場(chǎng)效放大電路

1、場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)晶體三極管是由一種載流子導(dǎo)電的、用輸入電壓控制輸出電流的半導(dǎo)體器件。從參與導(dǎo)電的載流子來(lái)劃分，它有自由電子導(dǎo)電的n溝道器件和空穴導(dǎo)電的p溝道器件。 按照?qǐng)鲂?yīng)三極管的結(jié)構(gòu)劃分，有結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管兩大類。 1.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)2.2.工作原理工作原理 n 溝道pn結(jié)n溝道場(chǎng)效應(yīng)管工作時(shí)，在柵極與源極之間加負(fù)電壓，柵極與溝道之間的pn結(jié)為反偏。 在漏極、源極之間加一定正電壓，使n溝道中的多數(shù)載流子(電子)由源極向漏極漂移，形成id。id的大小受vgs的控制。p溝道場(chǎng)效應(yīng)管工作時(shí)，極性相反，溝道中的多子為空穴。柵源電壓柵源電壓v vgsgs對(duì)對(duì)i id d

2、的控制作用的控制作用當(dāng)vgs0時(shí)，pn結(jié)反偏，耗盡層變厚，溝道變窄，溝道電阻變大，id減小；vgs更負(fù)，溝道更窄，id更??；直至溝道被耗盡層全部覆蓋，溝道被夾斷， id0。這時(shí)所對(duì)應(yīng)的柵源電壓vgs稱為夾斷電壓vp。漏源電壓漏源電壓v vdsds對(duì)對(duì)i id d的影響的影響 在柵源間加電壓在柵源間加電壓vgsvp，漏源間加電壓漏源間加電壓vds。則因漏端耗盡層所受的反偏電壓為vgd=vgs-vds，比源端耗盡層所受的反偏電壓vgs大,(如:vgs=-2v, vds =3v, vp=-9v,則漏端耗盡層受反偏電壓為-5v，源端耗盡層受反偏電壓為-2v),使靠近漏端的耗盡層比源端厚，溝道比源端窄，

3、故vds對(duì)溝道的影響是不均勻的，使溝道呈楔形。當(dāng)vds增加到使vgd=vgs-vds =vp 時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷點(diǎn)， 隨vds增大，這種不均勻性越明顯。當(dāng)vds繼續(xù)增加時(shí)，預(yù)夾斷點(diǎn)向源極方向伸長(zhǎng)為預(yù)夾斷區(qū)。由于預(yù)夾斷區(qū)電阻很大，使主要vds降落在該區(qū)，由此產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)力能把未夾斷區(qū)漂移到其邊界上的載流子都掃至漏極，形成漏極飽和電流。jfet工作原理（動(dòng)畫2-9)（動(dòng)畫2-6）(3)(3)伏安特性曲線輸出特性曲線cvdsdgsvfi)(恒流恒流區(qū)：(又稱飽和區(qū)或放大區(qū)）又稱飽和區(qū)或放大區(qū)）特點(diǎn):(1)受控性： 輸入電壓vgs控制輸出電流21vviipgsdssd(2)恒流性：輸出電流id

4、 基本上不受輸出電壓vds的影響。用途:可做放大器和恒流源。條件:(1)源端溝道未夾斷 (2)源端溝道予夾斷 vvpgsvvvpgsds可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)特點(diǎn)特點(diǎn): :(1)(1)當(dāng)vgs 為定值時(shí),id 是 vds 的線性函數(shù)，管子的漏源間呈現(xiàn)為線性電阻，且其阻值受 vgs 控制。 （2）管壓降vds 很小。用途：用途：做壓控線性電阻和無(wú)觸點(diǎn)的、閉合狀態(tài)的電子開(kāi)關(guān)。條件：源端與漏端溝道都不夾斷 vvpgsvvvpgsds夾斷區(qū)夾斷區(qū) 用途：做無(wú)觸點(diǎn)的、接通狀態(tài)的電子開(kāi)關(guān)。條件：整個(gè)溝道都夾斷 vvpgs擊穿區(qū)擊穿區(qū)vvdsbrds)( 當(dāng)漏源電壓增大到 時(shí)，漏端pn結(jié)發(fā)生雪崩擊穿，使id

5、劇增的區(qū)域。其值一般為（20 50）v之間。由于vgd=vgs-vds, 故vgs越負(fù)，對(duì)應(yīng)的vp就越小。管子不能在擊穿區(qū)工作。0id特點(diǎn)：轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線cvgsddsvfi)(輸入電壓vgs對(duì)輸出漏極電流id的控制msgdvdivimqgsdqgsd/結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性小結(jié)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 n溝道耗盡型p溝道耗盡型金屬金屬- -氧化物氧化物- -半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管metal oxide semiconductor mosfet 分為 增強(qiáng)型 n溝道、p溝道 耗盡型 n溝道、p溝道增強(qiáng)型： 沒(méi)有導(dǎo)電溝道，。時(shí)，00dgsiv。時(shí)，00dgsiv耗盡

