電工技術(shù)下冊(第七版)第二章B

2.10互補(bǔ)對稱功率放大電路2.11場效應(yīng)管及其放大電路2.8放大電路中的頻率特性2.9差分放大電路1精選課件2.8放大電路的頻率特性2精選課件2.8

放大電路的頻率特性由于放大電路中一般都有電容元件，如耦合電容、發(fā)射極旁路電容及晶體管級間電容等，它們的容抗隨頻率變化，故當(dāng)信號頻率不同時，放大電路的輸出電壓相對于輸入電壓的幅值和相位都將發(fā)生變化，會產(chǎn)生幅度和相位失真，通稱為頻率失真，因此我們要研究放大電路的頻率特性。頻率特性幅頻特性：電壓放大倍數(shù)的模|Au|與頻率f的關(guān)系相頻特性：輸出電壓相對于輸入電壓的相位移與頻率f的關(guān)系在實際應(yīng)用中，放大電路的輸入信號一般不是單一頻率的，比如電視圖像、伴音信號等都含有各種頻率的諧波分量。3精選課件一、簡單RC電路的頻率特性RC

低通電路RC??RC??RC

高通電路?–90°fO|Au

|10.707O–45°fHf?90°fO|Au

|10.707O45°fLf4精選課件通頻帶f|Au

|0.707|Auo|fLfH|Auo|幅頻特性下限截止頻率上限截止頻率耦合、旁路電容造成。三極管結(jié)電容、

造成f–270°–180°–90°相頻特性O(shè)通頻帶的寬度稱為帶寬，它也是放大電路的重要性能指標(biāo)，為了減小頻率失真，希望通頻帶寬些好。共發(fā)射極單級放大電路的頻率特性5精選課件在工業(yè)電子技術(shù)中，最常用的就是低頻電路，其頻率范圍約為20～10000Hz，為了定性的分析放大電路的頻率特性，將低頻段范圍又分為低、中、高三個頻段。下面分別分析高、中、低三個頻段的頻率特性：6精選課件在中頻段

所以，在中頻段可認(rèn)為電容不影響交流信號的傳送，放大電路的放大倍數(shù)與信號頻率無關(guān)?？紤]PN結(jié)的電容效應(yīng)，把輸入端的等效為Ci，把輸出端等效CO，可認(rèn)為它們的等效電容與負(fù)載并聯(lián)。由于Ci、CO的電容量很小，它對中頻段信號的容抗很大，可視作開路。由于耦合電容C1、C2和發(fā)射極旁路電容CE的容量較大，故對中頻段信號的容抗很小，可視作短路。RB1RCC1C2CEREI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–(前面所討論的放大電路，都工作在中頻段)CiCo7精選課件

由于信號的頻率較低，耦合電容和發(fā)射極旁路電容的容抗較大，其分壓作用不能忽略。以至實際送到三極管輸入端的電壓

比輸入信號

要小，故放大倍數(shù)降低，并使產(chǎn)生相位移在中頻段的基礎(chǔ)上超前。在低頻段：所以，在低頻段放大倍數(shù)降低和相位移越前的主要原因是耦合電容和發(fā)射極旁路電容的影響。Ci、CO的容抗比中頻段還大，仍可視作開路。RB1RCC1C2CEREI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–CiCo8精選課件通頻帶f|Au

|0.707|Auo|fLfH|Auo|幅頻特性下限截止頻率上限截止頻率耦合、旁路電容造成。三極管結(jié)電容、

造成f–270°–180°–90°相頻特性O(shè)共發(fā)射極放大電路的頻率特性9精選課件由于信號的頻率較高，耦合電容和發(fā)射極旁路電容的容抗比中頻段還小，仍可視作短路。在高頻段：

Ci、CO的容抗將減小，它與負(fù)載并聯(lián)，其分流作用不可忽略。在輸入端Ci會使Ib減小，從而使Ic和輸出電壓Uo減??；在輸出端，Co使輸出端等效負(fù)載阻抗減小，也會使輸出電壓Uo減?。煌瑯釉诟哳l時三極管的電流放大系數(shù)也隨頻率的升高而下降；所以電壓放大倍數(shù)降低，并使產(chǎn)生滯后于中頻段的相位移。RB1RCC1C2CEREI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–CiCo10精選課件通頻帶f|Au

