第四章場(chǎng)效應(yīng)管放大電路

場(chǎng)效應(yīng)管與雙極型晶體管不同，它是多子導(dǎo)電，輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFET絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管MOS場(chǎng)效應(yīng)管有兩種:§第四章場(chǎng)效應(yīng)晶體管N基底：N型半導(dǎo)體PP兩邊是P區(qū)G(柵極)S源極D漏極一、結(jié)構(gòu)4.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管:導(dǎo)電溝道NPPG(柵極)S源極D漏極N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管DGSDGSPNNG(柵極)S源極D漏極P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管DGSDGS

圖N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)與電路(a)N溝道結(jié)構(gòu)示意圖;(b)N溝道管電路;(c)P溝道管電路EGED￡?￡-￡?￡-UGS￡?￡-UDSIDEGED￡?￡-￡?￡-UGS￡?￡-UDSIDEG￡?ED￡?S源極N型溝道漏極D耗盡層P￡?型柵區(qū)G柵極(a)(b)(c)Is￡?￡-￡?￡-二、工作原理（以P溝道為例）UDS=0V時(shí)PGSDUDSUGSNNNNIDPN結(jié)反偏，UGS越大則耗盡區(qū)越寬，導(dǎo)電溝道越窄。PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V時(shí)NNUGS越大耗盡區(qū)越寬，溝道越窄，電阻越大。但當(dāng)UGS較小時(shí)，耗盡區(qū)寬度有限，存在導(dǎo)電溝道。DS間相當(dāng)于線(xiàn)性電阻。PGSDUDSUGSNNUDS=0時(shí)UGS達(dá)到一定值時(shí)（夾斷電壓VP）,耗盡區(qū)碰到一起，DS間被夾斷，這時(shí)，即使UDS0V，漏極電流ID=0A。IDPGSDUDSUGSUGS<Vp且UDS>0、UGD<VP時(shí)耗盡區(qū)的形狀NN越靠近漏端，PN結(jié)反壓越大IDPGSDUDSUGSUGS<Vp且UDS較大時(shí)UGD<VP時(shí)耗盡區(qū)的形狀NN溝道中仍是電阻特性，但是是非線(xiàn)性電阻。IDGSDUDSUGSUGS<VpUGD=VP時(shí)NN漏端的溝道被夾斷，稱(chēng)為予夾斷。UDS增大則被夾斷區(qū)向下延伸。IDGSDUDSUGSUGS<VpUGD=VP時(shí)NN此時(shí)，電流ID由未被夾斷區(qū)域中的載流子形成，基本不隨UDS的增加而增加，呈恒流特性。ID三、特性曲線(xiàn)UGS0IDIDSSVP飽和漏極電流夾斷電壓轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)一定UDS下的ID-UGS曲線(xiàn)予夾斷曲線(xiàn)IDUDS2VUGS=0V1V3V4V5V可變電阻區(qū)夾斷區(qū)恒流區(qū)輸出特性曲線(xiàn)0N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線(xiàn)轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)UGS0IDIDSSVP輸出特性曲線(xiàn)IDUDS0UGS=0V-1V-3V-4V-5VN溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線(xiàn)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的缺點(diǎn)：1.柵源極間的電阻雖然可達(dá)107以上，但在某些場(chǎng)合仍嫌不夠高。3.柵源極間的PN結(jié)加正向電壓時(shí)，將出現(xiàn)較大的柵極電流。絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管可以很好地解決這些問(wèn)題。2.在高溫下，PN結(jié)的反向電流增大，柵源極間的電阻會(huì)顯著下降。絕緣柵(金屬-氧化物-半導(dǎo)體)場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)示意圖(a)立體圖；(b)剖面圖4.2絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管:一、結(jié)構(gòu)和電路符號(hào)PNNGSDP型基底兩個(gè)N區(qū)SiO2絕緣層導(dǎo)電溝道金屬鋁GSDN溝道增強(qiáng)型N溝道耗盡型PNNGSD予埋了導(dǎo)電溝道GSDNPPGSDGSDP溝道增強(qiáng)型P溝道耗盡型NPPGSDGSD予埋了導(dǎo)電溝道二、MOS管的工作原理以N溝道增強(qiáng)型為例PNNGSDUDSUGSUGS=0時(shí)D-S間相當(dāng)于兩個(gè)反接的PN結(jié)ID=0對(duì)應(yīng)截止區(qū)PNNGSDUDSUGSUGS>0時(shí)UGS足夠大時(shí)（UGS>VT）感應(yīng)出足夠多電子，這里出現(xiàn)以電子導(dǎo)電為主的N型導(dǎo)電溝道。感應(yīng)出電子VT稱(chēng)為閾值電壓UGS較小時(shí)，導(dǎo)電溝道相當(dāng)于電阻將D-S連接起來(lái)，UGS越大此電阻越小。PNNGSDUDSUGSPNNGSDUDSUGS當(dāng)UDS不太大時(shí)，導(dǎo)電溝道在兩個(gè)N區(qū)間是均勻的。當(dāng)UDS較大時(shí)，靠近D區(qū)的導(dǎo)電溝道變窄。PNNGSDUDSUGS夾斷后，即使UDS繼續(xù)增加，ID仍呈恒流特性。IDUDS增加，UGD=VT時(shí)，靠近D端的溝道被夾斷，稱(chēng)為予夾斷。三、增強(qiáng)型N溝道MOS管的特性曲線(xiàn)轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)0IDUGSVT輸出特性曲線(xiàn)IDUDS0UGS>0四、耗盡型N溝道MOS管的特性曲線(xiàn)耗盡型的MOS管UGS=0時(shí)就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓才能夾斷。轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)0IDUGSVT輸出特性曲線(xiàn)IDUDS0UGS=0UGS<0UGS>04.3場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)

