場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路

會(huì)計(jì)學(xué)1場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路場(chǎng)效應(yīng)管FET與三極管BJT的區(qū)別Sect1.BJT:是電流控制元件；FET:是電壓控制元件。2.BJT參與導(dǎo)電的是電子—空穴，因此稱其為雙極型器件；

FET是電壓控制元件，參與導(dǎo)電的只有一種載流子，稱為單級(jí)型器件。3.BJT輸入電阻較低，一般102~104；FET輸入電阻高，可達(dá)109~1014場(chǎng)效應(yīng)管的分類結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFETMOS型場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET

雙極型三極管場(chǎng)效應(yīng)三極管噪聲較大較小溫度特性受溫度影響較大較小，可有零溫度系數(shù)點(diǎn)輸入電阻幾十到幾千歐姆幾兆歐姆以上靜電影響不受靜電影響易受靜電影響集成工藝不易大規(guī)模集成適宜大規(guī)模和超大規(guī)模集成第1頁(yè)/共34頁(yè)3.1、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管Sect3.1.1、結(jié)構(gòu)與工作原理漏極D集電極C柵極G基極B源極S發(fā)射極E導(dǎo)通條件：

UGS0UBE0UDS0UBC01)在一定UDS作用下,柵源極電壓為負(fù),柵源極勾道通,UGS決定電流iD

的大小2)溝道中只有一種截流子——單極型晶體管1、結(jié)構(gòu)第2頁(yè)/共34頁(yè)2.JFET工作原理

N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管只能工作在負(fù)柵壓區(qū)，P溝道的只能工作在正柵壓區(qū)，當(dāng)UGS=0時(shí)，溝道較寬，在UDS的作用下N溝道內(nèi)的電子定向運(yùn)動(dòng)形成漏極電流ID。當(dāng)UGS＜0時(shí)，PN結(jié)反偏，PN結(jié)加寬，漏源間的溝道將變窄，ID將減小，當(dāng)UGS繼續(xù)向負(fù)方向增加，溝道繼續(xù)變窄，ID繼續(xù)減小直至為0。當(dāng)漏極電流為零時(shí)，所對(duì)應(yīng)的柵源電壓UGS稱為夾斷電壓UP。P+P+NGSDUDSIDDP+P+NGSUDSIDUGS預(yù)夾斷UGS=UP夾斷狀態(tài)ID=0Sect導(dǎo)電溝道第3頁(yè)/共34頁(yè)3.1.2JFET特性曲線UP轉(zhuǎn)移特性曲線輸出特性曲線Sect∣1.輸出特性曲線：

可變電阻區(qū)線性放大區(qū)ID=gmUGS

擊穿區(qū)IDSS：飽和柵極漏極電流,UGS=0UP：預(yù)夾斷電壓,iD=0UT：開啟電壓,不通轉(zhuǎn)通2.轉(zhuǎn)移特性曲線：UT第4頁(yè)/共34頁(yè)3.2、絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管MOSSect3.2.1.N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管漏極D→集電極C源極S→發(fā)射極E柵極G→基極B襯底B電極—金屬絕緣層—氧化物基體—半導(dǎo)體稱之為MOS管類型：N溝道增強(qiáng)型

P溝道耗盡型退出1.

結(jié)構(gòu)和工作原理

第5頁(yè)/共34頁(yè)

當(dāng)UGS較小時(shí)，雖然在P型襯底表面形成一層耗盡層，但負(fù)離子不能導(dǎo)電。當(dāng)UGS=UT時(shí),在P型襯底表面形成一層

電子層，形成N型導(dǎo)電溝道在UDS的作用下形成ID。UDSID++--++--++++----UGS反型層

當(dāng)UGS=0V時(shí)，漏源之間相當(dāng)兩個(gè)背靠背的PN結(jié)，無(wú)論UDS之間加上電壓不會(huì)在D、S間形成電流ID,即ID≈0.當(dāng)UGS>UT時(shí),溝道加厚，溝道電阻減少，在相同UDS的作用下