|0.707|Auo|fLfH|Auo|幅頻特性下限截止頻率上限截止頻率耦合、旁路電容造成。三極管結(jié)電容、

造成f–270°–180°–90°相頻特性O(shè)所以，在高頻段放大倍數(shù)降低和相位移滯后的主要原因是三極管電流放大系數(shù)、極間電容的影響。11精選課件多級放大電路的頻率響應(yīng)：由于多級電路的放大倍數(shù)是單級放大電路放大倍數(shù)的乘積，即總幅頻特性也是單級的乘積。與單級幅頻特性相比，在總的幅頻特性上，對應(yīng)的上限頻率fH降低了，下限頻率fL升高了，所以總的通頻帶變窄了。所以，多級放大電路的放大倍數(shù)雖然提高了，但是以犧牲通頻帶作為代價。12精選課件2.9差分放大電路2.9.1差分放大電路的工作原理2.9.2典型差分放大電路2.9.3差放對差模信號的放大2.9.4共模抑制比13精選課件2.9差分放大電路在直接耦合的多級放大電路中，存在著零點(diǎn)漂移的問題，以第一極的漂移最嚴(yán)重，而差分放大電路是抑制零點(diǎn)漂移最有效的電路結(jié)構(gòu)，質(zhì)量較高的多級直接耦合的第一極多采用這種電路。14精選課件2.9差分放大電路2.9.1差分放大電路的工作原理差分放大電路是抑制零點(diǎn)漂移最有效的電路結(jié)構(gòu)。差動放大原理電路

+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T2信號從兩個基極輸入，從兩個集電極輸出。兩管靜態(tài)工作點(diǎn)Q相同特點(diǎn)：a.兩個輸入端，兩個輸出端；b.兩只完全相同的管子；c.元件參數(shù)對稱；15精選課件1.零點(diǎn)漂移的抑制（靜態(tài)）uo=VC1－VC2

=0uo=(VC1+VC1

)－(VC2+

VC2)=0靜態(tài)時，ui1

=

ui2

=0當(dāng)溫度升高時ICVC（兩管變化量相等）優(yōu)點(diǎn)：零點(diǎn)漂移被完全抑制。對稱差分放大電路對兩管所產(chǎn)生的同向漂移都有抑制作用。+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T216精選課件2.有信號輸入時的工作情況（動態(tài)）兩管集電極電位呈等量同向變化，所以輸出電壓為零，即對共模信號沒有放大能力。(1)共模輸入

ui1=ui2大小相等、相位相同差分電路抑制共模信號能力的大小，反映了它對零點(diǎn)漂移的抑制水平。+UCCuoRCRB2T1RB1RCRB2RB1+–ui1ui2++––T2+–+–+–+–+–+–共模信號需要抑制17精選課件+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T22.有信號輸入時的工作情況兩管集電極電位一減一增，呈等量異向變化，(2)

差模輸入

ui1=–ui2大小相等、極性相反uo=VC1

－

VC2=－2VC1即對差模信號有放大能力，由于差模信號又稱差分信號，所以這種電路稱為差分（差動）放大電路。+–+–+–+–+–+–差模信號是有用信號18精選課件(3)比較輸入既不是共模，也不是差模。ui1、ui2大小和極性任意的信號，稱為比較信號。例1:

ui1=10mV,ui2=6mVui2=8mV－2mV例2:

ui1=20mV,ui2=16mV可分解成:

ui1=18mV+2mVui2=18mV－2mV可分解成:

ui1=8mV+2mV共模信號差模信號放大器只放大差模信號，抑制共模信號這種輸入常作為比較放大來應(yīng)用，在自動控制系統(tǒng)中是常見的。把比較信號分解為差模信號和共模信號。19精選課件

若電路完全對稱，理想情況下共模放大倍數(shù)Ac=0

輸出電壓

uo

=

Ad

（ui1－

ui2）=

Ad

uid

由于電路不可能完全對稱，則Ac0，實際輸出電壓

uo

=Acuic+

Ad

uid即共模信號對輸出有影響。實際上，上面的差分放大電路能抑制零點(diǎn)漂移，是由于電路的對稱性。20精選課件實際上兩部分電路不會完全對稱，就不可能完全抑制零漂。另外，如果從一管輸出，則與單管放大電路一樣，對零漂毫無抑制能力，而這種“單端輸出”方式的形式又是經(jīng)常采用的。所以，不能單靠提高電路的對稱性來抑制零點(diǎn)漂移，還需通過減少兩個單管放大電路本身的零漂來抑制整個差放的零漂。

