第三章場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其放大電路ppt課件

1、3. 場(chǎng)效應(yīng)管的分類(lèi)、工作原理和特性曲線。場(chǎng)效應(yīng)管的分類(lèi)、工作原理和特性曲線。第三章場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其放大電路3.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管3.2 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管3.3 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路本章重點(diǎn)和考點(diǎn)：本章重點(diǎn)和考點(diǎn)：1. 場(chǎng)效應(yīng)管的分類(lèi)、工作原理和特性曲線。場(chǎng)效應(yīng)管的分類(lèi)、工作原理和特性曲線。2.FET三種組態(tài)的特點(diǎn)。三種組態(tài)的特點(diǎn)。1.場(chǎng)效應(yīng)管是通過(guò)什么方式來(lái)控制漏極電流的？為什么場(chǎng)效應(yīng)管是通過(guò)什么方式來(lái)控制漏極電流的？為什么它們都可以用于放大？它們都可以用于放大？2.如何根據(jù)放大電路的組成原則利用場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成放大如何根據(jù)放大電路的組成原則利用場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成放大電路？它有三種接法嗎？電路？它有三種接法

2、嗎？3.場(chǎng)效應(yīng)管放大電路與晶體管放大電路有哪些不同處？場(chǎng)效應(yīng)管放大電路與晶體管放大電路有哪些不同處？在不同的場(chǎng)合下，應(yīng)如何選用放大電路？在不同的場(chǎng)合下，應(yīng)如何選用放大電路？本章討論的問(wèn)題：本章討論的問(wèn)題：場(chǎng)效應(yīng)三極管場(chǎng)效應(yīng)三極管場(chǎng)效應(yīng)管：一種載流子參與導(dǎo)電，利用輸入回路的電場(chǎng)場(chǎng)效應(yīng)管：一種載流子參與導(dǎo)電，利用輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制輸出回路電流的三極管，又稱單極型三極管。效應(yīng)來(lái)控制輸出回路電流的三極管，又稱單極型三極管。場(chǎng)效應(yīng)管分類(lèi)場(chǎng)效應(yīng)管分類(lèi)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管特點(diǎn)特點(diǎn)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(jiǎn)單、易

3、集成、功耗小、體積小、工藝簡(jiǎn)單、易集成、功耗小、體積小、成本低。成本低。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(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管JFET結(jié)型結(jié)型MOSFET絕緣柵型絕緣柵型(IGFET)場(chǎng)效應(yīng)管分類(lèi)：場(chǎng)效應(yīng)管分類(lèi)：DSGN符符號(hào)號(hào)3.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管Junction Field Effect Transistor3.1.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和類(lèi)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型型圖圖 3.1N 溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖溝道結(jié)型場(chǎng)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(P

4、N 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(gè)正向電壓，上一個(gè)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(chǎng)效應(yīng)管。溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管。P 溝道場(chǎng)效應(yīng)管溝道場(chǎng)效應(yīng)管P 溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖N+N+P型型溝溝道道GSD P 溝道場(chǎng)效應(yīng)管是在溝道場(chǎng)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(hào)符號(hào)GDS3.1.2 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管工作原理結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管工作原理 N 溝

5、道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管用改變溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管用改變 UGS 大小來(lái)控制漏極電大小來(lái)控制漏極電流流 ID 的。的。(VCCS)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(huì)變加反向電壓，耗盡層會(huì)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，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. 當(dāng)當(dāng)UDS = 0 時(shí)，時(shí)， uGS 對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用ID = 0

6、GDSN型型溝溝道道P+P+ (a) UGS = 0UGS = 0 時(shí)，耗盡時(shí)，耗盡層比較窄，導(dǎo)電溝層比較窄，導(dǎo)電溝比較寬比較寬UGS 由零逐漸減小，耗由零逐漸減小，耗盡層逐漸加寬，導(dǎo)電溝盡層逐漸加寬，導(dǎo)電溝相應(yīng)變窄。相應(yīng)變窄。當(dāng)當(dāng) UGS = UGSOff)，耗，耗盡層合攏，導(dǎo)電溝被夾斷盡層合攏，導(dǎo)電溝被夾斷.ID = 0GDSP+P+N型型溝溝道道(b) UGS(off) UGS (b) UGS(off) UGS 0 UGSOff) ，iD 較大。較大。GDSP+NiSiDP+P+VDDVGG uGS UGSOff) ，iD 更小。更小。GDSNiSiDP+P+VDD注意：當(dāng)注意：當(dāng) uD

