第三章場效應(yīng)管及其放大電路ppt課件

1、2 2 場效應(yīng)管放大電路靜態(tài)工作場效應(yīng)管放大電路靜態(tài)工作 點的設(shè)置方法點的設(shè)置方法1 場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及工作原理場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及工作原理重點難點重點難點重點：共源重點：共源CSCS）、共柵）、共柵CGCG）、共漏）、共漏CDCD三三 種組態(tài)放大器的分析方法，種組態(tài)放大器的分析方法，靜態(tài)工作點的設(shè)置。靜態(tài)工作點的設(shè)置。難點：結(jié)型和絕緣柵型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和難點：結(jié)型和絕緣柵型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和工作原理工作原理N溝道溝道P溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型N溝道溝道P溝道溝道N溝道溝道P溝道溝道（耗盡型）（耗盡型）FET場效應(yīng)管場效應(yīng)管JFET結(jié)型結(jié)型MOSFET絕緣柵型絕緣柵型(IGFET)分類：分類：

2、耗盡型：場效應(yīng)管沒有加偏置電壓時，就有導(dǎo)電溝道存在耗盡型：場效應(yīng)管沒有加偏置電壓時，就有導(dǎo)電溝道存在增強(qiáng)型：場效應(yīng)管沒有加偏置電壓時，沒有導(dǎo)電溝道增強(qiáng)型：場效應(yīng)管沒有加偏置電壓時，沒有導(dǎo)電溝道3.1場效應(yīng)三極管場效應(yīng)三極管只有一種載流子參與導(dǎo)電，且利用電場效應(yīng)來控制只有一種載流子參與導(dǎo)電，且利用電場效應(yīng)來控制電流的三極管，稱為場效應(yīng)管，也稱單極型三極管。電流的三極管，稱為場效應(yīng)管，也稱單極型三極管。場效應(yīng)管分類場效應(yīng)管分類結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管絕緣柵場效應(yīng)管絕緣柵場效應(yīng)管特點特點單極型器件單極型器件(一種載流子導(dǎo)電一種載流子導(dǎo)電)； 輸入電阻高；輸入電阻高；工藝簡單、易集成、功耗小、體積小、

3、工藝簡單、易集成、功耗小、體積小、成本低。成本低。3.1.1絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管 由金屬、氧化物和半導(dǎo)體制成。稱為金屬由金屬、氧化物和半導(dǎo)體制成。稱為金屬-氧化物氧化物-半半導(dǎo)體場效應(yīng)管，或簡稱導(dǎo)體場效應(yīng)管，或簡稱 MOS 場效應(yīng)管。場效應(yīng)管。特點：輸入電阻可達(dá)特點：輸入電阻可達(dá) 109 以上。以上。類型類型N 溝道溝道P 溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型UGS = 0 時漏源間存在導(dǎo)電溝道稱耗盡型場效應(yīng)管；時漏源間存在導(dǎo)電溝道稱耗盡型場效應(yīng)管；UGS = 0 時漏源間不存在導(dǎo)電溝道稱增強(qiáng)型場效應(yīng)管。時漏源間不存在導(dǎo)電溝道稱增強(qiáng)型場效應(yīng)管。一、一、N 溝道增

4、強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型 MOS 場效應(yīng)管場效應(yīng)管1. 構(gòu)造構(gòu)造P 型襯底型襯底N+N+BGSDSiO2源極源極 S漏極漏極 D襯底引線襯底引線 B柵極柵極 G圖圖3.1N 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS 場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖SGDB符號2. 工作原理工作原理 絕緣柵場效應(yīng)管利用絕緣柵場效應(yīng)管利用 UGS 來控制來控制“感應(yīng)電荷的多感應(yīng)電荷的多少，改變由這些少，改變由這些“感應(yīng)電荷形成的導(dǎo)電溝道的狀況，感應(yīng)電荷形成的導(dǎo)電溝道的狀況，以控制漏極電流以控制漏極電流 ID。工作原理分析工作原理分析(1)UGS = 0(1)UGS = 0 漏源之間相當(dāng)于兩個背靠漏源之間相當(dāng)于兩個背靠背的背的 P