而抑制零點(diǎn)漂移就是減小ICQ的變化，穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，也是減小ICQ的變化，即抑制零點(diǎn)漂移和穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)是一回事。因此可以借鑒工作點(diǎn)穩(wěn)定電路中采用過的方法，在管子的射極上接一電阻。這樣，基本的差動放大電路就改進(jìn)為另外一種電路。21精選課件2.9.2典型差分放大電路+UCCuoui1RCRPT1RBRCui2RERB+++–––T2－UEE+–RE的作用：RE稱為共模抑制電阻，它基本上不影響差模的放大。穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，限制每個管子的漂移。它越大，抑制共模的作用越顯著，但會使Ic過小，影響Q和電壓放大倍數(shù)。UEE：用于補(bǔ)償RE上的直流壓降，以獲得合適的工作點(diǎn)。Rp稱為調(diào)零電位器，保證輸入電壓為零時，輸出電壓也為零，較小。雙電源長尾式差放特點(diǎn)：加入射極電阻RE；采用正負(fù)雙電源供電，加入負(fù)電源-UEE，22精選課件射極電阻RE的作用：T°CIC1

IC2

IE

=IE1+IE2UE

=IERE+（-UEE）UBE1

、UBE2

IB1、IB2

IC1

IC2

uo+UCCRCT1RCT2-UEERE（1）直流負(fù)反饋，穩(wěn)定單管的靜態(tài)工作點(diǎn)無輸入信號時（靜態(tài)）23精選課件射極電阻RE的作用：（2）RE對共模信號有抑制作用（原因：輸入共模信號時，抑制過程與上述類似）（3）RE對差模信號不影響，相當(dāng)于開路ui1uo+UCC（+15V）RCT1RCui2T2-UEE（-15V）REIEui1=-ui2，設(shè)ui1,ui2ib1,ib2ie1,ie2

ie1=-ie2IE不變

RE能區(qū)別對待共模信號和差模信號，24精選課件

圖3－20無調(diào)零電位器的差放電路

2.9.3差放對差模信號的放大ui1=–ui21.靜態(tài)分析

當(dāng)輸入信號為零時，畫出放大電路的直流通路，由基極回路可得直流電壓方程式為因為RP很小，可以忽略掉。25精選課件26精選課件差模輸入時的交流通路2、動態(tài)分析RE對差模信號不起作用，可以去掉。27精選課件單管差模交流通路RE對差模信號不起作用，省略去。單管放大倍數(shù)：同理可得：雙端輸出電壓為：雙端輸入－雙端輸出差分電路的差模電壓放大倍數(shù)為：差放的與單管的電壓放大倍數(shù)相同，所以，接成差放電路是為了抑制零點(diǎn)漂移。28精選課件兩輸入端之間的差模輸入電阻為：兩集電極之間的差模輸出電阻為：當(dāng)在兩管的集電極之間接入負(fù)載RL時：因為當(dāng)輸入差模信號時，一個管子的集電極電位降低，另一管增高，這樣在RL的中點(diǎn)就相當(dāng)于交流接“地”，所以每管各帶一半負(fù)載電阻。這時，差放電壓放大倍數(shù)變?yōu)椋?9精選課件3、差分放大電路的輸入輸出方式

差動放大電路有兩個輸入端和兩個輸出端,所以在信號源與兩個輸入端的連接方式及負(fù)載從輸出端取出電壓的方式上可以根據(jù)需要靈活選擇。

1．雙端輸入、單端輸出

輸出信號只從一管的集電極對地輸出,這種輸出方式叫單端輸出。此時由于只取出一管的集電極電壓變化量,只有雙端輸出電壓的一半,因而差模電壓放大倍數(shù)也只有雙端輸出時的一半。

30精選課件雙端輸入、單端輸出差放電路

31精選課件

信號也可以從V2的集電極輸出,此時式中無負(fù)號,表示同相輸出。

如果信號從V1的集電極輸出,此時式中有負(fù)號,表示反相輸出。

單端輸出差放的電壓放大倍數(shù)只有雙端輸出差放的一半。32精選課件單端輸入、雙端輸出差動放大電路

2．單端輸入、雙端輸出將差放電路的另一個輸入端接地,信號只從一個輸入端輸入,這種連接方式稱為單端輸入。3．單端輸入、單端輸出

由于單端輸入與雙端輸入情況相同,因而單端輸入、單端輸出電路計算與雙端輸入、單端輸出電路計算相同。33精選課件

對差放來說，差模信號是需要放大的有用信號，希望它有較大的放大倍數(shù)；而共模信號是需要抑制的無用信號，放大倍數(shù)越小越好，它越小，零點(diǎn)漂移就越小，即抗共模干擾能力越強(qiáng)，當(dāng)用作比較放大時，就越能準(zhǔn)確、靈敏的反映出信號的偏差值。為了全面衡量差放放大差模信號和抑制共模信號的能力，引入了共模抑制比作為評價指標(biāo)。定義為：2.9.4