ID將進(jìn)一步增加開始無(wú)導(dǎo)電溝道，當(dāng)在UGSUT時(shí)才形成溝道,這種類型的管子稱為增強(qiáng)型MOS管SectN溝道增強(qiáng)型MOS工作原理第6頁(yè)/共34頁(yè)2.N溝道增強(qiáng)型MOS特性曲線

UDS一定時(shí)，UGS對(duì)漏極電流ID的控制關(guān)系曲線

ID=f(UGS)UDS=C

1).轉(zhuǎn)移特性曲線UDS>UGS-UTUGS(V)ID(mA)UTSect轉(zhuǎn)移特性曲線的斜率gm：跨導(dǎo)，mS（毫西門子）uGS=2UT時(shí)對(duì)應(yīng)的iD第7頁(yè)/共34頁(yè)2).輸出特性曲線2.恒流區(qū)：UGS一定，ID基本不隨UDS變化而變3.擊穿區(qū)：

UDS

增加到某一值時(shí)，ID開始劇增而出現(xiàn)擊穿。ID開始劇增時(shí)UDS稱為漏源擊穿電壓。UGS=6VUGS=4VUGS=5VUGS=3VUGS=UT=3VUGS(V)ID(mA)SectUGS一定時(shí)，ID與UDS的變化曲線，是一族曲線

ID=f(UDS)UGS=C1.可變電阻區(qū)

第8頁(yè)/共34頁(yè)3.2.2N溝道耗盡型MOS場(chǎng)效應(yīng)管+++++++耗盡型MOS管存在原始導(dǎo)電溝道Sect1.工作原理當(dāng)UGS=0時(shí)，UDS加正向電壓，產(chǎn)生漏極電流ID,此時(shí)的漏極電流稱為漏極飽和電流IDSS當(dāng)UGS＞0時(shí)，將使ID進(jìn)一步增加。當(dāng)UGS＜0時(shí)，UGS的減小漏極電流逐漸減小。直至ID=0。對(duì)應(yīng)ID=0的UGS稱為夾斷電壓UP退出第9頁(yè)/共34頁(yè)2.

特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線UGS(V)ID(mA)UPSect輸出特性曲線ID(mA)N溝道耗盡型MOS管可工作在

UGS0或UGS>0N溝道增強(qiáng)型MOS管只能工作在

UGS>0第10頁(yè)/共34頁(yè)各類場(chǎng)效應(yīng)三極管的特性曲線第11頁(yè)/共34頁(yè)3.3場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)Sect1.開啟電壓UTMOS增強(qiáng)型管的參數(shù)，柵源電壓小于開啟電壓的絕對(duì)值,場(chǎng)效應(yīng)管不能導(dǎo)通。2.夾斷電壓UP

夾斷電壓是耗盡型FET的參數(shù)，當(dāng)UGS=UP時(shí),漏極電流為零。3.飽和漏極電流IDSS

耗盡型場(chǎng)效應(yīng)三極管當(dāng)UGS=0時(shí)所對(duì)應(yīng)的漏極電流。4.直流輸入電阻RGS柵源間所加的恒定電壓UGS與流過柵極電流IGS之比結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，反偏時(shí)RGS約大于107Ω，絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管RGS約是109～1015Ω第12頁(yè)/共34頁(yè)5.漏源擊穿電壓BUDS使ID開始劇增時(shí)的UDS。6.柵源擊穿電壓BUGSJFET：反向飽和電流劇增時(shí)的柵源電壓MOS：使SiO2絕緣層擊穿的電壓7.低頻跨導(dǎo)gm