5、N 結(jié)，無論漏源之間加何結(jié)，無論漏源之間加何種極性電壓，總是不導(dǎo)電。種極性電壓，總是不導(dǎo)電。SBD圖圖 3.2(2) UDS = 0(2) UDS = 0，0 UGS 0 UGS UT)(UGS UT)導(dǎo)電溝道呈現(xiàn)一個楔形。導(dǎo)電溝道呈現(xiàn)一個楔形。漏極形成電流漏極形成電流 ID 。b. UDS= UGS UGS(th)， UGD = UGS(th)靠近漏極溝道達(dá)到臨界開靠近漏極溝道達(dá)到臨界開啟程度，出現(xiàn)預(yù)夾斷。啟程度，出現(xiàn)預(yù)夾斷。c. UDS UGS UGS(th)， UGD UGS(th)由于夾斷區(qū)的溝道電阻很大，由于夾斷區(qū)的溝道電阻很大，UDS 逐漸增大時，導(dǎo)逐漸增大時，導(dǎo)電溝道兩端電壓基本

6、不變，電溝道兩端電壓基本不變，ID 因而基本不變。因而基本不變。a. UDS UGS(th)P 型襯底型襯底N+N+BGSDVGGVDDP 型襯底型襯底N+N+BGSDVGGVDDP 型襯底型襯底N+N+BGSDVGGVDD夾斷區(qū)夾斷區(qū)DP型襯底型襯底N+N+BGSVGGVDDP型襯底型襯底N+N+BGSDVGGVDDP型襯底型襯底N+N+BGSDVGGVDD夾斷區(qū)夾斷區(qū)圖圖 3.3UDS 對導(dǎo)電溝道的影響對導(dǎo)電溝道的影響(a) UGD UGS(th)(a) UGD UGS(th)(b) UGD = UGS(th)(b) UGD = UGS(th)(c) UGD UGS(th)(c) UGD

7、UGS(th)3. 特性曲線特性曲線(a)(a)轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性(b)(b)漏極特性漏極特性ID/mAUDS /VOGS(th)GSUU預(yù)夾斷軌跡預(yù)夾斷軌跡恒流區(qū)恒流區(qū)擊穿區(qū)擊穿區(qū) 可變可變電阻區(qū)電阻區(qū)UGS UGS(th) UGS UGS(th) 時時) )三個區(qū)：可變電阻區(qū)、三個區(qū)：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)恒流區(qū)( (或飽和區(qū)或飽和區(qū)) )、擊穿、擊穿區(qū)。區(qū)。UT 2UTIDOUGS /VID /mAO圖圖 3.4 (a)圖圖 3.4 (b)二、二、N 溝道耗盡型溝道耗盡型 MOS 場效應(yīng)管場效應(yīng)管P型襯底型襯底N+N+BGSD+制造過程中預(yù)先在二氧化硅的絕緣層中摻入正離子，制造過程中預(yù)先在二氧

8、化硅的絕緣層中摻入正離子，這些正離子電場在這些正離子電場在 P 型襯底中型襯底中“感應(yīng)負(fù)電荷，形成感應(yīng)負(fù)電荷，形成“反反型層型層”。即便。即便 UGS = 0 也會形成也會形成 N 型導(dǎo)電溝道。型導(dǎo)電溝道。+UGS = 0，UDS 0，產(chǎn)，產(chǎn)生較大的漏極電流；生較大的漏極電流；UGS 0；UGS 正、負(fù)、正、負(fù)、零均可。零均可。ID/mAUGS /VOUP(a)(a)轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性IDSS圖圖 3.7MOS 管的符號管的符號SGDBSGDB(b)(b)漏極特性漏極特性ID/mAUDS /VO+1VUGS=0-3 V-3 V-1 V-1 V-2 V-2 V432151015 20圖圖 3.6特

9、性曲線特性曲線DSGN符符號號3.1.2結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管一、構(gòu)造一、構(gòu)造圖圖 3.7N 溝道結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖溝道結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖N型型溝溝道道N型硅棒型硅棒柵極柵極源極源極漏極漏極P+P+P 型區(qū)型區(qū)耗盡層耗盡層(PN 結(jié)結(jié))在漏極和源極之間加在漏極和源極之間加上一個正向電壓，上一個正向電壓，N 型半型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子電子可導(dǎo)體中多數(shù)載流子電子可以導(dǎo)電。以導(dǎo)電。導(dǎo)電溝道是導(dǎo)電溝道是 N 型的，型的，稱稱 N 溝道結(jié)型場效應(yīng)管。溝道結(jié)型場效應(yīng)管。P 溝道場效應(yīng)管溝道場效應(yīng)管圖圖 3.8P 溝道結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖溝道結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖N+N+P型型溝溝道道GSD P 溝道場效應(yīng)管是在

