場效應管與其放大電路

場效應管與其放大電路第一頁，共52頁。思考題：

1.溫度升高時，靜態(tài)工作點將如何變化？為何會產(chǎn)生如此的變化？

2.穩(wěn)定Q點的偏置電路是哪種？

3.穩(wěn)定Q點的措施有哪些？

4.單管小信號放大器由幾種組態(tài)？哪一種組態(tài)放大器的功率增益最大，哪種放大器的輸入電阻最大，而輸出電阻最??？

5.用作中間放大級常采用哪種組態(tài)的電路？

6.為何輸入級常采用射極輸出器？

7.寫出三種組態(tài)放大器的電壓增益、電流增益、輸入電阻、輸出電阻的表達式。第二頁，共52頁。2.6場效應管及其放大電路一、絕緣柵場效應管的工作原理及伏安特性二、結(jié)型場效應管工作原理及伏安特性2.6.1場效應管工作原理及伏安特性2.6.2場效應管的主要參數(shù)2.6.3場效應管的小信號模型2.6.4場效應管放大器第三頁，共52頁。晶體管的主要特點1.電流控制型器件。2.輸入電流大，輸入電阻小。3.兩種極型的載流子都參與導電，又稱為雙極型晶體管，簡稱BJT（BipolarJunctionTransistor)。第四頁，共52頁。場效應管，簡稱FET(FieldEffectTransistor)。(a)輸入電阻高，可達107

～1015M。(b)起導電作用只有多數(shù)載流子，又稱為單極型晶體管。(c)在大規(guī)模集成電路制造中得到了廣泛的應用。場效應管的主要特點

場效應管是一種依靠多子的漂移運動形成電流的電壓控制型器件。第五頁，共52頁。2.結(jié)型場效應管，簡稱JFET

(JunctionFieldEffectTransistor)。按結(jié)構(gòu)可分為場效應管的類型1.絕緣柵型場效應管簡稱IGFET

(IsolatedGateFieldEffectTransistor)。按導電溝道分1.N溝道FET2.P溝道FET按導電溝道形成的機理分

增強型（E型（Enhancement-Type））FET

耗盡型（D型(Depletion-Type)）FET第六頁，共52頁。2.6.1場效應管工作原理及伏安特性(P.134～144第四章4.5節(jié))一.絕緣柵型場效應管（IGFET）工作原理及伏安特性在近代大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路中采用的IGFET絕大多數(shù)是金屬---氧化物---半導體結(jié)構(gòu)的場效應管。（Metal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistor。簡稱為MOSFET）MOSFET分為NE（Enhancement-Type）MOSPEMOSND(Depletion-Type)MOSPDMOS第七頁，共52頁。（1）NEMOSFET

的結(jié)構(gòu)及電路符號(a)為立體結(jié)構(gòu)示意圖(b)為平面結(jié)構(gòu)示意圖(c)電路符號

下面以N溝道MOSFET為例，討論E型絕緣柵場效應管的結(jié)構(gòu)、工作原理、伏安特性。1、增強型（E）MOSFET工作原理及伏安特性(drain)(gate)(source)第八頁，共52頁。（2）NEMOS場效應管的導電溝道形成過程及工作原理第九頁，共52頁。襯底中的載流子在垂直電場作用下移動（同性相斥、異性相吸），直到，形成反型層，N+區(qū)被反型層連在一起，形成導電溝道。此時若，（A）當時，無導電溝道，。小結(jié)：NEMOS導電溝道的形成及工作原理（1）的控制作用（B）當且時，第十頁，共52頁。（C）當繼續(xù)增加，導電溝道加深，導電能力增強。只要，增大。（2）的控制作用開始PN結(jié)沿溝道不均勻分布當溝道預夾斷幾乎不變，只是略增（溝道長度調(diào)制效應），進入恒流區(qū)。第十一頁，共52頁。（3）NEMOS場效應管的伏安特性式中：UGS（th）——開啟電壓(或閾值電壓)；μn——溝道電子運動的遷移率；