6、型： 存在導(dǎo)電溝道，n溝道 p溝道 增強(qiáng)型n溝道 p溝道 耗盡型n溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管n溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理的工作原理（1）柵源電壓）柵源電壓vgs的控制作用的控制作用 當(dāng)vgs=0v時(shí)，因?yàn)槁┰粗g被兩個(gè)背靠背的 pn結(jié)隔離，因此，即使在d、s之間加上電壓, 在d、s間也不可能形成電流。 當(dāng) 0vgsvt (開(kāi)啟電壓)時(shí)，果在襯底表面形成一薄層負(fù)離子的耗盡層。漏源間仍無(wú)載流子的通道。管子仍不能導(dǎo)通，處于截止?fàn)顟B(tài)。通過(guò)柵極和襯底間的電容作用，將柵極下方p型襯底表層的空穴向下排斥，同時(shí)，使兩個(gè)n區(qū)和襯底中的自由電子吸向襯底表層，并與空穴復(fù)合而消失，結(jié)1

7、. 柵源電壓柵源電壓vgs的控制作用的控制作用的n型溝道。把開(kāi)始形成反型層的vgs值稱為該管的開(kāi)啟電壓vt。這時(shí)，若在漏源間加電壓 vds，就能產(chǎn)生漏極電流 i d，即管子開(kāi)啟。 vgs值越大，溝道內(nèi)自由電子越多，溝道電阻越小，在同樣 vds 電壓作用下， i d 越大。這樣，就實(shí)現(xiàn)了輸入電壓 vgs 對(duì)輸出電流 i d 的控制。 當(dāng)vgsvt時(shí)，襯底中的電子進(jìn)一步被吸至柵極下方的p型襯底表層，使襯底表層中的自由電子數(shù)量大于空穴數(shù)量，該薄層轉(zhuǎn)換為n型半導(dǎo)體，稱此為反型層。形成n源區(qū)到n漏區(qū)vdsi d柵源電壓柵源電壓vgs對(duì)漏極電流對(duì)漏極電流id的控制作用的控制作用2 .2 .漏源電壓漏源電壓

8、vds對(duì)溝道導(dǎo)電能力的影響對(duì)溝道導(dǎo)電能力的影響當(dāng)vgsvt且固定為某值的情況下，若給漏源間加正電壓vds則源區(qū)的自由電子將沿著溝道漂移到漏區(qū)，形成漏極電流id，當(dāng)id從d s流過(guò)溝道時(shí)，沿途會(huì)產(chǎn)生壓降，進(jìn)而導(dǎo)致沿著溝道長(zhǎng)度上柵極與溝道間的電壓分布不均勻。源極端電壓最大，為vgs ，由此感生的溝道最深；離開(kāi)源極端，越向漏極端靠近，則柵溝間的電壓線性下降，由它們感生的溝道越來(lái)越淺；直到漏極端，柵漏間電壓最小，其值為： vgd=vgs-vds , 由此 感生的溝道也最淺?？梢?jiàn)，在vds作用下導(dǎo)電溝道的深度是不均勻的，溝道呈錐形分布。若vds進(jìn)一步增大，直至vgd=vt，即vgs-vds=vt或vds

9、=vgs-vt 時(shí)，則漏端溝道消失，出現(xiàn)預(yù)夾斷點(diǎn)。a當(dāng)vds為0或較小時(shí)，vgdvt，此時(shí)vds 基本均勻降落在溝道中，溝道呈斜線分布。 當(dāng)vds增加到使vgd=vt時(shí)，漏極處溝道將縮減到剛剛開(kāi)啟的情況，稱為預(yù)夾斷。源區(qū)的自由電子在vds電場(chǎng)力的作用下，仍能沿著溝道向漏端漂移，一旦到達(dá)預(yù)夾斷區(qū)的邊界處，就能被預(yù)夾斷區(qū)內(nèi)的電場(chǎng)力掃至漏區(qū)，形成漏極電流。 當(dāng)vds增加到使vgdvt時(shí)，預(yù)夾斷點(diǎn)向源極端延伸成小的夾斷區(qū)。由于預(yù)夾斷區(qū)呈現(xiàn)高阻，而未夾斷溝道部分為低阻，因此， vds增加的部分基本上降落在該夾斷區(qū)內(nèi)，而溝道中的電場(chǎng)力基本不變，漂移電流基本不變，所以，從漏端溝道出現(xiàn)預(yù)夾斷點(diǎn)開(kāi)始， id基本