7、S 0 時(shí)，耗盡層呈現(xiàn)楔形。時(shí)，耗盡層呈現(xiàn)楔形。(a)(a)(b)(b)uGD uGS uDS GDSP+NiSiDP+P+VDDVGGuGS 0,uGD = UGS(off), ,溝道變窄預(yù)溝道變窄預(yù)夾斷夾斷uGS 0 ,uGD uGS(off),夾斷，夾斷，iD幾乎不幾乎不變變GDSiSiDP+VDDVGGP+P+(1) (1) 改變改變 uGS uGS ，改變了，改變了 PN PN 結(jié)中電場(chǎng)，控制了結(jié)中電場(chǎng)，控制了 iD iD ，故稱場(chǎng)，故稱場(chǎng)效應(yīng)管；效應(yīng)管； (2)(2)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管柵源之間加反向偏置電壓，使結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管柵源之間加反向偏置電壓，使 PN PN 反反偏，柵極偏，柵極 基本

8、不取電流，因而，場(chǎng)效應(yīng)管輸入電阻很高。基本不取電流，因而，場(chǎng)效應(yīng)管輸入電阻很高。(c)(c)(d)(d)3.當(dāng)當(dāng)uGD uGS(off),時(shí)，時(shí)， , uGS 對(duì)漏極電流對(duì)漏極電流iD的控的控制作用制作用場(chǎng)效應(yīng)管用低頻跨導(dǎo)場(chǎng)效應(yīng)管用低頻跨導(dǎo)gm的大小描述柵源電壓對(duì)漏極電的大小描述柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用。流的控制作用。場(chǎng)效應(yīng)管為電壓控制元件場(chǎng)效應(yīng)管為電壓控制元件(VCCS)。在在uGD uGS uDS uGS(off)情況下情況下, 即當(dāng)即當(dāng)uDS uGS -uGS(off) 對(duì)應(yīng)于不同的對(duì)應(yīng)于不同的uGS ，d-s間等效成不同阻值的電阻。間等效成不同阻值的電阻。(2)當(dāng)當(dāng)uDS使使uGD

9、 uGS(off)時(shí)，時(shí)，d-s之間預(yù)夾斷之間預(yù)夾斷(3)當(dāng)當(dāng)uDS使使uGD U(BR)GS ，PN 將被擊穿，這種擊穿與電將被擊穿，這種擊穿與電容擊穿的情況類(lèi)似，屬于破壞性擊穿。容擊穿的情況類(lèi)似，屬于破壞性擊穿。1.漏極最大允許耗散功率漏極最大允許耗散功率 PDSM3.2絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管MOSFEMetal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor） 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(chǎng)效應(yīng)管，或簡(jiǎn)稱導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，或簡(jiǎn)稱 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管。場(chǎng)效應(yīng)管。特點(diǎn)：輸入電阻可達(dá)

10、特點(diǎn)：輸入電阻可達(dá)1010(有資料介紹可達(dá)有資料介紹可達(dá)1014）以上。）以上。類(lèi)型類(lèi)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(shí)漏源間存在導(dǎo)電溝道稱耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管；時(shí)漏源間存在導(dǎo)電溝道稱耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管；UGS = 0 時(shí)漏源間不存在導(dǎo)電溝道稱增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管。時(shí)漏源間不存在導(dǎo)電溝道稱增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管。3.2.1、N 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管 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 3.2.1N 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS 場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示

