模擬電子技術(shù)第5章課件

5場(chǎng)效應(yīng)管放大電路5.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場(chǎng)效應(yīng)管5.3結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）*5.4砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管5.5各種放大器件電路性能比較5.2MOSFET放大電路1、MOSFET、JFET的分類及伏安關(guān)系2、MOSFET放大電路的原理及小信號(hào)分析法3、JFET放大電路的原理及小信號(hào)分析法4、場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)用注意事項(xiàng)重點(diǎn)：

場(chǎng)效應(yīng)三極管是僅由一種載流子參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體器件，是一種用輸入電壓控制輸出電流的的半導(dǎo)體器件。從參與導(dǎo)電的載流子來劃分，它有電子作為載流子的N溝道器件和空穴作為載流子的P溝道器件。

從場(chǎng)效應(yīng)三極管的結(jié)構(gòu)來劃分，它有兩大類。1.結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管JFET

(JunctiontypeFieldEffectTransistor)2.金屬氧化物半導(dǎo)體三極管MOSFET

（MetalOxideSemiconductorFET）(MOSFET也稱絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)三極管IGFET)（InsulatedGateFieldEffectTransistor)5.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場(chǎng)效應(yīng)管5.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET5.1.5MOSFET的主要參數(shù)5.1.2N溝道耗盡型MOSFET5.1.3P溝道MOSFET5.1.4溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)5.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET1.結(jié)構(gòu)（N溝道）L：溝道長(zhǎng)度W：溝道寬度tox

：絕緣層厚度通常W>L5.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET剖面圖1.結(jié)構(gòu)（N溝道）符號(hào)2.工作原理（2）vDS對(duì)溝道的控制作用靠近漏極d處的電位升高電場(chǎng)強(qiáng)度減小溝道變薄當(dāng)vGS一定（vGS>VT）時(shí)，vDSID溝道電位梯度整個(gè)溝道呈楔形分布預(yù)夾斷后，vDS夾斷區(qū)延長(zhǎng)溝道電阻ID基本不變2.工作原理（2）vDS對(duì)溝道的控制作用2.工作原理（3）vDS和vGS同時(shí)作用時(shí)

vDS一定，vGS變化時(shí)給定一個(gè)vGS，就有一條不同的iD–vDS曲線。3.

V-I特性曲線及大信號(hào)特性方程（1）輸出特性及大信號(hào)特性方程②可變電阻區(qū)vDS≤（vGS－VT）由于vDS較小，可近似為rdso是一個(gè)受vGS控制的可變電阻3.

V-I特性曲線及大信號(hào)特性方程（1）輸出特性及大信號(hào)特性方程②可變電阻區(qū)

n：反型層中電子遷移率Cox：柵極（與襯底間）氧化層單位面積電容本征電導(dǎo)因子其中Kn為電導(dǎo)常數(shù)，單位：mA/V23.

V-I特性曲線及大信號(hào)特性方程（1）輸出特性及大信號(hào)特性方程③飽和區(qū)（恒流區(qū)又稱放大區(qū)）vGS>VT

，且vDS≥（vGS－VT）是vGS＝2VT時(shí)的iDV-I特性：5.1.2N溝道耗盡型MOSFET1.結(jié)構(gòu)和工作原理（N溝道）二氧化硅絕緣層中摻有大量的正離子可以在正或負(fù)的柵源電壓下工作，而且基本上無柵流5.1.2N溝道耗盡型MOSFET2.V-I特性曲線及大信號(hào)特性方程

（N溝道增強(qiáng)型）5.1.3P溝道MOSFET5.1.5MOSFET的主要參數(shù)2.低頻互導(dǎo)gm

二、交流參數(shù)考慮到則其中5.1.5MOSFET的主要參數(shù)三、極限參數(shù)1.最大漏極電流IDM

2.最大耗散功率PDM

3.最大漏源電壓V（BR）DS

4.最大柵源電壓V（BR）GS

(1)、結(jié)型場(chǎng)效管的柵源電壓不能接反，否則PN結(jié)會(huì)因正向偏置而使管子失去放大作用；(2)、結(jié)型場(chǎng)效管的漏極和源極可以互換使用；(3)、在輸入電阻要求較高時(shí)，須防潮，以免使輸入電阻減小。

四場(chǎng)效管應(yīng)用時(shí)注意事項(xiàng)