低頻跨導(dǎo)反映了柵壓對(duì)漏極電流的控制作用第13頁(yè)/共34頁(yè)半導(dǎo)體三極管圖片第14頁(yè)/共34頁(yè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管使用注意事項(xiàng)不得超過極限參數(shù)，還應(yīng)注意由于感應(yīng)電壓過高而造成擊穿的問題；在測(cè)量和使用時(shí)，必須始終保持柵-源極之間有一定的直流通路，不允許用萬(wàn)用表的歐姆檔定性地測(cè)試MOS管；保存這類管子時(shí)，應(yīng)將各電極短路；焊接時(shí)，最好將3個(gè)電極用導(dǎo)線捆繞短路，并順著源極、柵極的次序焊在電路上；電烙鐵或測(cè)試儀表與場(chǎng)效應(yīng)晶體管接觸時(shí)，均應(yīng)事先接地。第15頁(yè)/共34頁(yè)各種場(chǎng)效應(yīng)管所加偏壓極性小結(jié)第16頁(yè)/共34頁(yè)3.4場(chǎng)效應(yīng)管放大電路一、電路的組成原則及分析方法(1).靜態(tài)：適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)，使場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)。(2).動(dòng)態(tài):能為交流信號(hào)提供通路。組成原則靜態(tài)分析：估算法、圖解法。動(dòng)態(tài)分析：微變等效電路法。分析方法第17頁(yè)/共34頁(yè)N溝道絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管分析GSDIDUDSUGSGSD第18頁(yè)/共34頁(yè)UGS=0VUDS（V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2VQ跨導(dǎo)gm=

ID/

UGS

ID=gm

UGSid=gmugsID=gm

UGS第19頁(yè)/共34頁(yè)二、場(chǎng)效應(yīng)管的微變等效電路GSDSGDrdsidrds=

UDS/

ID很大，可忽略。第20頁(yè)/共34頁(yè)場(chǎng)效應(yīng)管的微變等效電路壓控電流源SGDid第21頁(yè)/共34頁(yè)三、場(chǎng)效應(yīng)管的直流偏置電路1、自給偏壓電路(只適用于耗盡型)UGS等于0時(shí)，就有ID流過Rs,則uGS=-IsRs=-IDRs第22頁(yè)/共34頁(yè)2、分壓式偏壓電路第23頁(yè)/共34頁(yè)四、場(chǎng)效應(yīng)管放大電路分析1、靜態(tài)分析無(wú)輸入信號(hào)時(shí)（ui=0），估算：UDS和ID。+UDD=+20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150K50K1M10K10KGDS10KIDUDSR1=150kR2=50kRG=1MRD=10kRS=10kRL=10kgm=3mA/VUDD=20V第24頁(yè)/共34頁(yè)設(shè)：UG>>UGS則：UGUS而：IG=0+UDD+20VR1RDRGR2150K50K1M10KRS10KGDS所以：=直流通道IDUDSIG第25頁(yè)/共34頁(yè)2、動(dòng)態(tài)分析微變等效電路+UDD=+20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150K50K1M10K10KGDS10KSGR2R1RGDRLRDUgsgmUgsUiUoIdSGDid第26頁(yè)/共34頁(yè)

動(dòng)態(tài)分析：UgsUiUgsgmIdriroUoSGR2R1RGRLDRLRD=–gmUiRL

電壓放大倍數(shù)負(fù)號(hào)表示輸出輸入反相第27頁(yè)/共34頁(yè)電壓放大倍數(shù)估算R1=150kR2=50kRG=1MRS=10kRD=10kRL=10kgm=3mA/VUDD=20V=-3（10//10）=-15RL=RD//RL第28頁(yè)/共34頁(yè)ro=RD=10KSGR2R1RGRLDRLRD輸入電阻、輸出電阻=1+0.15//0.05=1.0375MR1=150kR2=50kRG=1MRD=10kRS=10kRL=10kgm=3mA/VUDD=20Vrirori=RG+R1//R2第29頁(yè)/共34頁(yè)3.4.2共漏組態(tài)基本放大電路(1)直流分析

VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2)

VGSQ=VG－VS=VG－IDQR

IDQ=IDSS[1－(VGSQ/VGS(off))]2

V