11、意圖SGDB1. 工作原理工作原理 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管利用絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管利用 UGS 來(lái)控制來(lái)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。2.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(gè)背靠漏源之間相當(dāng)于兩個(gè)背靠背的背的 PN 結(jié)，無(wú)論漏源之間加何結(jié)，無(wú)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(2) UDS = 0(2) UDS = 0，0 UGS 0 UGS UGS(th) )(UGS UGS(th) )導(dǎo)電溝道呈現(xiàn)一

12、個(gè)楔形。導(dǎo)電溝道呈現(xiàn)一個(gè)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(kāi)靠近漏極溝道達(dá)到臨界開(kāi)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(shí)，導(dǎo)逐漸增大時(shí)，導(dǎo)電溝道兩端電壓基本不變，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+BGS

13、DVGGVDD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 3.2.2UDS 對(duì)導(dǎo)電溝道的影響對(duì)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 UGS UGS(th)時(shí)，對(duì)應(yīng)于不同的時(shí)，對(duì)應(yīng)于不同的uGS就有一個(gè)確定就有一個(gè)確定的的iD 。此時(shí)，此時(shí)， 可以把可以把iD近似看成是近似看成是uGS控制的電流源。控制的電流源。3. 特性曲線與

14、電流方程特性曲線與電流方程(a)(a)轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性(b)(b)輸出特性輸出特性UGS UGS(th)UGS UGS(th)時(shí)時(shí)) )三個(gè)區(qū)：可變電阻區(qū)、三個(gè)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)) )、夾斷、夾斷區(qū)。區(qū)。UT 2UTIDOuGS /ViD /mAO圖圖 3.2.3 (a)圖圖 3.2.3 (b)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) 可變可變電阻區(qū)電阻區(qū)夾斷區(qū)。夾斷區(qū)。UGS增加增加3.2.2 N 溝道耗盡型溝道耗盡型 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管P型襯底型襯底N+N+BGSD+制造過(guò)程中預(yù)先在二氧化硅的絕緣層中摻入正離子，制造

15、過(guò)程中預(yù)先在二氧化硅的絕緣層中摻入正離子，這些正離子電場(chǎng)在這些正離子電場(chǎng)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(huì)形成也會(huì)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耗盡型耗盡型 MOS MOS 管的符號(hào)管的符號(hào)SGDB(b)(b)輸出特性輸出特性iD/mAuDS /VO+1VUGS=03 V3 V1 V1 V2 V2 V432151015 20N 溝道

16、耗盡型溝道耗盡型MOSFET三、三、P溝道溝道MOS管管1.P溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管的開(kāi)啟電壓管的開(kāi)啟電壓UGS(th) 0當(dāng)當(dāng)UGS U(BR)GS ，PN 將被擊穿，這種擊穿與電將被擊穿，這種擊穿與電容擊穿的情況類(lèi)似，屬于破壞性擊穿。容擊穿的情況類(lèi)似，屬于破壞性擊穿。1.最大漏極電流最大漏極電流IDM例例1 已知某管子的輸出特性曲線如圖所示。試分析該管是已知某管子的輸出特性曲線如圖所示。試分析該管是什么類(lèi)型的場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型、絕緣柵型、什么類(lèi)型的場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型、絕緣柵型、N溝道、溝道、P溝溝道、增強(qiáng)型、耗盡型）。道、增強(qiáng)型、耗盡型）。分析：分析：N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管，開(kāi)啟電壓管，

17、開(kāi)啟電壓UGS(th) 4V例例2電路如左圖所示，其中管子電路如左圖所示，其中管子T的輸出特性曲線的輸出特性曲線如右圖所示。試分析如右圖所示。試分析ui為為0V、8V和和10V三種情三種情況下況下uo分別為多少伏？分別為多少伏？分析：分析：N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管，開(kāi)啟電壓管，開(kāi)啟電壓UGS(th) 4V解：解：(1) ui為為0V ，即，即uGSui0，管子處于夾斷狀態(tài)，管子處于夾斷狀態(tài)所以所以u(píng)0 VDD 15V(2) uGSui8V時(shí)，從輸出特性曲線可知，管子工作時(shí)，從輸出特性曲線可知，管子工作 在恒流區(qū)，在恒流區(qū)， iD 1mA， u0 uDS VDD - iD RD 10V(3