共模抑制比（CommonModeRejectionRatio)34精選課件差模放大倍數(shù)共模放大倍數(shù)

KCMRR越大，說明差放分辨差模信號的能力越強(qiáng)，受共模信號的影響越小。共模抑制比理想情況：對于雙端輸出差分放大電路，如果電路完全對稱，則AC=0，則KCMRR就趨向于無窮大。實際情況：電路完全對稱并不存在，所以則KCMRR也不可能趨向于無窮大。35精選課件總結(jié)提高雙端輸出差放的共模抑制比的方法：1、使電路參數(shù)盡可能對稱；2、盡可能加大共模抑制電阻RE。對于單端輸出的差放：主要是盡可能加大共模抑制電阻RE。36精選課件2.10功率放大電路2.10.1功率放大電路的功能和特點(diǎn)2.10.2互補(bǔ)對稱放大電路2.10.3實際功放電路

2.10.4集成功率放大器37精選課件例：擴(kuò)音系統(tǒng)功率放大電壓放大信號提取2.10.1功率放大電路的功能和特點(diǎn)功率放大電路的作用：作為放大電路的末級（末前級）。輸出足夠大的功率，去推動負(fù)載（換能器）工作。例如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動作、儀表指針偏轉(zhuǎn)、電動機(jī)旋轉(zhuǎn)等。執(zhí)行機(jī)構(gòu)（負(fù)載）前置放大電路功率放大電路信號源38精選課件前置放大電路：工作于小信號狀態(tài)，主要用于增強(qiáng)信號的幅度，即輸出足夠大的電壓或電流；1、由于信號大，工作點(diǎn)的動態(tài)范圍大，引起非線性失真大2、輸出功率足夠大，常在極限狀態(tài)下工作；3、效率要高；4、小信號模型不適用，需采用圖解法分析功放的特點(diǎn)：功率放大電路：工作在大信號狀態(tài)，作用是輸出足夠大的功率，驅(qū)動負(fù)載工作。兩種放大電路的比較：39精選課件對功率放大電路的基本要求：(1)在不失真的情況下能輸出盡可能大的功率。(2)由于功率較大，就要求提高效率。效率、失真和輸出功率相互影響，首先討論高效率的問題。根據(jù)Q在特性曲線上的位置把放大電路分為三種工作狀態(tài)：40精選課件ICUCEOQiCtO1、甲類工作狀態(tài)優(yōu)點(diǎn)：是在輸入信號的整個周期內(nèi)，三極管都處于導(dǎo)通狀態(tài),輸出信號失真較小。缺點(diǎn)：三極管有較大的靜態(tài)電流ICQ,管耗PT大。無信號輸入時，電源提供的功率全部被管子和電阻消耗；有信號輸入時，一部分能量轉(zhuǎn)換輸出功率，但轉(zhuǎn)換效率低，最高只能達(dá)50%。在甲類狀態(tài)，電源提供的功率總是PE=UCCICQ（前面討論的電壓放大器都工作在這種狀態(tài)）,要想提高效率，一是增加PO；二是減小損耗PT，必須在保證P0的同時，即減小ICQ，使Q點(diǎn)下移。工作點(diǎn)Q設(shè)置在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。41精選課件ICUCEOQiCtO2、乙類工作狀態(tài)優(yōu)點(diǎn)：這時,由于三極管的靜態(tài)電流ICQ

≈0，靜態(tài)管耗最小，所以能量轉(zhuǎn)換效率高。缺點(diǎn)：只能對半個周期的輸入信號進(jìn)行放大,非線性失真大。乙類放大器的工作點(diǎn)Q設(shè)置在截止區(qū)。42精選課件ICUCEOQiCtO3、甲乙類工作狀態(tài)即三極管處于微導(dǎo)通狀態(tài)，導(dǎo)通的時間大于半個周期，此時，ICQ較小，功耗較小。優(yōu)點(diǎn)：失真比乙類放大電路的要小,且能量轉(zhuǎn)換效率也較高,目前使用較多。