Cox——單位面積柵極電容；W——溝道寬度；L——溝道長度；W/L——MOS管的寬長比。①轉(zhuǎn)移特性當時第十二頁，共52頁。主要特點：

(a)當uGS<UGSth時，iD=0。

(b)當uGS>UGSth時，iD>0，

uGS越大，iD也隨之增大，二者符合平方律關(guān)系。②輸出特性

NEMOSFET的輸出特性第十三頁，共52頁。它也分為恒流區(qū)、可變電阻區(qū)、截止區(qū)和擊穿區(qū)。其特點為：

(A)截止區(qū)：UGS≤UGSth，導電溝道未形成，iD=0。(B)可變電阻區(qū)(a)uDS較小，溝道尚未夾斷；(b)

uDS＜uGS–|UGS(th)|

(c)溝道相當于受uGS控制的電阻——壓控電阻，表現(xiàn)為iD～uDS曲線的斜率變化。第十四頁，共52頁。(C)恒流區(qū)(飽和區(qū)、放大區(qū))(a)溝道預夾斷；(c)

iD幾乎與uDS無關(guān)；即uDS對

iD的控制能力很弱。(b)uDS>uGS–|UGS(th)|；預夾斷后的情況：預夾斷后，

uDS增大部分降在夾斷區(qū)，對溝道無影響。第十五頁，共52頁。(d)

iD只受uGS的控制；即uGS對iD的控制能力很強。電流方程為：式中是時的電流。N溝道EMOS場效應管的伏安特性曲線第十六頁，共52頁。④擊穿區(qū)

近漏區(qū)PN結(jié)反偏電壓，達到一定值時

PN結(jié)擊穿，。越小擊穿點左移。第十七頁，共52頁。P溝道增強型（E）MOS，原理同NEMOS，區(qū)別在于：（a）結(jié)構(gòu)（b）電路符號第十八頁，共52頁。P溝道EMOS場效應管的伏安特性曲線

電流方程第十九頁，共52頁。2、耗盡型(D)MOS場效應管的工作原理及伏安特性（1）NDMOSFET

的結(jié)構(gòu)及電路符號

（a）結(jié)構(gòu)圖（b）電路符號在Sio2絕緣層中加入金屬正離子，使即便，仍有導電溝道。第二十頁，共52頁。（2）NDMOS場效應管的簡單工作原理

、對溝道的控制作用與NEMOS基本相同。差別在于由于仍有導電溝道，只要在漏源之間加上正向電壓，就會產(chǎn)生漏極電流。當時，溝道中的自由電子增多，溝道變寬，在作用下，漏極電流增大。

當時，溝道中的自由電子減少，耗盡層變寬，溝道變窄，漏極電流減少。

第二十一頁，共52頁。常將溝道夾斷時的柵源電壓稱為夾斷電壓，用表示。式為溝道消失的條件。

當該負電壓達到某一值時，溝道中的自由電子消失，耗盡層擴展到整個溝道，溝道完全被夾斷。這時即便有，也不會有漏極電流。N溝道DMOS場效應管可以在正或負的柵源電壓下工作，而且基本上無柵極電流，這是DMOS場效應管的重要特點之一。第二十二頁，共52頁。（3）NDMOS場效應管的伏安特性N溝道DMOS場效應管在恒流區(qū)的電流方程

式中為柵源電壓時的漏極電流，稱為飽和漏極電流?？勺冸娮鑵^(qū)、恒流區(qū)、截止區(qū)等各區(qū)的特點與NEMOS相同。第二十三頁，共52頁。（1）PDMOSFET

的結(jié)構(gòu)及電路符號（a）結(jié)構(gòu)（b）電路符號P溝道DMOS場效應管溝道消失的條件為第二十四頁，共52頁。PDMOSFET

的伏安特性曲線

P溝道DMOS場效應管在恒流區(qū)的電流方程

第二十五頁，共52頁。2.絕緣柵場效應管的類別和符號絕緣柵場效應管增強型耗盡型N溝道(NMOS)P溝道(PMOS)N溝道(NMOS)P溝道(PMOS)耗盡型NMOS耗盡型PMOS增強型NMOS增強型PMOSMOSFET第二十六頁，共52頁。二、結(jié)型場效應管（JFET）的工作原理及伏安特性JFET分為N溝道P溝道1、結(jié)型場效應管（JFET）的結(jié)構(gòu)及電路符號第二十七頁，共52頁。2、結(jié)型場效應管（JFET）的工作原理以N溝道JFET為例(1).uDS=0時，uGS對溝道的控制作用第二十八頁，共52頁。(2)．當uGS

