模擬電路及技術(shù)基礎(chǔ)-3-場效應(yīng)晶體管及其基本電路課件

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第三章場效應(yīng)管及其基本電路雙極型晶體管

輸入電阻小輸入電流少子擴散導(dǎo)電易受溫度射線的影響集成度低結(jié)型場效應(yīng)管JFET絕緣柵型場效應(yīng)管MOS場效應(yīng)管

（Fieldeffecttransistor）

輸入電阻極大輸入電流幾乎為零多子漂移導(dǎo)電溫度穩(wěn)定性好便于集成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)導(dǎo)電溝道§3.1結(jié)型場效應(yīng)管(JFET-----JunctiontypeFieldEffectTransister)PNNG(柵極)S源極D漏極P溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGS二、工作原理（以P溝道為例）UDS=0V時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NNUGS越大耗盡區(qū)越寬，溝道越窄，電阻越大。但當(dāng)UGS較小時，耗盡區(qū)寬度有限，存在導(dǎo)電溝道。DS間相當(dāng)于線性電阻。PGSDUDSUGSUGS<UGSoff且UDS>0、UGD<UGSoff時耗盡區(qū)的形狀NN越靠近漏端，PN結(jié)反壓越大IDPGSDUDSUGSUGS<UGSoff且UDS較大時UGD<UGSoff時耗盡區(qū)的形狀NN溝道中仍是電阻特性，但是是非線性電阻。IDGSDUDSUGSUGS<UGSoff

UGD=UGSoff時NN漏端的溝道被夾斷，稱為預(yù)夾斷。UDS增大則被夾斷區(qū)向下延伸。ID三、特性曲線uGS0iDIDSSUGSoff飽和漏極電流夾斷電壓轉(zhuǎn)移特性曲線一定UDS下的iD-uGS曲線予夾斷曲線iDuDS2VUGS=0V1V3V4V5V可變電阻區(qū)夾斷區(qū)恒流區(qū)輸出特性曲線0N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線uGS0iDIDSSUGSoff結(jié)型場效應(yīng)管的缺點：1.柵源極間的電阻雖然可達(dá)107以上，但在某些場合仍嫌不夠高。3.柵源極間的PN結(jié)加正向電壓時，將出現(xiàn)較大的柵極電流。絕緣柵場效應(yīng)管可以很好地解決這些問題。2.在高溫下，PN結(jié)的反向電流增大，柵源極間的電阻會顯著下降。一、結(jié)構(gòu)和電路符號PNNGSDP型基底兩個N區(qū)SiO2絕緣層導(dǎo)電溝道金屬鋁GSDN溝道增強型§3.2絕緣柵場效應(yīng)管IGFET(InsulatedGateFieldEffectTransister)N溝道耗盡型PNNGSD預(yù)埋正離子，形成導(dǎo)電溝道GSDP溝道耗盡型NPPGSDGSD預(yù)埋負(fù)離子，形成導(dǎo)電溝道金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管MOSFET（MetalOxideSemicon-ductorFET）

二、MOS管的工作原理以N溝道增強型為例PNNGSDUDSUGSUGS=0時D-S間相當(dāng)于兩個反接的PN結(jié)ID=0對應(yīng)截止區(qū)PNNGSDUDSUGSUGS>0時UGS足夠大時（UGS>UGSth）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UGSth稱為開啟電壓PNNGSDUDSUGS當(dāng)UDS不太大時，導(dǎo)電溝道在兩個N區(qū)間是均勻的。當(dāng)UDS較大時，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<UGSth時，靠近D端的溝道被夾斷，稱為預(yù)夾斷。三、增強型N溝道MOS管的特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線0iDuGSUGSthuDSUGSiD0UA（厄爾利電壓）溝道調(diào)制系數(shù)四、耗盡型N溝道MOS管的特性曲線耗盡型的MOS管UGS=0時就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓才能夾斷。轉(zhuǎn)移特性曲線0iDuGSUGSoff輸出特性曲線iDuDS0UGS=0UGS<0UGS>0

雙極型晶體管場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)NPN型結(jié)型N溝道P溝道PNP型絕緣柵增強型

N溝道P溝道絕緣柵耗盡型

N溝道P溝道C、E不可倒置D、S一般可倒置載流子多子擴散、少子漂移多子漂移輸入量電流電壓控制電流控制型(β)電壓控制型(gm)噪聲較大較小溫度特性受溫度影響較大較小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)模集成雙極型和場效應(yīng)晶體管的比較§3.3場效應(yīng)管參數(shù)和小信號模型3.3.1主要參數(shù)一、直流參數(shù)IDSS飽和漏極電流UGSoff夾斷電壓UGSth開啟電壓RGS輸入電阻108～1012Ω，JFET1010～

1015Ω,MOS

增強型MOSFETJFET耗盡型MOSFET二、極限參數(shù)柵源擊穿電壓U(BR)GSO

2.漏源擊穿電壓U(BR)DSO

3.最大功耗PDMiDuDSiDuDS=PDMU(BR)DSO安全工作區(qū)U(BR)GSODGS三、交流參數(shù)跨導(dǎo)gm

gm

的大小反映了柵源電壓uGS對漏極電流iD的控制作用

結(jié)型及耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管2.輸出電阻rds

rds很大(幾十千歐到幾兆歐)

3.3.2場效應(yīng)管的中頻小信號模型GSD跨導(dǎo)漏極輸出電阻uGSiDuDS很大，可忽略。

場效應(yīng)管的微變等效電路為：GSDuGSiDuDSSGDugsgmugsudsSGDrDSugsgmugsudsid§3.4場效應(yīng)管放大電路(1)靜態(tài)：提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點，使場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)。場效應(yīng)管的偏置電路相對簡單。(2)動態(tài)：能為交流信號提供通路。工作狀態(tài)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3.4.1場效應(yīng)管的共源極放大電路一、靜態(tài)分析求：UDS和ID。UDD=20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10kuoUDD=20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k二、動態(tài)分析sgR2R1RGRL'dRLRD微變等效電路sgR2R1RGRL'dRLRDRo=RD=10k3.4.2源極輸出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G一、靜態(tài)分析UDS=UDD-US

=UDD-iDRS

uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2Griro

rogR2R1RGsdRLRS微變等效電路二、動態(tài)分析RiRo

RogR2R1RGsdRLR