10、溝道場效應(yīng)管是在 P 型硅棒的兩側(cè)做成高摻型硅棒的兩側(cè)做成高摻雜的雜的 N 型區(qū)型區(qū)(N+)，導(dǎo)電溝，導(dǎo)電溝道為道為 P 型，多數(shù)載流子為型，多數(shù)載流子為空穴?？昭?。符號符號GDS二、工作原理二、工作原理 N 溝道結(jié)型場效應(yīng)管用改變溝道結(jié)型場效應(yīng)管用改變 UGS 大小來控制漏極電大小來控制漏極電流流 ID 的。的。GDSNN型型溝溝道道柵極柵極源極源極漏極漏極P+P+耗盡層耗盡層*在柵極和源極之間在柵極和源極之間加反向電壓，耗盡層會變加反向電壓，耗盡層會變寬，導(dǎo)電溝道寬度減小，寬，導(dǎo)電溝道寬度減小，使溝道本身的電阻值增大，使溝道本身的電阻值增大，漏極電流漏極電流 ID 減小，反之，減小，反之，

11、漏極漏極 ID 電流將增加。電流將增加。 *耗盡層的寬度改變耗盡層的寬度改變主要在溝道區(qū)。主要在溝道區(qū)。1. 設(shè)設(shè)UDS = 0 ，在柵源之間加負(fù)電源，在柵源之間加負(fù)電源 VGG，改變，改變 VGG 大小。觀察耗盡層的變化。大小。觀察耗盡層的變化。ID = 0GDSN型型溝溝道道P+P+ (a) UGS = 0UGS = 0 時，耗時，耗盡層比較窄，盡層比較窄，導(dǎo)電溝比較寬導(dǎo)電溝比較寬UGS 由零逐漸增大，由零逐漸增大，耗盡層逐漸加寬，導(dǎo)耗盡層逐漸加寬，導(dǎo)電溝相應(yīng)變窄。電溝相應(yīng)變窄。當(dāng)當(dāng) UGS = UGS(off)，耗盡層合攏，導(dǎo)電溝耗盡層合攏，導(dǎo)電溝被 夾 斷 ， 夾 斷 電 壓被 夾 斷

12、 ， 夾 斷 電 壓 UGS(off) 為負(fù)值。為負(fù)值。ID = 0GDSP+P+N型型溝溝道道 (b) UGS 0，在柵源間加，在柵源間加負(fù)電源負(fù)電源 VGG，觀察，觀察 UGS 變化時耗盡層和漏極變化時耗盡層和漏極 ID 。UGS = 0，UDG ，ID 較較大。大。GDSP+NISIDP+P+VDDVGG UGS 0，UDG 0 時，耗盡層呈現(xiàn)楔形。時，耗盡層呈現(xiàn)楔形。(a)(a)(b)(b)(offGSU)(offGSUGDSP+NISIDP+P+VDDVGGUGS |UGS(off)|,ID 0,夾斷夾斷GDSISIDP+VDDVGGP+P+(1) (1) 改變改變 UGS UGS

13、，改變了，改變了 PN PN 結(jié)中電場，控制了結(jié)中電場，控制了 ID ID ，故稱場，故稱場效應(yīng)管或電壓控控元件；效應(yīng)管或電壓控控元件； (2)(2)結(jié)型場效應(yīng)管柵源之間加反向偏置結(jié)型場效應(yīng)管柵源之間加反向偏置電壓，使電壓，使 PN PN 反偏，柵極基本不取電流，因而，場效應(yīng)管輸入電反偏，柵極基本不取電流，因而，場效應(yīng)管輸入電阻很高。阻很高。(c)(c)(d)(d)三、特性曲線三、特性曲線1. 轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性(N 溝道結(jié)型場效應(yīng)管為例溝道結(jié)型場效應(yīng)管為例)常數(shù)常數(shù) DS)(GSDUUfIO UGSIDIDSSUGSoff）圖圖 3.10轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性UGS = 0 ，ID 最大；最大；UG

