模電課件ch5_FET_Circuits

1、跳轉(zhuǎn)到目錄頁5.1 IGFET5.2 JFET5.3 型號(hào)5.4 FET放大電路5.5 小結(jié)與基本要求The Field-Effect Transistor and Basic FET Amplifiers跳轉(zhuǎn)到目錄頁場效應(yīng)管(FETFETField Effect Transister)1. 結(jié)型JFET (Junction type Field Effect Transister) 2. 絕緣柵型IGFET ( Insulated Gate Field Effect Transister) 也稱金屬氧化物半導(dǎo)體三極管MOSFET （Metal Oxide Semiconductor FET）

2、按結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)分，有兩類特點(diǎn)特點(diǎn)：易集成：易集成(LSIVLSI)，輸入阻抗高，輸入阻抗高Field Effect - VCCS跳轉(zhuǎn)到目錄頁5.1 IGFET5.1 IGFET（ MOSFET ）n5.1.1 結(jié)構(gòu)與符號(hào)n5.1.2 工作原理與特性曲線n5.1.3 主要參數(shù)跳轉(zhuǎn)到目錄頁5.1.1 結(jié)構(gòu)與符號(hào)(Construction and Symbol)MOS管管又又分為兩類： 增強(qiáng)型(Enhancement-mode) 耗盡型(depletion-mode) D(Drain)為漏極，相當(dāng)c G(Gate)為柵極， 相當(dāng)bS(Source)為源極，相當(dāng)e增強(qiáng)型MOS管N溝道溝道（導(dǎo)電通道）（導(dǎo)電

3、通道）N-channel箭頭：PN二、符號(hào)一、結(jié)構(gòu)跳轉(zhuǎn)到目錄頁5.1.2 工作原理 與特性曲線1、轉(zhuǎn)移特性曲線 Transfer Characteristics ID=f(VGS)VDS=const2、輸出特性曲線 Drain Characteristics ID=f(VDS)VGS=constVCCS！一、一、特性曲線特性曲線 Characteristics跳轉(zhuǎn)到目錄頁二、工作原理二、工作原理 OperationThreshold voltage（開啟電壓開啟電壓)反型層反型層(Inversion layer)VGS控制控制溝道寬窄溝道寬窄1、開啟、開啟(turn on)溝道溝道0V +寬寬

4、窄窄VGS=VT增強(qiáng)型MOS管跳轉(zhuǎn)到目錄頁 2 2溝道變形溝道變形預(yù)夾斷pinch-off楔形楔形溝道0+電位梯度電位梯度VDS控制溝道形狀跳轉(zhuǎn)到目錄頁三區(qū)：三區(qū)：可變電阻區(qū)(resistive region) 飽和區(qū)恒流區(qū)（constant current region）放大區(qū)夾斷區(qū)（cutoff rigion） 截止區(qū)輸出特性曲線ID=f(VDS)VGS=constVCCS！形成原因：跳轉(zhuǎn)到目錄頁 另：N溝道耗盡型MOSFET(a) 結(jié)構(gòu)和符號(hào) (b) 轉(zhuǎn)移特性曲線P溝道 N溝道PNP NPN跳轉(zhuǎn)到目錄頁5.1.3 主要參數(shù)(1) (1) 直流參數(shù)直流參數(shù) VT開啟電壓 增強(qiáng)型 IDSS飽

5、和漏極電流 耗盡型 VGS=0（shorted)時(shí) 所對(duì)應(yīng)的ID RGS輸入電阻 約10910150IVVDTGS時(shí)，跳轉(zhuǎn)到目錄頁 gm 低頻跨導(dǎo)transconductancen反映VGS對(duì)ID的控制作用(VCCS)n gm=ID/VGSVDS=const (mS) (毫西門子)(3) (3) 安全參數(shù)安全參數(shù) UBRXX反向擊穿電壓 XX：GS、DS PDM最大漏極功耗 由PDM= VDS ID決定 (2) (2) 交流參數(shù)交流參數(shù)gm可以在轉(zhuǎn) 移特性曲線上求取，即曲線的斜率跳轉(zhuǎn)到目錄頁5.2 JFET5.2 JFETn4.2.1 結(jié)構(gòu)與符號(hào)n4.2.2 工作原理與特性曲線n4.2.3 主

6、要參數(shù)跳轉(zhuǎn)到目錄頁5.2.1 結(jié)構(gòu)與符號(hào) JFET分為： N溝道 P溝道 箭頭：PN跳轉(zhuǎn)到目錄頁一、工作原理 2 2VDS控制控制溝道形狀溝道形狀PN結(jié)反偏!5.2.2 工作原理與特性曲線(a) 漏極輸出特性曲線 (b) 轉(zhuǎn)移特性曲線二、二、特性曲線特性曲線1VGS控制控制溝道寬窄ID= IDSS1(VGS /VP)2跳轉(zhuǎn)到目錄頁 1VGS控制控制溝道寬窄（夾斷電壓夾斷電壓)0V -窄寬VGS=VP跳轉(zhuǎn)到目錄頁 2 2VDS控制控制溝道形狀溝道形狀預(yù)夾斷楔形楔形溝道0+電位梯度電位梯度跳轉(zhuǎn)到目錄頁5.2.3 主要參數(shù)VP夾斷(pinch off)電壓 耗盡型FET的參數(shù)，當(dāng)VGS=VP 時(shí),