(1)場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制器件,即通過(guò)UGS來(lái)控制ID。(2)場(chǎng)效應(yīng)管輸入端幾乎沒(méi)有電流,所以其直流輸入電阻和交流輸入電阻都非常高。(3)由于場(chǎng)效應(yīng)管是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電的,因此,與雙極性三極管相比,具有噪聲小、受幅射的影響小、熱穩(wěn)定性較好而且存在零溫度系數(shù)工作點(diǎn)等特性。

(4)由于場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng),有時(shí)漏極和源極可以互換使用,而各項(xiàng)指標(biāo)基本上不受影響,因此應(yīng)用時(shí)比較方便、靈活。(5)場(chǎng)效應(yīng)管的制造工藝簡(jiǎn)單,有利于大規(guī)模集成。(6)由于MOS場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻可高達(dá)1015Ω,因此,由外界靜電感應(yīng)所產(chǎn)生的電荷不易泄漏,而柵極上的SiO2絕緣層又很薄,這將在柵極上產(chǎn)生很高的電場(chǎng)強(qiáng)度,以致引起絕緣層擊穿而損壞管子。(7)場(chǎng)效應(yīng)管的跨導(dǎo)較小,當(dāng)組成放大電路時(shí),在相同的負(fù)載電阻下,電壓放大倍數(shù)比雙極型三極管低。

圖4–14場(chǎng)效應(yīng)管的零溫度系數(shù)工作點(diǎn)圖4-15柵極過(guò)壓保護(hù)電路§4.4場(chǎng)效應(yīng)管放大電路(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)，場(chǎng)效應(yīng)管的偏置電路相對(duì)簡(jiǎn)單。(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：4.4.1場(chǎng)效應(yīng)管的微變等效電路GSD跨導(dǎo)漏極輸出電阻uGSiDuDS很大，可忽略。

場(chǎng)效應(yīng)管的微變等效電路為：GSDuGSiDuDSSGDugsgmugsudsSGDrDSugsgmugsuds4.4.2場(chǎng)效應(yīng)管的共源極放大電路一、靜態(tài)分析求：UDS和ID。設(shè)：UG>>UGS則：UGUS而：IG=0所以：UDD=20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10kuoUDD=20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k二、動(dòng)態(tài)分析sgR2R1RGRL'dRLRD微變等效電路sgR2R1RGRL'dRLRDro=RD=10k4.4.3源極輸出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G一、靜態(tài)分析USUGUDS=UDD-US

=20-5=15Vuo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2Griro

rogR2R1RGsdRLRS微變等效電路二、動(dòng)態(tài)分析riro

rogR2R1RGsdRL