14、S 愈負(fù)，愈負(fù)，ID 愈小；愈?。籙GS = UP，ID 0。兩個重要參數(shù)兩個重要參數(shù)飽和漏極電流飽和漏極電流 IDSS(UGS = 0 時的時的 ID)夾斷電壓夾斷電壓 UGSoff)(ID = 0 時的時的 UGS)UDSIDVDDVGGDSGV- -+ +V- -+ +UGS圖圖 3.9特性曲線測試電路特性曲線測試電路+ +- -mA1. 轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性O(shè) uGS/VID/mAIDSSUP圖圖 3.11轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性2. 漏極特性漏極特性當(dāng)柵源當(dāng)柵源 之間的電壓之間的電壓 UGS 不變時，漏極電流不變時，漏極電流 ID 與漏與漏源之間電壓源之間電壓 UDS 的關(guān)系，即的關(guān)系，即 結(jié)型

15、場效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特結(jié)型場效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性曲線的近似公式：性曲線的近似公式：常數(shù)常數(shù) GS)(DSDUUfI)0( )1 (GSGS(off)2GS(off)GSDSSD時當(dāng)UUUUII-IDSS/VGS(off)GSDSUUU-ID/mAUDS /VOUGS = 0V-1 -1 -2 -2 -3 -3 -4 -4 -5 -5 -6 -6 -7 -7 VUoffGS8)(預(yù)夾斷軌跡預(yù)夾斷軌跡恒流區(qū)恒流區(qū)擊穿區(qū)擊穿區(qū) 可變可變電阻區(qū)電阻區(qū)漏極特性也有三個區(qū)：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)和擊穿漏極特性也有三個區(qū)：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)和擊穿區(qū)。區(qū)。2. 漏極特性漏極特性UDSIDVDDVGGDSGV- -+ +V- -

16、+ +UGS圖圖 3.12特性曲線測試電路特性曲線測試電路+ +- -mA圖圖 3.13(b)漏極特性漏極特性場效應(yīng)管的兩組特性曲線之間互相聯(lián)系，可根據(jù)漏場效應(yīng)管的兩組特性曲線之間互相聯(lián)系，可根據(jù)漏極特性用作圖的方法得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)移特性。極特性用作圖的方法得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)移特性。UDS = 常數(shù)常數(shù)ID/mA0-0.5-0.5-1-1-1.5-1.5UGS /VUDS = 15 V5ID/mAUDS /V0UGS = 0-0.4 V-0.4 V-0.8 V-0.8 V-1.2 V-1.2 V-1.6 V-1.6 V10 15 20250.10.20.30.40.5結(jié)型場效應(yīng)管柵極基本不取電流，其輸入

17、電阻很高，結(jié)型場效應(yīng)管柵極基本不取電流，其輸入電阻很高，可達(dá)可達(dá) 107 以上。如希望得到更高的輸入電阻，可采用以上。如希望得到更高的輸入電阻，可采用絕緣柵場效應(yīng)管。絕緣柵場效應(yīng)管。圖圖 3.14在漏極特性上用作圖法求轉(zhuǎn)移特性在漏極特性上用作圖法求轉(zhuǎn)移特性綜上分析可知綜上分析可知 溝道中只有一種類型的多子參與導(dǎo)電，溝道中只有一種類型的多子參與導(dǎo)電， 所以場效應(yīng)管也稱為單極型三極管。所以場效應(yīng)管也稱為單極型三極管。 JFETJFET是電壓控制電流器件，是電壓控制電流器件，iDiD受受vGSvGS控制控制 預(yù)夾斷前預(yù)夾斷前iDiD隨隨vDSvDS增長而線性增長；預(yù)夾斷后，增長而線性增長；預(yù)夾斷后，

18、 iDiD趨于飽和。趨于飽和。 結(jié)型場結(jié)型場效應(yīng)管效應(yīng)管 JFET JFET柵極與溝道間的柵極與溝道間的PNPN結(jié)是反向偏置的，因結(jié)是反向偏置的，因 此此iGiG0 0，輸入電阻很高。，輸入電阻很高。end 結(jié)型場效應(yīng)管的缺點：結(jié)型場效應(yīng)管的缺點：1. 柵源極間的電阻雖然可達(dá)柵源極間的電阻雖然可達(dá)107以上，以上，但在某些場合仍嫌不夠高。但在某些場合仍嫌不夠高。3. 3. 柵源極間的柵源極間的PNPN結(jié)加正向電壓時，將結(jié)加正向電壓時，將出現(xiàn)較大的柵極電流。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。絕緣柵場效應(yīng)管可以很好地解決這些問題。2. 2. 在高溫下，在高溫下，PNPN結(jié)的