10、不隨vds增加而變化。增強(qiáng)型增強(qiáng)型mosfet的工作原理的工作原理mosfet的特性曲線特性曲線vvvtgsds1.1.漏極輸出特性曲線漏極輸出特性曲線2.轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線 vgs對(duì)對(duì)id的控制特性的控制特性 轉(zhuǎn)移特性曲線的斜率 gm 的大小反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用。 其量綱為ma/v，稱gm為跨導(dǎo)。 gm=id/vgsq （ms) id=f(vgs)vds=常數(shù)增強(qiáng)型mos管特性小結(jié)絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管n溝道增強(qiáng)型p溝道增強(qiáng)型耗盡型mosfet n溝道耗盡型mos管，它是在柵極下方的sio2絕緣層中摻入了大量的金屬正離子，在管子制造過(guò)程中，這些正離子已經(jīng)在漏源之間的襯底表面感應(yīng)出

11、反型層，形成了導(dǎo)電溝道。 因此，使用時(shí)無(wú)須加開(kāi)啟電壓（vgs=0），只要加漏源電壓，就會(huì)有漏極電流。當(dāng)vgs0 時(shí)，將使id進(jìn)一步增加。vgs0時(shí)，隨著vgs 的減小id 逐漸減小，直至 id=0。對(duì)應(yīng)id=0 的 vgs 值為夾斷電壓 vp 。耗盡型mosfet的特性曲線絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管 n溝道耗盡型p 溝道耗盡型場(chǎng)效應(yīng)三極管的參數(shù)和型號(hào)一、一、 場(chǎng)效應(yīng)三極管的參數(shù)場(chǎng)效應(yīng)三極管的參數(shù)1. 開(kāi)啟電壓vt開(kāi)啟電壓是mos增強(qiáng)型管的參數(shù)，柵源電壓小于開(kāi)啟電壓的絕對(duì)值, 場(chǎng)效應(yīng)管不能導(dǎo)通。 2. 夾斷電壓vp 夾斷電壓是耗盡型fet的參數(shù)，當(dāng)vgs=vp時(shí),漏極 電流為零。 3. 飽和漏極電流idss

12、 耗盡型場(chǎng)效應(yīng)三極管, 當(dāng)vgs=0時(shí)所對(duì)應(yīng)的漏極電流。4. 輸入電阻輸入電阻rgs 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管，反偏時(shí)rgs約大于107；絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)三極管, rgs約是1091015。 5. 低頻跨導(dǎo)gm 低頻跨導(dǎo)反映了柵壓對(duì)漏極電流的控制作用， gm可以在轉(zhuǎn) 移特性曲線上求取，單位是ms (毫西門子)。 6.最大漏極功耗pdm 最大漏極功耗可由pdm= vds id決定，與雙極型三極管的pcm相當(dāng)。(2) (2) 場(chǎng)效應(yīng)三極管的型號(hào)場(chǎng)效應(yīng)三極管的型號(hào)場(chǎng)效應(yīng)三極管的型號(hào), 現(xiàn)行有兩種命名方法。其一是與雙極型三極管相同，第三位字母j代表結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，o代表絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。第二位字母代表材料，d是p型

13、硅，反型層是n溝道；c是n型硅p溝道。如,3dj6d是結(jié)型n溝道場(chǎng)效應(yīng)三極管，3do6c是絕緣柵型n溝道場(chǎng)效應(yīng)三極管。 第二種命名方法是cs#，cs代表場(chǎng)效應(yīng)管，以數(shù)字代表型號(hào)的序號(hào)，#用字母代表同一型號(hào)中的不同規(guī)格。例如cs14a、cs45g等。 參 數(shù)型號(hào)pdm mw idss ma vrds vvrgs v vp v gmma/ v fm mhz3dj2d 100 20 20 -4 2 3003dj7e 100 20 20 -4 3 903dj15h 100 611 20 20 -5.5 83do2e 1000.351.2 12 25 1000cs11c 1000.31 -25 -4 2

14、 雙極型三極管雙極型三極管 場(chǎng)效應(yīng)三極管場(chǎng)效應(yīng)三極管 結(jié)構(gòu) npn型 結(jié)型 n溝道 p溝道 與 pnp型 絕緣柵 增強(qiáng)型 n溝道 p溝道 分類 c與e一般不可 絕緣柵 耗盡型 n溝道 p溝道 倒置使用 d與s有的型號(hào)可倒置使用 載流子 多子擴(kuò)散少子漂移 多子漂移 輸入量 電流輸入 電壓輸入 控制 電流控制電流源 電壓控制電流源 噪聲 較大 較小溫度特性 受溫度影響較大 較小，且有零溫度系數(shù)點(diǎn)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)模集成絕緣柵增強(qiáng)型n溝p溝絕緣柵耗盡型 n溝道p 溝道場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管放大電路放大電路（1）偏置電路及靜態(tài)分析分壓式自偏壓電路分壓式自偏壓電路直流通道vg=vddrg2/(rg1+rg2)vgs= v