場效應(yīng)管放大電路溝道

場效應(yīng)管放大電路溝道第1頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月場效應(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)型場效應(yīng)管JFET絕緣柵型場效應(yīng)管MOS場效應(yīng)管有兩種:§4.1場效應(yīng)晶體管N溝道P溝道耗盡型增強(qiáng)型耗盡型增強(qiáng)型N溝道P溝道第2頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月一、結(jié)構(gòu)及符號4.1.1結(jié)型場效應(yīng)管:源極（S）柵極（G）P區(qū)漏極DNNDGSN溝道GSDP溝道擴(kuò)散情況：NP>>NN第3頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月二、工作原理（以P溝道為例，N溝道見書）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。4.1.1結(jié)型場效應(yīng)管:第4頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月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)于線性電阻。何種載流子導(dǎo)電？二、工作原理（以P溝道為例）4.1.1結(jié)型場效應(yīng)管:第5頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月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。ID二、工作原理（以P溝道為例）4.1.1結(jié)型場效應(yīng)管:第6頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月PGSDUDSUGSUGS<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ID二、工作原理（以P溝道為例）4.1.1結(jié)型場效應(yīng)管:第7頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月PGSDUDSUGSUGS<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，但是是非線性電阻。ID二、工作原理（以P溝道為例）4.1.1結(jié)型場效應(yīng)管:第8頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月GSDUDSUGSUGS<VpUGD=VP時(shí)NN漏端的溝道被夾斷，稱為予夾斷。UDS增大則被夾斷區(qū)向下延伸。ID二、工作原理（以P溝道為例）4.1.1結(jié)型場效應(yīng)管:第9頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月GSDUDSUGSUGS<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二、工作原理（以P溝道為例）4.1.1結(jié)型場效應(yīng)管:第10頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月二、工作原理（以P溝道為例）4.1.1結(jié)型場效應(yīng)管:結(jié)論：（1）因?yàn)闁旁撮g加反向電壓，故柵極幾乎不取電流；（2）輸出電流ID受UGS控制，故場效應(yīng)管是一種電壓控制器件；（3）由于受ED的影響，耗盡層呈上寬下窄的形式，故總是溝道的上部先被夾斷；PGSDUDSUGSNNID第11頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三、特性曲線UGS0IDIDSSVP飽和漏極電流夾斷電壓4.1.1結(jié)型場效應(yīng)管:vmAvUDSUGS（1）轉(zhuǎn)移特性