19、反向電流增大，結(jié)的反向電流增大，柵源極間的電阻會顯著下降。柵源極間的電阻會顯著下降。結(jié)型場效結(jié)型場效應(yīng)管應(yīng)管種種 類類符符 號號轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性漏極特性漏極特性 結(jié)型結(jié)型N 溝道溝道耗耗盡盡型型 結(jié)型結(jié)型P 溝道溝道耗耗盡盡型型 絕緣絕緣柵型柵型 N 溝道溝道增增強(qiáng)強(qiáng)型型SGDSGDIDUGS= 0V+ +UDS+ + +o oSGDBUGSIDOUT表表 1-2各類場效應(yīng)管的符號和特性曲線各類場效應(yīng)管的符號和特性曲線+UGS = UTUDSID+OIDUGS= 0V- - - -UDSOUGSIDUPIDSSOUGSID /mAUPIDSSO種種 類類符符 號號轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性漏極特性漏極特

20、性絕緣絕緣柵型柵型N 溝道溝道耗耗盡盡型型絕緣絕緣柵型柵型P 溝道溝道增增強(qiáng)強(qiáng)型型耗耗盡盡型型IDSGDBUDSID_UGS=0+_OIDUGSUPIDSSOSGDBIDSGDBIDIDUGSUTOIDUGSUPIDSSO_ _IDUGS=UTUDS_ _o o_ _UGS= 0V+ +_ _IDUDSo o+ +各類場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)時各類場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)時g-s、d-s間的電壓極間的電壓極性性)0(P)0(N)00(P)00(N)00(P)00(NDSGSDSGSDSGSDSGSDSGSDSGS極性任意，溝道極性任意，溝道耗盡型，溝道，溝道增強(qiáng)型絕緣柵型，溝道，溝道結(jié)型場效應(yīng)管uuu

21、uuuuuuuuuuGS=0可工作在恒流區(qū)的場效應(yīng)管有哪幾種？可工作在恒流區(qū)的場效應(yīng)管有哪幾種？ uGS0才工作在恒流區(qū)的場效應(yīng)管有哪幾種？才工作在恒流區(qū)的場效應(yīng)管有哪幾種？ uGS0才工作在恒流區(qū)的場效應(yīng)管有哪幾種？才工作在恒流區(qū)的場效應(yīng)管有哪幾種？ 不同不同F(xiàn)ET類型對偏置電壓的要求類型對偏置電壓的要求增強(qiáng)型耗盡型種類電壓NMOSPMOSN 結(jié)型P 結(jié)型NMOSPMOSvGS正負(fù)負(fù)正負(fù)(或正)正(或負(fù))vDS正負(fù)正負(fù)正負(fù)PMOS雙極型和場效應(yīng)型三級管的比較雙極型和場效應(yīng)型三級管的比較雙極型和場效應(yīng)型三級管的比較雙極型和場效應(yīng)型三級管的比較場效應(yīng)管的特點：場效應(yīng)管的特點：1. 場效應(yīng)管是電壓

22、控制元件；場效應(yīng)管是電壓控制元件； 2. 柵極幾乎不取用電流，輸入電阻非常高；柵極幾乎不取用電流，輸入電阻非常高； 3. 一種極性的載流子導(dǎo)電，噪聲小，受外界溫度及一種極性的載流子導(dǎo)電，噪聲小，受外界溫度及輻射影響小；輻射影響?。?4. 制造工藝簡單，有利于大規(guī)模集成；制造工藝簡單，有利于大規(guī)模集成； 5. 跨導(dǎo)較小，電壓放大倍數(shù)一般比三極管低?？鐚?dǎo)較小，電壓放大倍數(shù)一般比三極管低。3.3 場效應(yīng)管的主要參數(shù)場效應(yīng)管的主要參數(shù) IDSS是耗盡型和結(jié)型場效應(yīng)管的一個重要參數(shù)是耗盡型和結(jié)型場效應(yīng)管的一個重要參數(shù), 它的定義是當(dāng)柵源之間的電壓它的定義是當(dāng)柵源之間的電壓UGS等于零等于零, 而而漏、源