7、ID =0 RGS輸入電阻 RGS約大于107與與IGFETIGFET不同的參數(shù)不同的參數(shù)跳轉(zhuǎn)到目錄頁各類各類FET直流偏置直流偏置規(guī)律：規(guī)律：Page 237各類場效應(yīng)三極管的特性曲線比較表比較表(P237(P237）絕緣柵場效應(yīng)管N溝道增強(qiáng)型P溝道增強(qiáng)型絕緣柵場效應(yīng)管 N溝道耗盡型P 溝道耗盡型結(jié)型場效應(yīng)管 N溝道耗盡型P溝道耗盡型跳轉(zhuǎn)到目錄頁 現(xiàn)行兩種兩種命名方法： 一、與三極管相同 第三位字母J代表JFET，O代表IGFET； 第二位字母代表材料： D是P型硅N溝道；C是N型硅P溝道 例如, 3DJ6D是結(jié)型N溝道場效應(yīng)三極管， 3DO6C是絕緣柵型N溝道場效應(yīng)三極管。 二、CS# C

8、S代表場效應(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。5.3 型號(hào)跳轉(zhuǎn)到目錄頁幾種常用的場效應(yīng)三極管的主要參數(shù)見表02.02。 表02.02 場效應(yīng)三極管的參數(shù) 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 跳轉(zhuǎn)到目錄頁5.1.5 雙極型和場效應(yīng)

9、型三極管的比較 雙極型三極管 場效應(yīng)管(單極型三極管)結(jié)構(gòu) NPN型 結(jié)型耗盡型 N溝道 P溝道 PNP型 絕緣柵增強(qiáng)型 N溝道 P溝道 絕緣柵耗盡型 N溝道 P溝道 C與E一般不可倒置使用 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CCCS() 電壓控制電流源VCCS(gm)跳轉(zhuǎn)到目錄頁 雙極型三極管 場效應(yīng)三極管噪聲 較大 較小溫度特性 受溫度影響較大 較小，可有零溫度系數(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)模集成跳轉(zhuǎn)到目錄頁5.4 FET放大電

10、路放大電路Basic FET Amplifiers5.4.1 5.4.1 共源共源( (Common Source) )放大電路放大電路5.4.2 5.4.2 共漏共漏( (Common Drain) )放大電路放大電路5.4.3 5.4.3 三種組態(tài)放大電路比較三種組態(tài)放大電路比較跳轉(zhuǎn)到目錄頁雙極型三極管雙極型三極管 場效應(yīng)三極管場效應(yīng)三極管 兩點(diǎn)不同：兩點(diǎn)不同： CCCS VCCS受控源類型受控源類型 偏置電路偏置電路 跳轉(zhuǎn)到目錄頁5.4.15.4.1共源放大電路共源放大電路共源共源 共射共射靜、靜、動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)分分析！析！跳轉(zhuǎn)到目錄頁(1)(1)靜態(tài)分析靜態(tài)分析 （DC Analysis）

11、計(jì)算（計(jì)算（Q Q：VGS、ID、VDS） 據(jù)圖可寫出下列方程：據(jù)圖可寫出下列方程： 自自偏壓電路Self-biasingVGS= VGVS= ID RID= IDSS1(VGS /VP)2VDS= VDDID (Rd+R)跳轉(zhuǎn)到目錄頁(2)(2)交流分析（交流分析（AC Analysis）電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù) 輸入電阻輸入電阻 .i.iiIVR 輸出電阻輸出電阻dRiovVVAgsLdgsmV)R/R(VgLmRgLdLR/RRgR0sV,RoooL IVRmbegr跳轉(zhuǎn)到目錄頁5.4.2 5.4.2 共漏放大電路共漏放大電路分壓式分壓式直流偏置電路Voltage Divider Bia

12、sing共漏共漏共集共集(1)(1)靜態(tài)分析靜態(tài)分析 VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2) VGS= VGVS= VGIDR ID= IDSS1(VGS /VP)2 VDS= VDDIDR跳轉(zhuǎn)到目錄頁iovVVA(2)(2)交流分析交流分析電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)輸入電阻輸入電阻)/(g2g1giRRRR)R/R(VgV)R/R(VgLgsmgsLgsm)R/RR(Rg1RgLLLmLm跳轉(zhuǎn)到目錄頁 輸出電阻輸出電阻gsmooVgRV IgsoVV0sV,RoooL IVRmooog1/R IVRmooog1VRV I跳轉(zhuǎn)到目錄頁5.4.3 5.4.3 三種組態(tài)放大電路比較三種組態(tài)放大電路比

13、較動(dòng)態(tài)性能比較表動(dòng)態(tài)性能比較表: :mbegr跳轉(zhuǎn)到目錄頁CE / CB / CCCE / CB / CC CS / CG / CDCS / CG / CDRi CS：Rg1 / Rg2CD：Rg+ (Rg1 / Rg2 )CG：R/(1/gm)/(1Re/r:CB R)1 (r/R:CCr/R:CEbeLbebbebRo cs/bbeecR CB1RR+r/R CCRCE：CS：RdCD：R/(1/gm)CG：RdbeLvLbeLvbeLvrRA:CBR)1 (rR)1 (A:CCrRA:CELmvLmLmvLmvRgA:CGRg1RgA:CDRgA:CSvA跳轉(zhuǎn)到目錄頁 *器件器件：場效應(yīng)管(FET) 是單極型晶體管一、分類：一、分類： 1.從參與導(dǎo)電的載流子劃分 2. 從結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)劃分N溝道 JFETP溝道 IGFET （