在乙類和甲乙類下工作時，雖提高了效率，但產(chǎn)生失真。為了保證效率，同時減小波形失真，改變電路結(jié)構(gòu)，采用互補(bǔ)對稱功率放大電路，可以解決效率和失真的矛盾。在乙類和甲乙類下工作時，電源提供的功率為PE=UCCIC(AV)，IC(AV)為ic的平均值。工作點(diǎn)設(shè)在放大區(qū)但接近截止區(qū)。43精選課件2.10.2互補(bǔ)對稱放大電路互補(bǔ)對稱電路是集成功率放大電路輸出級的基本形式。主要有兩種形式的電路：1、OTL電路：由于與負(fù)載連接時，省去了變壓器，通過容量較大的電容與負(fù)載耦合，稱為無輸出變壓器(OutputTransformerless)電路，簡稱OTL電路。2、OCL電路：互補(bǔ)對稱電路直接與負(fù)載相連，輸出電容也省去，就成為無輸出電容(OutputCapacitorless)電路，簡稱OCL電路。OTL電路采用單電源供電，OCL電路采用雙電源供電。44精選課件增加對稱的負(fù)電源-USC，使靜態(tài)時的A點(diǎn)電位為0RLuiT1T2+USCCAUL+-UC+USC-USCuiiLRLT1T2AOTL電路OCL電路45精選課件1.

OTL電路(1)特點(diǎn)T1、T2的特性一致；一個NPN型、一個PNP型兩管均接成射極輸出器；輸出端有大電容；單電源供電。(2)靜態(tài)時(ui=0),

IC10，IC20OTL原理電路RLuIT1T2+UCCCAuo++-+-Q1、Q2處在截止區(qū)，電路工作在乙類狀態(tài)。46精選課件(3)動態(tài)時T1導(dǎo)通、T2截止；T1以射極輸出器的形式將正半周信號輸出給負(fù)載，同時對電容C充電；T2導(dǎo)通、T1截止；電容C通過T2、RL放電，T2以射極輸出器的形式將負(fù)半周信號輸出給負(fù)載，電容C在這時起到負(fù)電源的作用。為了使輸出波形對稱，必須保持電容C上的電壓基本維持不變，因此C的容量必須足夠大。ic輸入交流信號ui的正半周輸入交流信號ui的負(fù)半周RLuIT1T2+UCCCAuo++-+-47精選課件(4)交越失真當(dāng)輸入信號ui為正弦波時，輸出信號在過零前后出現(xiàn)的失真稱為交越失真。

交越失真產(chǎn)生的原因由于晶體管輸入特性存在死區(qū)，ui

<死區(qū)電壓時，電流接近于0。交越失真必須外加偏置電壓，以產(chǎn)生不大的偏流，使靜態(tài)工作點(diǎn)稍高于截止點(diǎn)，避開輸入特性的死區(qū)，使其工作于甲乙類狀態(tài)?？朔辉绞д娴拇胧﹗itOictO48精選課件R1RLuIT1T2+UCCCAuo++-+-R2D1D2靜態(tài)時T1、T2

兩管發(fā)射結(jié)電壓分別為二極管D1、D2的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微弱?dǎo)通狀態(tài)，消除交越失真。(5)克服交越失真的電路49精選課件2.OCL電路靜態(tài)時：由于電路對稱，兩管的電流相等，負(fù)載中沒電流通過，VA=0。動態(tài)時：ui

>0V，V1導(dǎo)通，V2截止，有正向電流流過負(fù)載；ui

<0，V2導(dǎo)通，V1截止，有反向電流流過負(fù)載。雙電源供電、輸出無電容器。優(yōu)點(diǎn)：不影響低頻信號傳輸，便于集成化。(1)每管導(dǎo)通時間為半個周期；(2)克服了交越失真。icitO因為靜態(tài)時，有偏置路提供偏流，Q點(diǎn)不在截止區(qū)，所以電路工作于甲乙類狀態(tài)。50精選課件電路中增加復(fù)合管復(fù)合管是由兩個或兩個以上三極管按一定的方式連接而成的，復(fù)合管又稱為達(dá)林頓管。互補(bǔ)對稱放大電路要求有一對特性相同的功率管，當(dāng)輸出功率較小時，可以選配，但在輸出功率較大時，功率管就難以選配。所以需要選用復(fù)合管。增加復(fù)合管的目的：擴(kuò)大電流。51精選課件cbeT1T2ibicbecibic1

2晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。cbeT1T2ibicbecibic復(fù)合NPN型復(fù)合PNP型52精選課件2.10.3實際功放電路這里介紹一個實用的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路。其中主要環(huán)節(jié)有：(1)恒流源式差動放大輸入級（T1、T2、T3）；(2)偏置電路，克服就交越失真（R1、D1、D2）；(3)OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放輸出級（T7、T8、T9、T10）；(4)負(fù)反饋電路（Rf、C1、Rb2構(gòu)成交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋）；(5)共射放大級（T4）；(6)UBE倍增電路（T6、R2、R3）；(7)調(diào)整輸出級工作點(diǎn)元件(Re7、Rc8、Re9、Re10).53精選課件+24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX差動放大級反饋級偏置電路共射放大級UBE倍增電路準(zhǔn)互補(bǔ)功放級保險管負(fù)載實用的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路：54精選課件

2.10.4集成功率放大器特點(diǎn)：工作可靠、使用方便。只需在器件外部適當(dāng)連線，即可向負(fù)載提供一定的功率。輸入級是差分放大電路，來抑制電路的零點(diǎn)漂移；中間級是共射級放大電路，用來放大電壓；輸出級是OTL互補(bǔ)對稱功率放大電路，單電源供電，用來放大功率，驅(qū)動負(fù)載。集成功放LM386的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用：55精選課件C5-+C3R356327C2Vccui8調(diào)節(jié)音量電源濾波電容外接旁路電容消除自激振蕩輸入信號輸出耦合大電容456精選課件2.11場效應(yīng)管及其放大電路2.11.1絕緣柵場效應(yīng)管2.11.2

場效應(yīng)管放大電路57精選課件2.11場效應(yīng)管及其放大電路

場效應(yīng)晶體管是利用電場效應(yīng)來控制電流的一種新型半導(dǎo)體器件，即是電壓控制元件。它的輸入電壓決定輸出電流的大小，基本上不需要信號源提供電流，它的輸入電阻高，可達(dá)109～1014。雙極性晶體管是電流控制元件，通過控制基極電流達(dá)到控制集電極電流或射極電流的目的，即信號源必須提供一定的電流才能工作，它的輸入電阻較低，有102～104。FET與BJT相比，具有輸入電阻大、耗電少、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；而且制造工藝簡單，體積小，適用于大規(guī)模集成電路；不僅用于放大，也可作為開關(guān)元件。58精選課件結(jié)型場效應(yīng)管按結(jié)構(gòu)不同場效應(yīng)管有兩種:絕緣柵型場效應(yīng)本節(jié)僅介紹絕緣柵型場效應(yīng)管按工作狀態(tài)可分為：增強(qiáng)型和耗盡型兩類每類又有N溝道和P溝道之分絕緣柵型場效應(yīng)管增強(qiáng)型耗盡型P溝道N溝道P溝道N溝道59精選課件2.11.1絕緣柵場效應(yīng)管漏極D柵極和其它電極及硅片之間是絕緣的，稱絕緣柵型場效應(yīng)管。金屬電極(1)

N溝道增強(qiáng)型管的結(jié)構(gòu)柵極G源極S1.增強(qiáng)型絕緣柵場效應(yīng)管SiO2絕緣層P型硅襯底

高摻雜N區(qū)濃度較低60精選課件GSD符號：由于柵極與其他電極及硅片之間是絕緣的，柵極電流IG幾乎為零，柵源電阻（輸入電阻）RGS很高，最高可達(dá)1014。漏極D金屬電極柵極G源極SSiO2絕緣層P型硅襯底

高摻雜N區(qū)由于金屬柵極和半導(dǎo)體之間的絕緣層目前常用二氧化硅，故又稱金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管，簡稱MOS場效應(yīng)管。61精選課件(2)N溝道增強(qiáng)型管的工作原理EGP型硅襯底N+N+GSD+–UGSED+–由結(jié)構(gòu)圖可見，N+型漏區(qū)和N+型源區(qū)之間被P型襯底隔開，漏極和源極之間是兩個背靠背的PN結(jié)。

當(dāng)柵源電壓UGS=0時，不管漏極D和源極S之間所加電壓的極性如何，其中總有一個PN結(jié)是反向偏置的，反向電阻很高，漏極電流ID近似為零。SD

在制造時,D、S之間沒有形成原始導(dǎo)電溝道，而是利用外加?xùn)牛措妷盒纬呻妶霎a(chǎn)生的，稱為增強(qiáng)型場效應(yīng)管。62精選課件EGP型硅襯底N+N+GSD+–UGSED+–