23、之間的電壓漏、源之間的電壓UDS大于夾斷電壓大于夾斷電壓UP時對應(yīng)時對應(yīng)的漏極電流。的漏極電流。 3.3.1 直流參數(shù)直流參數(shù)1. 飽和漏極電流飽和漏極電流IDSS 2. 夾斷電壓UP UP也是耗盡型和結(jié)型場效應(yīng)管的重要參數(shù), 其定義為當(dāng)UDS一定時,使ID減小到某一個微小電流(如1A, 50A)時所需的UGS值。 UT是增強(qiáng)型場效應(yīng)管的重要參數(shù), 它的定義是當(dāng)UDS一定時, 漏極電流ID達(dá)到某一數(shù)值(例如10A)時所需加的UGS值。 3. 開啟電壓開啟電壓UT 4. 直流輸入電阻RGSRGS是柵、源之間所加電壓與產(chǎn)生的柵極電流之比。由于柵極幾乎不索取電流, 因此輸入電阻很高。 結(jié)型為106

24、以上, MOS管可達(dá)1010以上。 3.3.2 交流參數(shù)交流參數(shù)常數(shù)DSUGSDmUIg 跨導(dǎo)gm的單位是mA/V。它的值可由轉(zhuǎn)移特性或輸出特性求得。 )1 (2PGSPDSSGSDmUUUIUIg-1. 低頻跨導(dǎo)低頻跨導(dǎo)gm 2. 極間電容 場效應(yīng)管三個電極之間的電容,包括CGS、CGD和CDS。這些極間電容愈小, 則管子的高頻性能愈好。 一般為幾個pF。 iD / mAiD / mAQOuG S / V UG S ID(a ) 轉(zhuǎn) 移 特 性(b ) 輸 出 特 性uD S / VO IDQ UG SuD S 常數(shù)3.3.3 極限參數(shù)極限參數(shù)1.漏極最大允許耗散功率漏極最大允許耗散功率PD

25、mPDm與與ID、UDS有如下關(guān)系有如下關(guān)系: DSDDmUIP 這部分功率將轉(zhuǎn)化為熱能, 使管子的溫度升高。PDm決定于場效應(yīng)管允許的最高溫升。 2.漏、源間擊穿電壓漏、源間擊穿電壓BUDS 在場效應(yīng)管輸出特性曲線上在場效應(yīng)管輸出特性曲線上, 當(dāng)漏極電流當(dāng)漏極電流ID急劇上升產(chǎn)急劇上升產(chǎn)生雪崩擊穿時的生雪崩擊穿時的UDS。工作時外加在漏、源之間的電壓不得。工作時外加在漏、源之間的電壓不得超過此值。超過此值。3. 柵源間擊穿電壓柵源間擊穿電壓BUGS結(jié)型場效應(yīng)管正常工作時結(jié)型場效應(yīng)管正常工作時, , 柵、源之間的柵、源之間的PNPN結(jié)處結(jié)處于反向偏置狀態(tài)于反向偏置狀態(tài), , 若若UGSUGS過

26、高過高, PN, PN結(jié)將被擊穿。結(jié)將被擊穿。三種基本組態(tài)：共源三種基本組態(tài)：共源(CS)、共漏、共漏(CD)和共柵和共柵(CG)場效應(yīng)管組成放大電路的原則和方法與三極管相場效應(yīng)管組成放大電路的原則和方法與三極管相同：為使場效應(yīng)管正常工作，各電極間必須加上同：為使場效應(yīng)管正常工作，各電極間必須加上合適的偏置電壓；為了實現(xiàn)不失真放大，也同樣合適的偏置電壓；為了實現(xiàn)不失真放大，也同樣需要設(shè)置合適且穩(wěn)定的靜態(tài)工作點。需要設(shè)置合適且穩(wěn)定的靜態(tài)工作點。場效應(yīng)管是一種電壓控制器件，只需提供柵偏壓，場效應(yīng)管是一種電壓控制器件，只需提供柵偏壓，而不需要提供柵極電流，所以它的偏置電路有其而不需要提供柵極電流，所

