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文檔簡介
1、15 5 場效應管放大電路場效應管放大電路25.3 結型場效應管結型場效應管(JFET)5.1 金屬金屬-氧化物氧化物-半導體半導體(MOS)場效應管場效應管5.2 MOSFET放大電路放大電路5.5 各種放大器件電路性能比較各種放大器件電路性能比較*5.4 砷化鎵金屬砷化鎵金屬-半導體場效應管半導體場效應管3q 掌握場效應管的直流偏置電路及分析;掌握場效應管的直流偏置電路及分析;q 場效應管放大器的微變等效電路分析場效應管放大器的微變等效電路分析法。法。4N溝道溝道P溝道溝道增強型增強型耗盡型耗盡型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場效應管場效應管JFET結型
2、結型MOSFET絕緣柵型絕緣柵型(IGFET)場效應管分類:場效應管分類:55.1 金屬氧化物半導體金屬氧化物半導體 (MOSMOS)場效應管)場效應管MOSFETMOSFET簡稱簡稱MOSMOS管,它有管,它有N N溝道和溝道和P P溝道之分,溝道之分,其中每一類又可分為增強型和耗盡型兩種。其中每一類又可分為增強型和耗盡型兩種。耗盡型:當耗盡型:當vGS0時,存在導電溝道,時,存在導電溝道,iD 0。增強型:當增強型:當vGS0時,沒有導電溝道,時,沒有導電溝道,iD0。65.1.1 N N溝道增強型溝道增強型MOSFETMOSFET1 1結構結構PNNGSDP型基底型基底兩個兩個N區(qū)區(qū)Si
3、O2絕緣層絕緣層導電溝道導電溝道金屬鋁金屬鋁GSDN溝道增強型溝道增強型7N 溝道耗盡型溝道耗盡型PNNGSD予埋了導予埋了導電溝道電溝道 GSD8NPPGSDGSDP 溝道增強型溝道增強型9P 溝道耗盡型溝道耗盡型NPPGSDGSD予埋了導予埋了導電溝道電溝道 102 2工作原理工作原理JFET是利用是利用PN結反向電壓對耗盡層厚度的結反向電壓對耗盡層厚度的控制,來改變導電溝道的寬窄,從而控制漏控制,來改變導電溝道的寬窄,從而控制漏極電流的大小。而極電流的大小。而MOSFET則是利用柵源電則是利用柵源電壓的大小,來改變半導體表面感生電荷的多壓的大小,來改變半導體表面感生電荷的多少,從而控制漏
4、極電流的大小。少,從而控制漏極電流的大小。112 2工作原理工作原理(以(以N 溝道增強型為例)溝道增強型為例)PNNGSDVDSVGSVGS=0時時D-S 間相當于間相當于兩個反接的兩個反接的PN結結ID=0對應截止區(qū)對應截止區(qū)12PNNGSDVDSVGSVGS0時時VGS足夠大時足夠大時(VGSVT)感)感應出足夠多電子,應出足夠多電子,這里出現以電子這里出現以電子導電為主的導電為主的N型型導電溝道。導電溝道。感應出電子感應出電子VT稱為開啟電壓稱為開啟電壓13VGS較小時,導較小時,導電溝道相當于電電溝道相當于電阻將阻將D-S連接起連接起來,來,VGS越大此越大此電阻越小。電阻越小。PN
5、NGSDVDSVGS14PNNGSDVDSVGS當當VDS不太大不太大時,導電溝時,導電溝道在兩個道在兩個N區(qū)區(qū)間是均勻的。間是均勻的。當當VDS較大較大時,靠近時,靠近D區(qū)的導電溝區(qū)的導電溝道變窄。道變窄。15PNNGSDVDSVGS夾斷后,即夾斷后,即使使VDS 繼續(xù)繼續(xù)增加,增加,ID仍仍呈恒流特性呈恒流特性。IDVDS增加,增加,VGD=VT 時,時,靠近靠近D端的溝道被夾斷,端的溝道被夾斷,稱為予夾斷。稱為予夾斷。163 3特性曲線(特性曲線(增強型增強型N溝道溝道MOS管管)17輸出特性曲線輸出特性曲線3 3特性曲線(特性曲線(增強型增強型N溝道溝道MOS管管)可變電可變電阻區(qū)阻區(qū)