當(dāng)UGS>0時，因為SiO2很薄，產(chǎn)生了垂直于襯低表面的強(qiáng)電場，P型襯底中的電子受到電場力的吸引到達(dá)表層，填補(bǔ)P型襯低中，因為擴(kuò)散而失去空穴形成負(fù)離子的耗盡層；當(dāng)UGS大于一定值時，還在表面形成了一個N型薄層，稱為反型層。這就是溝通源區(qū)和漏區(qū)的N型導(dǎo)電溝道。N型導(dǎo)電溝道(2)N溝道增強(qiáng)型管的工作原理

當(dāng)UGS>UGS（th）時，將出現(xiàn)N型導(dǎo)電溝道，將D-S連接起來。在漏極電源UDS的作用下將產(chǎn)生漏極電流ID，管子導(dǎo)通。UGS愈高，導(dǎo)電溝道愈寬,ID越大。而0<UGS<UGS（th）時，漏源極間溝道未聯(lián)通，ID≈0。在一定的漏–源電壓UDS下，使管子由不導(dǎo)通變?yōu)閷?dǎo)通的臨界柵源電壓稱為開啟電壓UGS(th）。63精選課件EGP型硅襯底N+N+GSD+–UGSED+–N型導(dǎo)電溝道

即當(dāng)UGS

UGS(th）后，導(dǎo)電溝道才形成，開始導(dǎo)通。

若此時，漏–源之間加上一定的電壓UDS，則有漏極電流ID產(chǎn)生。此時，漏極電流ID的大小與柵源電壓UGS有關(guān)。UGS愈高，導(dǎo)電溝道愈寬,ID越大。

(2)N溝道增強(qiáng)型管的工作原理所以，場效應(yīng)管是利用電場效應(yīng)改變導(dǎo)電溝道寬度來控制ID的，或者說是利用UGS來控制ID的，即它是一種電壓控制電流的器件。64精選課件(3)

特性曲線有導(dǎo)電溝道轉(zhuǎn)移特性曲線無導(dǎo)電溝道開啟電壓UGS(th）UDSUGS/ID/mAUDS/VoUGS=1VUGS=2VUGS=3VUGS=4V輸出特性曲線線性放大區(qū)（恒流區(qū)）可變電阻區(qū)截止區(qū)柵源電壓UGS對漏極電流ID的控制特性UDS(BR)擊穿區(qū)轉(zhuǎn)移特性曲線輸出特性曲線65精選課件N型襯底PPGSD符號：結(jié)構(gòu)(4)P溝道增強(qiáng)型SiO2絕緣層加電壓才形成P型導(dǎo)電溝道P溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管漏極和源極間、柵極和源極間應(yīng)加反向電壓時，形成導(dǎo)電溝道。66精選課件2.耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管GSD符號：如果MOS管在制造時已經(jīng)有一個原始導(dǎo)電溝道，稱為耗盡型場效應(yīng)管。(1)N溝道耗盡型管結(jié)構(gòu)SiO2絕緣層中摻有正離子原始N型導(dǎo)電溝道雖然結(jié)構(gòu)變化不大，但控制特性卻有明顯改善。67精選課件（2.）耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管工作原理由于耗盡型場效應(yīng)管預(yù)埋了導(dǎo)電溝道，所以在UGS=0時，若漏–源之間加上一定的電壓UDS，也會有漏極電流ID產(chǎn)生。當(dāng)UGS>0時，使導(dǎo)電溝道變寬，ID增大；當(dāng)UGS<0時，使導(dǎo)電溝道變窄，ID減?。籙GS負(fù)值愈高，溝道愈窄，ID就愈小。

當(dāng)UGS達(dá)到一定負(fù)值時，N型導(dǎo)電溝道消失，ID=0，稱為場效應(yīng)管處于夾斷狀態(tài)（即截止）。這時的UGS稱為夾斷電壓，用UGS(off）表示。

這時的漏極電流用

IDSS表示，稱為飽和漏極電流。68精選課件(3)耗盡型N溝道MOS管的特性曲線夾斷電壓耗盡型的MOS管UGS=0時就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓到一定值時才能夾斷。UGS(off)轉(zhuǎn)移特性曲線0ID/mA

