化不大;而晶體管的發(fā)射極和集電極互換后特;而晶體管的發(fā)射極和集電極互換后特性差異

24、很大性差異很大,一般不能互換使用。一般不能互換使用。6. 場(chǎng)效應(yīng)管的種類比晶體管多,特別對(duì)于耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管的種類比晶體管多,特別對(duì)于耗盡型MOS管,柵管,柵- -源控制電壓可正可負(fù),均能控制漏源控制電壓可正可負(fù),均能控制漏極電流。極電流。7.管的柵極絕緣,外界感應(yīng)電荷不易泄放。管的柵極絕緣,外界感應(yīng)電荷不易泄放。8. 場(chǎng)效應(yīng)管和晶體管均可用于放大電路和開(kāi)關(guān)電路,場(chǎng)效應(yīng)管和晶體管均可用于放大電路和開(kāi)關(guān)電路,但場(chǎng)效應(yīng)管具有集成工藝簡(jiǎn)單,工作電源電壓范但場(chǎng)效應(yīng)管具有集成工藝簡(jiǎn)單,工作電源電壓范圍寬,耗電省、低功耗等特點(diǎn),目前越來(lái)越多的圍寬,耗電省、低功耗等特點(diǎn),目前越來(lái)越多的應(yīng)用于集成電路中。應(yīng)用于

25、集成電路中。 例例 已知某管的輸出特性曲線如圖所示。試分析已知某管的輸出特性曲線如圖所示。試分析該管是什么類型的場(chǎng)效應(yīng)管。該管是什么類型的場(chǎng)效應(yīng)管。N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管。管。2105101510V8V6V uDS / ViD /mA4V開(kāi)啟電壓開(kāi)啟電壓UGS(th)=4V 例例 電路及管子的輸出特性如圖所示。試分析電路及管子的輸出特性如圖所示。試分析uI為為0、8V和和10V三種情況下三種情況下uO分別為幾伏。分別為幾伏。+VDD(+15V)RD5kuo +-uI +- -2105101510V8V6V uDS / ViD /mA4VVVRiVuuiuuDDDDDDDSODIGS15

26、, 00) 1 (,因而時(shí),管子處于夾斷狀態(tài)當(dāng)VVRiVuumAiVuuDDDDDSODIGS10)5115(,18)2(的時(shí),管子工作在恒流區(qū)當(dāng)+VDD(+15V)RD5kuo +-uI +- -2105101510V8V6V uDS / ViD /mA4VV.VVRRRuki /uRVuuDDDdsdsODDSdsIGS651535331013103為可變電阻區(qū),等效電阻,管子工作在(3)當(dāng))當(dāng)UGS=10V時(shí),若認(rèn)為時(shí),若認(rèn)為 T工作在恒流區(qū),則工作在恒流區(qū),則iD為為2.2mA, uo=4V,而而uGS=10V時(shí)的預(yù)夾斷電壓為時(shí)的預(yù)夾斷電壓為uDS=6V說(shuō)明管子工作在可變電阻區(qū)。說(shuō)明管

27、子工作在可變電阻區(qū)。+VDD(+15V)RD5kuo +-uI +- - uDS / V2105101510V8V6ViD /mA4V能實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的控制;能實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的控制;三種組態(tài)相對(duì)應(yīng);三種組態(tài)相對(duì)應(yīng);分析方法相同。分析方法相同。為實(shí)現(xiàn)放大,對(duì)為實(shí)現(xiàn)放大,對(duì)FET,在柵極回路加適當(dāng)偏壓;,在柵極回路加適當(dāng)偏壓;而對(duì)而對(duì)BJT則加適當(dāng)?shù)钠鳌t加適當(dāng)?shù)钠?。?chǎng)效應(yīng)管組成的放大電路與雙極型晶體管一樣,必須建立合適場(chǎng)效應(yīng)管組成的放大電路與雙極型晶體管一樣,必須建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)的靜態(tài)工作點(diǎn).場(chǎng)效應(yīng)管放大電路場(chǎng)效應(yīng)管放大電路.1 1、自給偏壓電路、自給偏壓電路靜態(tài)工作點(diǎn)分析靜態(tài)工作點(diǎn)分析 柵極電