ID=f(UGS)|UDS飽和漏電流IDSS：UGS=0時(shí)的漏極電流。夾斷電壓VP：ID接近于0時(shí)的柵源電壓。①飽和區(qū)中的各條轉(zhuǎn)移特性幾乎重合，通常我們就用一條曲線來表示。②轉(zhuǎn)移特性的經(jīng)驗(yàn)公式：第12頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月予夾斷曲線IDUDS2VUGS=0V1V3V4V5V可變電阻區(qū)夾斷區(qū)恒流區(qū)（2）輸出特性曲線ID=f(UDC)|UGS0三、特性曲線4.1.1結(jié)型場效應(yīng)管:第13頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)移特性曲線UGS0IDIDSSVP四、N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線4.1.1結(jié)型場效應(yīng)管:vmAvVDSVGS第14頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月輸出特性曲線IDUDS0UGS=0V-1V-3V-4V-5V四、N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線4.1.1結(jié)型場效應(yīng)管:第15頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月五、結(jié)型場效應(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。4.1.1結(jié)型場效應(yīng)管:第16頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1.2絕緣柵場效應(yīng)管:一、結(jié)構(gòu)和電路符號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)型第17頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月N溝道耗盡型PNNGSD預(yù)埋了導(dǎo)電溝道GSD4.1.2絕緣柵場效應(yīng)管:一、結(jié)構(gòu)和電路符號第18頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月NPPGSDGSDP溝道增強(qiáng)型4.1.2絕緣柵場效應(yīng)管:一、結(jié)構(gòu)和電路符號第19頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月P溝道耗盡型NPPGSDGSD預(yù)埋了導(dǎo)電溝道4.1.2絕緣柵場效應(yīng)管:一、結(jié)構(gòu)和電路符號第20頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月二、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對應(yīng)截止區(qū)4.1.2絕緣柵場效應(yīng)管:第21頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月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稱為開啟（閾值）電壓二、MOS管的工作原理4.1.2絕緣柵場效應(yīng)管:第22頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月UGS較小時(shí)，導(dǎo)電溝道相當(dāng)于電阻將D-S連接起來，UGS越大此電阻越小。PNNGSDUDSUGS二、MOS管的工作原理4.1.2絕緣柵場效應(yīng)管:第23頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月PNNGSDUDSUGS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。二、MOS管的工作原理4.1.2絕緣柵場效應(yīng)管:第24頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月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，稱為予夾斷。二、MOS管的工作原理4.1.2絕緣柵場效應(yīng)管:第25頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三、增強(qiáng)型N溝道MOS管的特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線0IDUGSVT4.1.2絕緣柵場效應(yīng)管:第26頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月輸出特性曲線IDUDS0UGS>0三、增強(qiáng)型N溝道MOS管的特性曲線4.1.2絕緣柵場效應(yīng)管:第27頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月四、耗盡型N溝道MOS管的特性曲線耗盡型的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0IDUGSVT4.1.2絕緣柵場效應(yīng)管:第28頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月輸出特性曲線IDUDS0UGS=0UGS<0UGS>0四、耗盡型N溝道MOS管的特性曲線4.1.2絕緣柵場效應(yīng)管:第29頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1.2絕緣柵場效應(yīng)管:五、說明：（1）MOS管由四種基本類型；（2）MOS管的特性與結(jié)型場效應(yīng)管的特性類似；（3）增強(qiáng)型的MOS管的UGS必須超過一定的值以使溝道形成；耗盡型的MOS管使形成溝道的UGS可正可負(fù)；（4）MOS管的輸入阻抗特高（5）衡量場效應(yīng)管的放大能力用跨導(dǎo)

單位：ms第30頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月六、MOS管的有關(guān)問題4.1.2絕緣柵場效應(yīng)管:（2）交流參數(shù) 低頻跨導(dǎo)： 極間電容：柵源電容CGS，柵漏電容CGD，漏源電容CDS（3）極限參數(shù)最大漏極電流IDM，最大耗散功率P0M，漏源擊穿電壓U(BR)DS

柵源擊穿電壓UBR)GS1、主要參數(shù)

（1）直流參數(shù)開啟電壓UGS(th)——指增強(qiáng)型的MOS管夾斷電壓UGS(off)——指耗盡型的MOS管飽和漏電流IDSS直流輸入電阻：通常很大107Ω左右第31頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月六、MOS管的有關(guān)問題4.1.2絕緣柵場效應(yīng)管:2、場效應(yīng)管與三極管的比較第32頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月六、MOS管的有關(guān)問題4.1.2絕緣柵場效應(yīng)管:3、使用注意事項(xiàng)（1）結(jié)型場效應(yīng)管的柵源電壓不能接反，但可在開路狀態(tài)下保存；（2）MOS管在不使用時(shí)，須將各個(gè)電極短接；（3）焊接時(shí)，電烙鐵必須有外接地線，最好是斷電后再焊接；（4）結(jié)型場效應(yīng)管可用萬用表定性檢測管子的質(zhì)量，而MOS管必須用專門的儀器來檢測；（5）若用四引線的場效應(yīng)管，其襯底引線應(yīng)正確連接；第33頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月§4.2場效應(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(dòng)態(tài)：能為交流信號提供通路。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：場效應(yīng)管是電壓控制器件。它利用柵源電壓來控制漏極電流的變化。它的放大作用以跨導(dǎo)來體現(xiàn)，在場效應(yīng)管的漏極特性的水平部分，漏極電流iD的值主要取決于vGS，而幾乎與vDS無關(guān)。第34頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月1、固定偏置電路