B、MOS管應(yīng)用時(shí)：(1)、MOS管的輸入電阻很高，致使柵極的感應(yīng)電荷不易泄放，極易造成管子擊穿，所以存放時(shí)，將三個(gè)電極引線短接；(2)、MOS管的柵極與襯底間的絕緣層很薄，即使幾伏的感應(yīng)電壓也會(huì)產(chǎn)生很高的電場(chǎng)強(qiáng)度，以致?lián)舸┙^緣層，因此包裝、運(yùn)輸、焊接時(shí)要特別小心，斷電操作。(3)、MOS管的漏極和源極可以互換使用，但當(dāng)管子內(nèi)部將體極與源極連在一起時(shí)，則漏源兩極不能對(duì)換使用。A、JFET管應(yīng)用時(shí)：5.2.1MOSFET放大電路1.直流偏置及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算（1）簡(jiǎn)單的共源極放大電路（N溝道）直流通路共源極放大電路5.2.1MOSFET放大電路1.直流偏置及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算（1）簡(jiǎn)單的共源極放大電路（N溝道）假設(shè)工作在飽和區(qū)，即驗(yàn)證是否滿足如果不滿足，則說明假設(shè)錯(cuò)誤須滿足VGS>VT，否則工作在截止區(qū)再假設(shè)工作在可變電阻區(qū)即假設(shè)工作在飽和區(qū)滿足假設(shè)成立，結(jié)果即為所求。解：例：設(shè)Rg1=60k，Rg2=40k，Rd=15k，試計(jì)算電路的靜態(tài)漏極電流IDQ和漏源電壓VDSQ。VDD=5V，VT=1V，5.2.1MOSFET放大電路1.直流偏置及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算靜態(tài)時(shí)，vI＝0，VG＝0，ID＝I電流源偏置VS＝VG－VGS（飽和區(qū)）5.2.1MOSFET放大電路2.圖解分析由于負(fù)載開路，交流負(fù)載線與直流負(fù)載線相同5.2.1MOSFET放大電路3.小信號(hào)模型分析（1）模型靜態(tài)值（直流）動(dòng)態(tài)值（交流）非線性失真項(xiàng)當(dāng)，vgs<<2(VGSQ-VT)時(shí)，5.2.1MOSFET放大電路3.小信號(hào)模型分析（1）模型0時(shí)高頻小信號(hào)模型解：例5.2.2的直流分析已求得：（2）放大電路分析（共源極）s（A）小信號(hào)模型（2）放大電路分析（共源極）s（B）Av,Ri,Ro計(jì)算（2）放大電路分析（共漏極）共漏（A）小信號(hào)模型及Av計(jì)算（2）放大電路分析（共漏極）（B）Ri及Ro計(jì)算5.3結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管5.3.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理5.3.2JFET的特性曲線及參數(shù)5.3.3JFET放大電路的小信號(hào)模型分析法5.3.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理1.結(jié)構(gòu)#

符號(hào)中的箭頭方向表示什么？2.工作原理①vGS對(duì)溝道的控制作用當(dāng)vGS＜0時(shí)（以N溝道JFET為例）當(dāng)溝道夾斷時(shí)，對(duì)應(yīng)的柵源電壓vGS稱為夾斷電壓VP（或VGS(off)）。對(duì)于N溝道的JFET，VP<0。PN結(jié)反偏耗盡層加厚溝道變窄。

vGS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄。2.工作原理（以N溝道JFET為例）②vDS對(duì)溝道的控制作用當(dāng)vGS=0時(shí)，vDSIDG、D間PN結(jié)的反向電壓增加，使靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道變窄，從上至下呈楔形分布。當(dāng)vDS增加到使vGD=VP時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。此時(shí)vDS夾斷區(qū)延長(zhǎng)溝道電阻ID基本不變2.工作原理（以N溝道JFET為例）③

vGS和vDS同時(shí)作用時(shí)當(dāng)VP<vGS<0時(shí)，導(dǎo)電溝道更容易夾斷，對(duì)于同樣的vDS，

ID的值比vGS=0時(shí)的值要小。在預(yù)夾斷處vGD=vGS-vDS=VP綜上分析可知溝道中只有一種類型的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，

所以場(chǎng)效應(yīng)管也稱為單極型三極管。JFET是電壓控制電流器件，iD受vGS控制。預(yù)夾斷前iD與vDS呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，iD趨于飽和。#

為什么JFET的輸入電阻比BJT高得多？

JFET柵極與溝道間的PN結(jié)是反向偏置的，因

此iG0，輸入電阻很高。5.3.2JFET的特性曲線及參數(shù)2.轉(zhuǎn)移特性1.輸出特性與MOSFET類似3.主要參數(shù)5.3.2JFET的特性曲線及參數(shù)