6、擊穿區(qū)擊穿區(qū)IDU DS0UGS=5V4V-3V3V-5V線性放線性放大區(qū)大區(qū)18轉移特性曲線轉移特性曲線3 3特性曲線(特性曲線(增強型增強型N溝道溝道MOS管管)0IDUGSVT在恒流區(qū)(線性在恒流區(qū)(線性放大區(qū),即放大區(qū),即VGSVT時有:時有:201 PGSDDVvIiID0是是vGS=2VT時的時的iD值。值。194 4參數參數P P210210表表5.1.15.1.1列出了列出了MOSFETMOSFET的主要參數。的主要參數。205.1.2 N N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFETMOSFET耗盡型的耗盡型的MOS管管UGS=0時就有導電溝道,加反向時就有導電溝道,加反向電壓才能夾斷
7、。電壓才能夾斷。轉移特性曲線轉移特性曲線0IDUGSVT21輸出特性曲線輸出特性曲線IDU DS0UGS=0UGS0225.2 MOSFET放大電路放大電路 直流偏置電路直流偏置電路 靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點 FET小信號模型小信號模型 動態(tài)指標分析動態(tài)指標分析 三種基本放大電路的性能比較三種基本放大電路的性能比較5.2.1 FET的直流偏置及靜態(tài)分析的直流偏置及靜態(tài)分析5.2.2 FET放大電路的小信號模型分析法放大電路的小信號模型分析法 231. 直流偏置電路直流偏置電路5.2.1 FET的直流偏置電路及靜態(tài)分析的直流偏置電路及靜態(tài)分析(1)自)自偏壓電路偏壓電路(2)分壓式自)分壓式自偏壓電
8、路偏壓電路vGSvGSvGSvGSvGSVGS = - IDRSV GSVGVDDg2g1g2VRRR RID 242. 靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點Q點:點: VGS 、 ID 、 VDSvGS =2PGSDSSD)1(VvIi VDS =已知已知VP ,由,由VDD- ID (Rd + R )- iDR可解出可解出Q點的點的VGS 、 ID 、 VDS 255.2.2 FET放大電路的小信號模型分析法放大電路的小信號模型分析法1. FET小信號模型小信號模型 (1)低頻模型)低頻模型26(2)高頻模型)高頻模型1. FET小信號模型小信號模型 272. 動態(tài)指標分析動態(tài)指標分析 (1 1)共源電路
9、及其小信號模型)共源電路及其小信號模型282. 動態(tài)指標分析動態(tài)指標分析 中頻小信號模型:中頻小信號模型:292. 動態(tài)指標分析動態(tài)指標分析 (2)中頻電壓增益)中頻電壓增益(3)輸入電阻)輸入電阻(4)輸出電阻)輸出電阻忽略忽略 rD iVgsVRVggsm )1(mgsRgV oVdgsmRVg mVARgRgmdm1 /iiRR 由輸入輸出回路得由輸入輸出回路得則則giiIVR )/(g2g1g3RRR )/()1(g2g1g3mgsgsRRRRgrr 通常通常則則)/(g2g1g3iRRRR doRR Rgrr)1(mgsgs gsgsgsmgsgsgs)(rVRVgrVV 30 例例
10、5.2.2 共漏極放大電路如圖共漏極放大電路如圖示。試求中頻電壓增益、輸入電阻示。試求中頻電壓增益、輸入電阻和輸出電阻。和輸出電阻。(2)中頻電壓增益)中頻電壓增益(3)輸入電阻)輸入電阻 iVgsV)/(LgsmRRVg )/(1LmgsRRgV oV)/(LgsmRRVg mVA)/(1)/(LmLmRRgRRg 得得)/(g2g1g3iRRRR 解:解: (1 1)中頻小信號模型)中頻小信號模型由由ioVV1 例題例題31(4 4)輸出電阻)輸出電阻 TIRIgsmVg RVT gsVTV oRm11gR 所以所以由圖有由圖有TTIVgsmVg m1/gR 例題例題323. 三種基本放大