28、流為柵極電流為02)()1 (offGSGSQDSSDQsDQSQGQGSQUUIIRIUUU)(sDDQDDDSQRRIVU此電路只適用于此電路只適用于耗盡型器件耗盡型器件、分壓式偏置電路、分壓式偏置電路sDQDDGGGSQGQGSQRIVRRRUUU212I IDQDQ、 U UGSQGSQ靜態(tài)工作點(diǎn)分析靜態(tài)工作點(diǎn)分析)(SDDQDDDSQRRIVU柵極電流為柵極電流為02)() 1(thGSGSDODUUIi增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOSMOS管的電流方程管的電流方程求靜態(tài)工作點(diǎn),場(chǎng)效應(yīng)管的圖示電路中,例)(mAIVUVVkRkRMRkRMRDSSoffGSDDDSGGG5 . 01,18,30,2

29、,10,47,2232122)()11 (5 . 0)1 (GSQoffGSGSQDSSDQUUUIIsDQDDGGGSQGQGSQRIVRRRUUU212DQGSQGSQDQIUUI24 . 0)1 (5 . 02V.U,V.UmA.I,mA).(IDSGSQDQDQ18220310640950所以. 用微變等效電路法分析場(chǎng)效應(yīng)管用微變等效電路法分析場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)參數(shù)放大電路的動(dòng)態(tài)參數(shù)場(chǎng)效應(yīng)管的交流低頻小信號(hào)模型場(chǎng)效應(yīng)管的交流低頻小信號(hào)模型)u ,u( fiDSGSDdsdsgsmddsUDSDmUGSDUrUgIrui,guiGSDS11則令DSUDSDGSUGSDDuuiuuii

30、GSDSddd求全微分求全微分是輸出回路電流與輸入回路電壓之比,稱跨導(dǎo)是輸出回路電流與輸入回路電壓之比,稱跨導(dǎo),電導(dǎo)量綱。電導(dǎo)量綱。是描述是描述MOS管輸出特性曲線上翹程度的參數(shù),等管輸出特性曲線上翹程度的參數(shù),等效為電阻,在幾十效為電阻,在幾十幾百千歐之間。通常幾百千歐之間。通常 rds可視為可視為開(kāi)路。開(kāi)路。dsdsgsmdUrUgI1。低頻小信號(hào)模型低頻小信號(hào)模型sdg. . .U Ugsgsg gm mU UgsgsMOSMOS管簡(jiǎn)化交流等效模型管簡(jiǎn)化交流等效模型DQDOGS(th)mIIU2gDQDSSoffGSmIIUg)(2耗盡型耗盡型:(:(結(jié)型結(jié)型) )2()(1)GSDDS

31、SGS offuiIU增強(qiáng)型:增強(qiáng)型:UGS(th)iD=IDO(uGS1)2rdsQ點(diǎn)不僅影響電路是否失點(diǎn)不僅影響電路是否失真真,還影響動(dòng)態(tài)參數(shù)。還影響動(dòng)態(tài)參數(shù)。應(yīng)用微變等效電路分析法分析場(chǎng)效應(yīng)應(yīng)用微變等效電路分析法分析場(chǎng)效應(yīng)管放大電路管放大電路LDLLmgsLgsmgsLdiOuRRRRgURUgURIUUA/GiRR ()()共源放大電路共源放大電路微變等效電路微變等效電路DoRR 例例圖示電路,圖示電路,CS和和RL開(kāi)路開(kāi)路,mSg,kR,kR,MR,kR,kRmDSGGG1102210030021計(jì)算計(jì)算、和和331.RgRgRUgURUgUUASmDmSgsmgsDgsmiOuM.R/RRRGGG

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