4.2.1場效應(yīng)管的直流偏置電路+EDRdRgEgTuouiT：控制器件（N溝道耗盡型MOS管）ED、Eg：直流電源C1、C2：隔直流通交流Rd：將變化的電流轉(zhuǎn)化為變化的電壓為保證T工作是恒流區(qū)，必須滿足：UGS始終為負(fù)；UDS始終為正，且UDG>－UP第35頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月2、自偏壓電路3、分壓式自偏壓電路vGSvGSvGSvGSvGS4.2.1場效應(yīng)管的直流偏置電路Rg：使g與地的直流電位幾乎相同（因上無電流）。R：當(dāng)IS流過R時(shí)產(chǎn)生直流壓降ISR，使S對地有一定的電壓：UGS=－ISR=－IDR<0第36頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月Q點(diǎn)：VGS、ID、VDSvGS=VDS=已知VP，由VDD-ID(Rd+R)-iDR可解出Q點(diǎn)的VGS、ID、VDS4.2.2靜態(tài)工作點(diǎn)以自偏壓電路為例1、近似估算法

第37頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.2靜態(tài)工作點(diǎn)以自偏壓電路為例2、圖解分析法

UGS=0vUDSiD3v1.5v-3v-1.5v由輸出回路：ED=UDS+ID(RD+RS)作出直流負(fù)載線+EDRdRgRSTuoui在轉(zhuǎn)移特性上作源極負(fù)載線點(diǎn)所對應(yīng)的UDS、UGS、ID；UGSiD-31.501.53ED由輸出特性：ID=f(UDS)|UGS由輸入回路：UGS=UG－US=－IDRS作負(fù)載轉(zhuǎn)移特性UDSUGSID第38頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.2靜態(tài)工作點(diǎn)2、圖解分析法

（1）根據(jù)ED=UDS+ID（RD+RS）在輸出特性上作直流負(fù)載線；（2）作負(fù)載轉(zhuǎn)移特性；（3）作源極負(fù)載線；（4）決定靜態(tài)工作點(diǎn)；（5）在轉(zhuǎn)移特性和輸出特性上求出QUGS=0vUDSiD3v1.5v-3v-1.5vUGSiD-31.501.53EDUDSUGSID步驟：第39頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.3場效應(yīng)管的微變等效電路GSD跨導(dǎo)：反映了柵源電壓對漏極電流的控制能力，相當(dāng)于轉(zhuǎn)移特性中工作點(diǎn)處的斜率。

漏極輸出電阻：（很大，?？梢钥醋鏖_路）；它是輸出特性工作點(diǎn)處的切線斜率的倒數(shù)。

uGSiDuDS1、參數(shù)的導(dǎo)出

第40頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月SGDugsgmugsuds很大，可忽略。SGDrDSugsgmugsuds4.2.3場效應(yīng)管的微變等效電路2、等效電路GSDuGSiDuDS第41頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.3場效應(yīng)管的微變等效電路GSDuGSiDuDS3、gm的求法由得在工作點(diǎn)上：uGS=UGS其中：——場效應(yīng)管為零偏置時(shí)的跨導(dǎo)第42頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.4場效應(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=20VuoRSuiCSR1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k第43頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.4場效應(yīng)管的共源極放大電路UDD=20VuoRSuiCSR1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k二、動(dòng)態(tài)分析微變等效電路sgR2R1RGRL'dRLRDro=RD=10k第44頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.5共漏極放大器——源極輸出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G一、靜態(tài)分析USUGUDS=UDD-US

=20-5=15V第45頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.5共漏極放大器——源極輸出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2Griro

rogR2R1RGsdRLRS微變等效電路二、動(dòng)態(tài)分析第46頁，課件共51頁，創(chuàng)