11、電路的性能比較三種基本放大電路的性能比較組態(tài)對應關系:組態(tài)對應關系:CEBJTFETCSCCCDCBCGBJTFET電壓增益:電壓增益:beLc)/(rRR )/)(1()/()1(LebeLeRRrRR beLc)/(rRR CE:CC:CB:)/(LdmRRg )/(1)/(LmLmRRgRRg )/(LdmRRgCS:CD:CG:33beb/rR輸出電阻:輸出電阻:cR )/)(1(/LebebRRrR 1)/(/bebserRRR 1/beerRcR3. 三種基本放大電路的性能比較三種基本放大電路的性能比較BJTFET輸入電阻:輸入電阻:CE:CC:CB:CS:CD:CG:)/(g2g
12、1g3RRR m1/gR)/(g2g1g3RRR CE:CC:CB:CS:CD:CG:dRm1/gRdR345.3 結型場效應管結型場效應管 結構結構 工作原理工作原理 輸出特性輸出特性 轉移特性轉移特性 主要參數主要參數 5.3.1 JFET的結構和工作原理的結構和工作原理 5.3.2 JFET的特性曲線及參數的特性曲線及參數 35 源極源極,用用S或或s表示表示N型導電溝道型導電溝道漏極漏極,用用D或或d表示表示 P型區(qū)型區(qū)P型區(qū)型區(qū)柵極柵極,用用G或或g表示表示柵極柵極,用用G或或g表示表示符號符號符號符號5.3.1 JFET的結構和工作原理的結構和工作原理1. 結構結構 362. 工作
13、原理工作原理 VGS對溝道的控制作用對溝道的控制作用當當VGS0時時(以(以N溝道溝道JFET為例)為例) 當溝道夾斷時,對應當溝道夾斷時,對應的柵源電壓的柵源電壓VGS稱為稱為夾斷夾斷電壓電壓VP ( 或或VGS(off) )。)。對于對于N溝道的溝道的JFET,VP 0。PN結反偏結反偏耗盡層加厚耗盡層加厚溝道變窄。溝道變窄。 VGS繼續(xù)減小,溝道繼續(xù)減小,溝道繼續(xù)變窄繼續(xù)變窄372. 工作原理工作原理 VDS對溝道的控制作用對溝道的控制作用當當VGS=0時,時,VDS ID G、D間間PN結的反向電結的反向電壓增加,使靠近漏極處的壓增加,使靠近漏極處的耗盡層加寬,溝道變窄,耗盡層加寬,溝
14、道變窄,從上至下呈楔形分布。從上至下呈楔形分布。 當當VDS增加到使增加到使VGD=VP 時,在緊靠漏極處出現預時,在緊靠漏極處出現預夾斷。夾斷。此時此時VDS 夾斷區(qū)延長夾斷區(qū)延長溝道電阻溝道電阻 ID基本不變基本不變382. 工作原理工作原理 VGS和和VDS同時作用時同時作用時當當VP VGS|V|VP P| |時的漏極電流。時的漏極電流。I IDSSDSS是是JFETJFET所所能輸出的最大電流。能輸出的最大電流。反映了反映了vDS對對iD的影響。的影響。互導反映了柵源電壓對漏極電流的控制能力互導反映了柵源電壓對漏極電流的控制能力。433. 主要參數主要參數 直流輸入電阻直流輸入電阻R
15、GS:在漏源之間短路的條件下,柵源之間加一定電壓時的柵源在漏源之間短路的條件下,柵源之間加一定電壓時的柵源直流電阻就是直流輸入電阻直流電阻就是直流輸入電阻R RGSGS。 最大漏極功耗最大漏極功耗PDM 最大漏源電壓最大漏源電壓V(BR)DS 最大柵源電壓最大柵源電壓V(BR)GS發(fā)生雪崩擊穿、發(fā)生雪崩擊穿、i iD D開始急劇上升時的開始急劇上升時的v vDSDS值。值。指輸入指輸入PNPN結反向電流開始急劇增加時的結反向電流開始急劇增加時的v vGSGS值。值。JFETJFET的耗散功率等于的耗散功率等于v vDSDS與與i iD D的乘積。的乘積。P PDMDM受管子最高工作溫受管子最高工作溫度的限制。度的限制。44 結型場效應管的缺點:結型場效應管的缺點:1. 柵源極間的電阻雖然可達柵源極間的電阻雖然可達107以上,但在以上,但在某些場合仍嫌不夠高。某些場合仍嫌不夠高。3. 柵源極間的柵源極
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