27、以它的偏置電路有其自身的特點。自身的特點。 二、場效應(yīng)管放大電路二、場效應(yīng)管放大電路1基本共源極放大電路基本共源極放大電路圖圖 3.15共源極放大電路原理電路共源極放大電路原理電路VDD+uOiDVT+- -uIVGGRGSDGRD與雙極型三極管對應(yīng)關(guān)系與雙極型三極管對應(yīng)關(guān)系b G , e S , c D 為了使場效應(yīng)管為了使場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)實現(xiàn)放工作在恒流區(qū)實現(xiàn)放大作用，應(yīng)滿足：大作用，應(yīng)滿足：GS(th)GSDSGS(th)GS UuuUu-圖示電路為圖示電路為 N 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型 MOS 場效應(yīng)管組成的放場效應(yīng)管組成的放大電路。大電路。(UT(UT：開啟電壓：開啟電壓) )一、

28、靜態(tài)分析一、靜態(tài)分析VDD+uOiDVT+- -uIVGGRGSDGRD圖圖 3.15共源極放大電路原理電路共源極放大電路原理電路兩種方法兩種方法近似估算法近似估算法圖解法圖解法 ( (一一) ) 近似估算法近似估算法MOS 管柵極電流管柵極電流為零，當(dāng)為零，當(dāng) uI = 0 時時UGSQ = VGG而而 iD 與與 uGS 之間近似滿足之間近似滿足2TGSDOD)1(- - UuIi( (當(dāng)當(dāng) uGS uGS UT)UT)式中式中 IDO 為為 uGS = 2UT 時的時的值。值。2TGSQDODQ)1(- - UUIIDDQDDDSQRIVU- - 則靜態(tài)漏極電流為則靜態(tài)漏極電流為 (二二

29、) 圖解法圖解法圖圖 3.7.4用圖解法分析共源極用圖解法分析共源極放大電路的放大電路的 Q 點點VDDDDDRVIDQUDSQQ利用式利用式 uDS = VDD - iDRD 畫出直流負(fù)載線。畫出直流負(fù)載線。圖中圖中 IDQ、UDSQ 即為靜態(tài)值。即為靜態(tài)值。 漏極電阻：將漏 極電流轉(zhuǎn)換成漏 極電壓，并影響 放大倍數(shù)Au UDDRdC2RsCs旁路電容：消除Rs對交流信號的衰減源極電阻：利用IDQ在其上的壓降為柵源極提拱偏壓RgC1 柵極電阻：將Rs壓降 加至柵極uiuo圖 3.16 場效應(yīng)管共源放大電路2. 自給偏壓電路自給偏壓電路sDQSQGQGSQsDQSQGQ0RIUUURIUU-

30、，2GS(off)GSQDSSD)1 (UUII-)(sdDQDDDSQRRIVU+-由正電源獲得負(fù)偏壓由正電源獲得負(fù)偏壓稱為自給偏壓稱為自給偏壓哪種場效應(yīng)管能夠采用這種電路形式設(shè)置哪種場效應(yīng)管能夠采用這種電路形式設(shè)置Q點？點？+VDDuOuIRgRdRsRL圖3.11RdC2UDDuoRsCsRg1Rg3Rg2C1ui Rg1，Rg2：柵極 分壓電阻使柵極獲 得合適的工作電壓 柵極電阻：用來 提高輸入電阻 圖 3.17分壓偏置式共源放大電路3分壓分壓自偏壓式共源放大電路自偏壓式共源放大電路一、靜態(tài)分析一、靜態(tài)分析( (一一) )近似估算法近似估算法根據(jù)輸入回路列方程根據(jù)輸入回路列方程圖圖 3

31、.17分壓分壓 - 自偏式共源自偏式共源放大電路放大電路+VT+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+iUoU - - - -+ + 2TGSQDODQSDQDD211GSQ)1(UUIIRIVRRRU解聯(lián)立方程求出解聯(lián)立方程求出 UGSQ 和和 IDQ。+VT+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+iUoU圖圖 2.7.7分壓分壓 - 自偏式共源自偏式共源放大電路放大電路列輸出回路方程求列輸出回路方程求 UDSQUDSQ = VDD IDQ(RD + RS)( (二二) )圖解法圖解法由式由式可做出一條直線，另外，可做出一條直線，另外，iD 與與 uGS 之間滿足