18、) uGSui10V時(shí)，時(shí)，若工作在恒流區(qū)，若工作在恒流區(qū)， iD 2.2mA。因而。因而u0 15- 2.2*5 4V但是，但是， uGS 10V時(shí)的預(yù)夾斷電壓為時(shí)的預(yù)夾斷電壓為uDS= uGS UT=(10-4)V=6V可見(jiàn)，此時(shí)管子工作在可變電阻區(qū)可見(jiàn)，此時(shí)管子工作在可變電阻區(qū)從輸出特性曲線可得從輸出特性曲線可得uGS 10V時(shí)時(shí)d-s之間的等效電阻之間的等效電阻(D在可變電阻區(qū)，任選一點(diǎn)，如圖在可變電阻區(qū)，任選一點(diǎn)，如圖)KiuRDdsds3)1013(3所以輸出電壓為所以輸出電壓為VVRRRuDDddsds6 . 50+晶體管晶體管場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)造構(gòu)造NPN型、型、PNP型型結(jié)型

19、耗盡型結(jié)型耗盡型 N溝道溝道 P溝道溝道絕緣柵增強(qiáng)型絕緣柵增強(qiáng)型 N溝道溝道 P溝道溝道絕緣柵耗盡型絕緣柵耗盡型 N溝道溝道 P溝道溝道C與與E一般不可倒置使用一般不可倒置使用D與與S有的型號(hào)可倒置使用有的型號(hào)可倒置使用載流子載流子 多子擴(kuò)散少子漂移多子擴(kuò)散少子漂移 多子運(yùn)動(dòng)多子運(yùn)動(dòng)輸入量輸入量 電流輸入電流輸入 電壓輸入電壓輸入控制控制電流控制電流源電流控制電流源CCCS()電壓控制電流源電壓控制電流源VCCS(gm)場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較噪聲噪聲 較大較大 較小較小溫度特性溫度特性 受溫度影響較大受溫度影響較大 較小，可有零溫較小，可有零溫度系數(shù)點(diǎn)度系數(shù)點(diǎn)輸入電阻輸入

20、電阻 幾十到幾千歐姆幾十到幾千歐姆 幾兆歐姆以上幾兆歐姆以上靜電影響靜電影響 不受靜電影響不受靜電影響 易受靜電影響易受靜電影響集成工藝集成工藝 不易大規(guī)模集成不易大規(guī)模集成 適宜大規(guī)模和適宜大規(guī)模和超大規(guī)模集成超大規(guī)模集成晶體管晶體管場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管1. 分類(lèi)分類(lèi)按導(dǎo)電溝道分按導(dǎo)電溝道分 N 溝道溝道P 溝道溝道按結(jié)構(gòu)分按結(jié)構(gòu)分 絕緣柵型絕緣柵型(MOS)結(jié)型結(jié)型按特性分按特性分 增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型uGS = 0 時(shí)，時(shí)， iD = 0uGS = 0 時(shí)，時(shí)， iD 0增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型( (耗盡型耗盡型) )2. 特點(diǎn)特點(diǎn)柵源電壓改變溝道寬度從而控制漏極電流柵

21、源電壓改變溝道寬度從而控制漏極電流輸入電阻高，工藝簡(jiǎn)單，易集成輸入電阻高，工藝簡(jiǎn)單，易集成由于由于 FET 無(wú)柵極電流，故采用轉(zhuǎn)移特性和無(wú)柵極電流，故采用轉(zhuǎn)移特性和輸出特性描述輸出特性描述3. 特性特性不同類(lèi)型不同類(lèi)型 FET 的特性比較參見(jiàn)的特性比較參見(jiàn) 圖圖1.4.13 第第 43-44頁(yè)。頁(yè)。第一章第一章 半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件不同類(lèi)型不同類(lèi)型 FET 轉(zhuǎn)移特性比較轉(zhuǎn)移特性比較結(jié)型結(jié)型N 溝道溝道uGS /ViD /mAO增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型MOS 管管( (耗盡型耗盡型) )2GS(th)GSDOD)1( UuIiIDSS開(kāi)啟電壓開(kāi)啟電壓UGS(th)夾斷電壓夾斷電壓UGS(off)