=0時，uDS對溝道的控制作用

第二十九頁，共52頁。(3)當時，對溝道的控制作用

①當時，溝道最寬，在D、S極間加為定值，形成多子漂移電流；此時最大。源端——電子發(fā)源端——源極S漏端——電子接收端——漏極D②當時，PN結(jié)反偏，，；PN結(jié)反偏電壓PN結(jié)變厚，溝道變窄，溝道電阻增大在同樣作用下，??；第三十頁，共52頁。若，當時，溝道消失，；即溝道全夾斷。上述過程體現(xiàn)了對的控制作用，電壓控制型器件。③為定值，時，若很小，沿溝道形成電場，PN結(jié)不均勻。溝道預夾斷。此時溝道夾斷面略增。（溝道長度調(diào)制效應）不變，飽和，。實際上第三十一頁，共52頁。3、結(jié)型場效應管（JFET）的伏安特性（1）轉(zhuǎn)移特性式中：---飽和電流，表示時的值；---夾斷電壓，時為零。第三十二頁，共52頁。

結(jié)論：對于N溝道JFET，要保證對的有效控制，必須滿足（2）輸出特性為了增大輸入阻抗，不允許出現(xiàn)柵流，也為了使柵源電壓對溝道寬度及漏極電流有效地進行控制，PN結(jié)一定要反偏，所以在N溝道JFET中，必須為負值。①②PN結(jié)反偏第三十三頁，共52頁。JFET的伏安特性曲線根據(jù)特性曲線的各部分特征，同樣將其劃分為四個區(qū)域，截止區(qū)、可變電阻區(qū)、恒流區(qū)、擊穿區(qū)。第三十四頁，共52頁。d.只受的控制，隨的增加而增大。滿足放大區(qū)（飽和區(qū)、恒流區(qū)）a.溝道預夾斷；b.c.幾乎與無關(guān)。

增加，幾乎不變；

對的控制能力弱。主要降在夾斷區(qū)。第三十五頁，共52頁。d.管子相當于受控制的壓控電阻。c.

變化，溝道電場強度變化，變化。②可變電阻區(qū)

a.較??；b.溝道尚未夾斷；

曲線斜率說明JFET的輸出電阻第三十六頁，共52頁。③截止區(qū)a.b.溝道被全夾斷；c.，管子相當于斷開的開關(guān)。④擊穿區(qū)

近漏區(qū)PN結(jié)反偏電壓，達到一定值時

PN結(jié)擊穿，。越負擊穿點左移。第三十七頁，共52頁。P溝道JFET的、極性相反，工作原理相同，特性相同。第三十八頁，共52頁。FET分類：

絕緣柵場效應管結(jié)型場效應管增強型耗盡型P溝道N溝道P溝道N溝道P溝道N溝道小結(jié)：第三十九頁，共52頁。分類電路符號轉(zhuǎn)移特性輸出特性JFETN溝道P溝道IGFETN溝道E型D型P溝道E型D型第四十頁，共52頁。2.6.2場效應管的主要參數(shù)MOS場效應管的主要參數(shù)一、直流參數(shù)

1.JFET和耗盡型MOSFET的主要參數(shù)

(1)飽和漏極電流IDSS（ID0）：對應uGS=0時的漏極電流。

(2)夾斷電壓UGS（off）：當uGS=UGS（off）時，iD=0，溝道消失。

2.增強型MOSFET的主要參數(shù)開啟電壓UGS（th），當uGS>uGS（th）時，導電溝道才形成，iD≠0。

3.輸入電阻RGS

輸入電阻很大，JFET108～1012ΩMOSFET1010～1015Ω第四十一頁，共52頁。二、極限參數(shù)

場效應管也有一定的運用極限，若超過這些極限值，管子就可能損壞。場效應管的極限參數(shù)如下：

(1)柵源擊穿電壓U(BR)GSO。

(2)漏源擊穿電壓U(BR)DSO。