32、轉(zhuǎn)移特性之間滿足轉(zhuǎn)移特性曲線的規(guī)律，二者之間交點為靜態(tài)工作點。確定曲線的規(guī)律，二者之間交點為靜態(tài)工作點。確定 UGSQ， IDQ 。SDDD211SDGQGSRiVRRRRiUu- -+ + - - SDDDRRV+ +根據(jù)漏極回路方程根據(jù)漏極回路方程在漏極特性曲線上做直流負(fù)載線，在漏極特性曲線上做直流負(fù)載線， 與與 uGS = UGSQ 的交點確定的交點確定 Q，由，由 Q 確定確定 UDSQ 和和 IDQ值。值。UDSQuDS = VDD iD(RD + RS)3 uDS/ViD/mA012152 V105uGS4.5V4V3.5V UGSQ3 VVDDQIDQuGS/ViD/mAO246

33、12QIDQUGSQSGQRUUGQ圖圖 3.18用圖解法分析圖用圖解法分析圖 3.17電路的電路的 Q 點點【例【例1 1】已知已知VDD=18V，Rs=1 k，Rd=3 k，Rg=3 M，耗盡型耗盡型MOS管的管的VP= -5 V，IDSS=10 mA。試用估算。試用估算法求電路的靜態(tài)工作點。法求電路的靜態(tài)工作點。解：解：+-22)51 (10)1 (10GSPGSDSSDDsDGSVVVIIIRIVV 8)(+-sdDDDDSQRRIVV-V 8mA 8 V 5 . 2mA 5 . 2GSDGSDVIVI25110-+DDII不合題意，舍去。不合題意，舍去?！纠纠? 2】解：解：柵極回

34、路有柵極回路有: : DsDDDGSIRIVRRRV5 . 26211-+設(shè)設(shè)VDD=15V ， Rd=5 k ， Rs=2.5 k ， R1=200 k，R2=300 k，Rg=10 M，RL=5 k，并設(shè)電容，并設(shè)電容C1、C2和和Cs足夠大。試用圖解法分析足夠大。試用圖解法分析靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點Q，估算，估算Q點上場點上場效應(yīng)管的跨導(dǎo)效應(yīng)管的跨導(dǎo)gm。由 圖 可 得由 圖 可 得 V G S Q = 3 . 5 V ，IDQ=1mA。 由轉(zhuǎn)移特性得由轉(zhuǎn)移特性得:開啟電開啟電壓壓VT=2V；當(dāng)當(dāng)VGS=2VT=4V時，時，ID=IDO=1.9mA。mS38. 12DQDOTmIIVg由圖

35、可求得靜態(tài)時的由圖可求得靜態(tài)時的VDSQ=7.5V。2) 1(-TGSDODVvIiGSDmdvdig輸出回路列出直流負(fù)載線方程：輸出回路列出直流負(fù)載線方程：VDS=VDD-ID(Rd+Rs)=15-7.5ID 【例【例3 3】為增強(qiáng)型為增強(qiáng)型NMOSFET設(shè)計偏置電路。設(shè)設(shè)計偏置電路。設(shè)VT=2 V，IDO =0.65 mA，其余電路參數(shù)如圖中所示。要求工，其余電路參數(shù)如圖中所示。要求工作在放大區(qū)，作在放大區(qū)，ID=0.5mA,且流過偏置電阻且流過偏置電阻R1和和R2的的電流約為電流約為0.1ID，試選擇偏置電阻，試選擇偏置電阻R1和和R2的阻值。的阻值。解：解：假設(shè)假設(shè)MOS管工作在放大管

36、工作在放大區(qū)區(qū)(即飽和區(qū)即飽和區(qū))。2) 1(-TGSDODVvIi2) 12(65. 05 . 0-GSvV25. 0 V75. 3GSGSvv(舍去舍去)+k 2005 . 01 . 055 1 . 02121RRIRRVVDSSDDVVSS5)(212SSsDSSSSDDSGGSVRIVVVRRRVVV+-+-+-k 952R25 . 010k 20075. 32-Rk 1051RMOSMOS工作在放大區(qū)，假設(shè)正確。工作在放大區(qū)，假設(shè)正確。V 4)(+-+sdDSSDDDSRRIVVVV 75. 1275. 3-TGSDSVVV取標(biāo)稱值：取標(biāo)稱值：R2=100 k，R1=110 k。驗證假設(shè)是否成立：驗證假設(shè)是否成立：二