22、2GS(off)GSDSSD)1(UuIi IDO 是是 uGS = 2UGS(th) 時(shí)的時(shí)的 iD 值值3.3場(chǎng)效應(yīng)管放大電路場(chǎng)效應(yīng)管放大電路場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制電流元件，具有高輸入阻抗。場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制電流元件，具有高輸入阻抗。場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的三種接法場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的三種接法（以（以N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管為例）溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管為例）圖3.3.1場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的三種接法（a共源電路（b共漏電路（c共柵電路3.3.1場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置方法場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置方法圖圖 3.3.2基本共源放大電路基本共源放大電路VDD+uOiDT+ uIVGGRGSDGRD與雙極

23、型三極管對(duì)應(yīng)關(guān)系與雙極型三極管對(duì)應(yīng)關(guān)系b G , e S , c D 為了使場(chǎng)效應(yīng)管工作為了使場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)實(shí)現(xiàn)放大作在恒流區(qū)實(shí)現(xiàn)放大作用，應(yīng)滿足：用，應(yīng)滿足：TGSDSTGS UuuUu N 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管組成的放大電路。場(chǎng)效應(yīng)管組成的放大電路。(UT(UT：開(kāi)啟電壓：開(kāi)啟電壓) )一、基本共源放大電路一、基本共源放大電路靜態(tài)分析靜態(tài)分析 UGSQ 、 IDQ UDSQVDD+uOiDT+ uIVGGRGSDGRD圖圖 3.3.2基本共源放大電路基本共源放大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

24、電流管柵極電流為零，當(dāng)為零，當(dāng) uI = 0 時(shí)時(shí)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(shí)的時(shí)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) 圖解法圖解法圖圖 3.3.3圖解法求基本共源放圖解法求基本共源放大電路的大電路的 靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)VDDDDDRVIDQUDSQQ利用式利用式 uDS = VDD - iDRD 畫(huà)出直流負(fù)載線。畫(huà)出直流負(fù)載線。圖中圖中 IDQ、UDSQ 即為

25、靜態(tài)值。即為靜態(tài)值。Q點(diǎn)：點(diǎn)： UGSQ 、IDQ 、UDSQUGSQ =2PGSQDSSDQ)1 (UUIIUDSQ =已知已知UP 或或 UGSOff)VDD- IDQ (Rd + R )- -IDQR可解出可解出Q點(diǎn)的點(diǎn)的UGS Q、 IDQ 、 UDSQ 如知道如知道FET的特性曲線，也可采用圖解法。的特性曲線，也可采用圖解法。二、自給偏壓電路二、自給偏壓電路圖圖3.3.4(a) JFET自給偏壓共源自給偏壓共源電路電路耗盡型耗盡型MOS管自給偏壓共源電路的分析方法相同。管自給偏壓共源電路的分析方法相同。IDQ三、分壓式偏置電路三、分壓式偏置電路圖圖3.3.5分壓式偏置電路分壓式偏置電

26、路+T+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+iUoU( (一一)Q)Q點(diǎn)近似估算法點(diǎn)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 + + 2TGSQDODQSDQDD211GSQ)1(UUIIRIVRRRU解聯(lián)立方程求出解聯(lián)立方程求出 UGSQ 和和 IDQ。列輸出回路方程求列輸出回路方程求 UDSQUDSQ = VDD IDQ(RD + RS)將將IDQ IDQ 代入，求出代入，求出UDSQUDSQ+T+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+iUoU圖圖 3.3.5分壓分壓 式偏置電路式偏置電路( (二二) )圖解法圖解法由式由式SDDD211SDGQGSRi

27、VRRRRiUu + + 可做出一條直線，可做出一條直線，另外，另外，iD 與與 uGS 之間滿之間滿足轉(zhuǎn)移特性曲線的規(guī)律，足轉(zhuǎn)移特性曲線的規(guī)律，二者之間交點(diǎn)為靜態(tài)工二者之間交點(diǎn)為靜態(tài)工作點(diǎn)，確定作點(diǎn)，確定 UGSQ， IDQ 。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(diǎn)確定的交點(diǎn)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 VVDDQID