UGS/V-1-2-348121612UDS=常數(shù)UDSUGS=0UGS<0UGS>0輸出特性曲線0ID/mA16201248121648IDSS69精選課件可見，耗盡型MOSFET不論UGS是正是負(fù)還是零，都能控制漏極電流ID，這個特點(diǎn)使其應(yīng)用具有更大的靈活性。增強(qiáng)型和耗盡型MOSFET的主要區(qū)別是是否有原始導(dǎo)電溝道。所以要判別一個沒有型號的MOSFET的類型，就是要檢查它在UGS＝0時，在漏、源極間加電壓時，是否導(dǎo)通，來做出判別。

實驗表明，在UGS(OFF)≤UGS≤0范圍內(nèi)，耗盡型場效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移特性可近似用下式表示：70精選課件2.耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管(4)P溝道耗盡型管符號：GSD預(yù)埋了P型導(dǎo)電溝道SiO2絕緣層中摻有負(fù)離子71精選課件耗盡型GSDGSD增強(qiáng)型N溝道P溝道GSDGSDN溝道P溝道G、S之間加一定電壓才形成導(dǎo)電溝道在制造時就具有原始導(dǎo)電溝道總結(jié)：72精選課件3.場效應(yīng)管的主要參數(shù)(1)開啟電壓UGS(th)：是增強(qiáng)型MOS管的參數(shù)，柵源電壓小于開啟電壓,場效應(yīng)管不能導(dǎo)通。(2)夾斷電壓UGS(off)：當(dāng)UGS=UGS(off)時,漏極電流為零。(3)飽和漏電流IDSS：當(dāng)UGS=0時所對應(yīng)的漏極電流。是耗盡型MOS管的參數(shù)(4)低頻跨導(dǎo)gm：表示柵源電壓對漏極電流的控制作用的大小，是衡量放大能力的參數(shù)。(5)輸入電阻RGS：很大。73精選課件(6)漏極最大允許耗散功耗PDM最大漏極功耗是PD=UDSID的最大值，與雙極型三極管的PCM相當(dāng)。(7)柵源擊穿電壓UGS(BR)是在增大UGS的過程中，絕緣層擊穿使IG迅速增大的UGS值。極限參數(shù)：耗散功率、擊穿電壓使用場效應(yīng)晶體管時，要注意：1、因為RGS很大，為了避免可能出現(xiàn)柵極感應(yīng)電壓過高而造成絕緣層的擊穿問題，在保存時，應(yīng)該將三個電極短接2、焊接時，電烙鐵應(yīng)斷電或具有良好的接地線。74精選課件場效應(yīng)管與晶體管的比較電流控制電壓控制控制方式電子和空穴兩種載流子同時參與導(dǎo)電載流子電子或空穴中一種載流子參與導(dǎo)電類型

NPN和PNPN溝道和P溝道放大參數(shù)

rce很高

rds很高輸出電阻輸入電阻較低較高雙極型三極管單極型場效應(yīng)管熱穩(wěn)定性差好制造工藝較復(fù)雜簡單，成本低電極

B—E—CG—S—D75精選課件2.11.2

場效應(yīng)管放大電路

場效應(yīng)晶體管具有輸入電阻高、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，常用于多級放大電路的輸入級以及要求噪聲低的放大電路，特別是對于高內(nèi)阻信號源，采用場效應(yīng)晶體管才能有效放大。

場效應(yīng)管的源極S、漏極D、柵極G相當(dāng)于雙極型晶體管的發(fā)射極E、集電極C、基極B。

場效應(yīng)管的共源極放大電路和源極輸出器與雙極型晶體管的共發(fā)射極放大電路和射極輸出器在結(jié)構(gòu)上也相類似。BJT是電流控制元件，依靠調(diào)整IB來獲得合適的靜態(tài)工作點(diǎn)；而FET是電壓控制元件，Q由UGS決定。76精選課件電路的組成原則及分析方法(1).靜態(tài)：要求有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)Q，使場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)。(2).動態(tài):能為交流信號提供通路進(jìn)行放大。組成原則靜態(tài)分析：估算法、圖解法。動態(tài)分析：微變等效電路法。分析方法靜態(tài)分析即設(shè)置合適的Q,由于它是電壓控制元件，當(dāng)UDD和RD選定后，Q是由UGS(偏壓)確定的。常用的偏置電路有以下兩種：

77精選課件1.自給偏壓式偏置電路2.11.2

場效應(yīng)管放大電路柵源電壓UGS是由場效應(yīng)管自身的電流提供的，故稱自給偏壓。UGS

=–RSIS

=–RSI