28、QuGS/ViD/mAO24612QIDQUGSQSGQRUUGQ3.3.2場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析),(DSGSDuufi iD 的全微分為的全微分為DSDSDGSGSDDdddGSDSuuiuuiiUU + + 上式中定義：上式中定義：DSGSDmUuig GSDSDSD1Uuir 場(chǎng)效應(yīng)管的跨導(dǎo)場(chǎng)效應(yīng)管的跨導(dǎo)(毫西門(mén)子毫西門(mén)子 mS)。 場(chǎng)效應(yīng)管漏源之間等效電阻。場(chǎng)效應(yīng)管漏源之間等效電阻。一、場(chǎng)效應(yīng)管的低頻小信號(hào)等效模型一、場(chǎng)效應(yīng)管的低頻小信號(hào)等效模型如果輸入正弦信號(hào)，則可用相量代替上式中的變量。如果輸入正弦信號(hào)，則可用相量代替上式中的變量。成為：成為：根據(jù)上

29、式做等效電路如圖所示。根據(jù)上式做等效電路如圖所示。圖圖 3.3.6MOS管的低頻小信號(hào)等效模型管的低頻小信號(hào)等效模型由于沒(méi)有柵極電流，所以柵源是懸空的。由于沒(méi)有柵極電流，所以柵源是懸空的。sgd是一個(gè)受控源。是一個(gè)受控源。 gsmUg微變參數(shù)微變參數(shù) gm 和和 rDS (1) 根據(jù)定義通過(guò)在特性曲線上作圖方法中求得。根據(jù)定義通過(guò)在特性曲線上作圖方法中求得。(2) (2) 用求導(dǎo)的方法計(jì)算用求導(dǎo)的方法計(jì)算 gmgmDDOTTGSTDOGSDm2)1(2ddiIUUuUIuig 在在 Q 點(diǎn)附近，可用點(diǎn)附近，可用 IDQ 表示上式中表示上式中 iD，那么那么DQDOTm2IIUg 一般一般 gm

30、 約為約為 0.1 至至 20 mS。 rDS 為幾百千歐的數(shù)量級(jí)。為幾百千歐的數(shù)量級(jí)。當(dāng)當(dāng) RD 比比 rDS 小得多時(shí)，可認(rèn)為等效電路的小得多時(shí)，可認(rèn)為等效電路的 rDS 開(kāi)路。開(kāi)路。二、根本二、根本 共源放大電路的動(dòng)態(tài)分析共源放大電路的動(dòng)態(tài)分析VDD+uOiDT+ uIVGGRGSDGRD基本共源放大電路的等效電路基本共源放大電路的等效電路將將 rDS 開(kāi)路開(kāi)路而而所以所以輸出電阻輸出電阻Ro = RDMOS 管輸入電阻高達(dá)管輸入電阻高達(dá) 109 。1.基本共源放大電路動(dòng)態(tài)分析基本共源放大電路動(dòng)態(tài)分析2.分壓式偏置電路的動(dòng)態(tài)分析分壓式偏置電路的動(dòng)態(tài)分析等效電路入圖所示等效電路入圖所示由圖可知由圖可知LDD/ RRR 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)輸入、輸出電阻分別為輸入、輸出電阻分別為 )/(21GiRRRR+Do RR +T+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+iUoU三、基本共漏放大電路三、基本共漏放大電路源極輸出器或源極跟隨器源極輸出器或源極跟隨器圖圖 3.3.9基本共漏放大電路基本共漏放大電路典型電路如右圖所示。典型電路如右圖所示。+VT+SDGR2VDD+RLRSR1C1C2+iUOU RG1.靜態(tài)分析靜態(tài)分析分析方法與分析方法與“分壓分壓-自偏自偏壓式共源電路類(lèi)似，壓式共源電路類(lèi)似，可采用估算法和圖