模電課件第5章PPT教案

1、模電課件第模電課件第5章章第一頁(yè)，共45頁(yè)。5.3 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(JFET)5.1 金屬金屬(jnsh)-氧化物氧化物-半導(dǎo)體半導(dǎo)體(MOS)場(chǎng)效場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)管5.2 MOSFET放大放大(fngd)電路電路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(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管第1頁(yè)/共45頁(yè)第二頁(yè)，共45頁(yè)。q 掌握?qǐng)鲂?yīng)管的直流偏置電路掌握?qǐng)鲂?yīng)管的直流偏置電路(dinl)及分析；及分析；q 場(chǎng)效應(yīng)管放大器的微變等效電路場(chǎng)效應(yīng)管放大器的微變等效電路(dinl)分析法。分析法。第2頁(yè)/共45頁(yè)第三頁(yè)，共45頁(yè)。N溝道溝道(u do)P溝

2、道溝道(u do)增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡耗盡(ho jn)型型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)：第3頁(yè)/共45頁(yè)第四頁(yè)，共45頁(yè)。5.1 金屬金屬(jnsh)氧化物半氧化物半導(dǎo)體導(dǎo)體 （MOS）場(chǎng)效應(yīng)管）場(chǎng)效應(yīng)管MOSFETMOSFET簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)MOSMOS管，它有管，它有N N溝道和溝道和P P溝道之分，其溝道之分，其中每一類(lèi)又可分為中每一類(lèi)又可分為(fn wi)(fn wi)增強(qiáng)型和耗盡型兩增強(qiáng)型和耗盡型兩種。種。耗盡型：當(dāng)耗盡型：當(dāng)vGS0時(shí)，存在導(dǎo)電溝道時(shí)，存在

3、導(dǎo)電溝道(u do)，iD0。增強(qiáng)型：當(dāng)增強(qiáng)型：當(dāng)vGS0時(shí)，沒(méi)有導(dǎo)電溝道時(shí)，沒(méi)有導(dǎo)電溝道(u do)，iD0。第4頁(yè)/共45頁(yè)第五頁(yè)，共45頁(yè)。5.1.1 N溝道溝道(u do)增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOSFET1 1結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(jigu)(jigu)PNNGSDP型基底型基底(j d)兩個(gè)兩個(gè)N區(qū)區(qū)SiO2絕緣層絕緣層導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道金屬鋁金屬鋁GSDN溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型第5頁(yè)/共45頁(yè)第六頁(yè)，共45頁(yè)。N 溝道溝道(u do)耗盡型耗盡型PNNGSD予埋了導(dǎo)予埋了導(dǎo)電電(dodin)(dodin)溝道溝道 GSD第6頁(yè)/共45頁(yè)第七頁(yè)，共45頁(yè)。NPPGSDGSDP 溝道溝道(u do)增增強(qiáng)型強(qiáng)

4、型第7頁(yè)/共45頁(yè)第八頁(yè)，共45頁(yè)。P 溝道溝道(u do)耗盡型耗盡型NPPGSDGSD予埋了導(dǎo)予埋了導(dǎo)電電(dodin)(dodin)溝道溝道 第8頁(yè)/共45頁(yè)第九頁(yè)，共45頁(yè)。2 2工作工作(gngzu)(gngzu)原理原理JFET是利用是利用PN結(jié)反向電壓對(duì)耗盡層厚度的控結(jié)反向電壓對(duì)耗盡層厚度的控制，來(lái)改變導(dǎo)電溝道制，來(lái)改變導(dǎo)電溝道(u do)的寬窄，從而控的寬窄，從而控制漏極電流的大小。而制漏極電流的大小。而MOSFET則是利用柵源則是利用柵源電壓的大小，來(lái)改變半導(dǎo)體表面感生電荷的多電壓的大小，來(lái)改變半導(dǎo)體表面感生電荷的多少，從而控制漏極電流的大小。少，從而控制漏極電流的大小。第9

5、頁(yè)/共45頁(yè)第十頁(yè)，共45頁(yè)。2 2工作工作(gngzu)(gngzu)原理原理（以（以N 溝道溝道(u do)增強(qiáng)增強(qiáng)型為例）型為例）PNNGSDVDSVGSVGS=0時(shí)時(shí)D-S 間相當(dāng)于間相當(dāng)于兩個(gè)反接的兩個(gè)反接的PN結(jié)結(jié)ID=0對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)(duyng)截止區(qū)截止區(qū)第10頁(yè)/共45頁(yè)第十一頁(yè)，共45頁(yè)。PNNGSDVDSVGSVGS0時(shí)時(shí)VGS足夠大時(shí)足夠大時(shí)（VGSVT）感）感應(yīng)出足夠多電子，應(yīng)出足夠多電子，這里出現(xiàn)以電子這里出現(xiàn)以電子導(dǎo)電為主的導(dǎo)電為主的N型型導(dǎo)電溝道。導(dǎo)電溝道。感應(yīng)感應(yīng)(gnyng)出電子出電子VT稱(chēng)為稱(chēng)為(chn wi)開(kāi)啟電壓開(kāi)啟電壓第11頁(yè)/共45頁(yè)第十二頁(yè)，共4

6、5頁(yè)。VGS較小時(shí)，導(dǎo)較小時(shí)，導(dǎo)電溝道電溝道(u do)相當(dāng)于電阻將相當(dāng)于電阻將D-S連接起來(lái)，連接起來(lái)，VGS越大此電阻越大此電阻越小。越小。PNNGSDVDSVGS第12頁(yè)/共45頁(yè)第十三頁(yè)，共45頁(yè)。PNNGSDVDSVGS當(dāng)當(dāng)VDS不太不太大時(shí)，導(dǎo)電大時(shí)，導(dǎo)電溝道在兩個(gè)溝道在兩個(gè)(lin )N區(qū)間是均勻區(qū)間是均勻的。的。當(dāng)當(dāng)VDS較較大時(shí)，靠大時(shí)，靠近近D區(qū)的區(qū)的導(dǎo)電導(dǎo)電(dodin)溝道變窄。溝道變窄。第13頁(yè)/共45頁(yè)第十四頁(yè)，共45頁(yè)。PNNGSDVDSVGS夾斷后，即夾斷后，即使使VDS 繼續(xù)繼續(xù)增加，增加，ID仍呈仍呈恒流特性恒流特性。IDVDS增加，增加，VGD=VT 時(shí)，

7、時(shí)，靠近靠近(kojn)D端的溝道端的溝道被夾斷，稱(chēng)為予夾斷。被夾斷，稱(chēng)為予夾斷。第14頁(yè)/共45頁(yè)第十五頁(yè)，共45頁(yè)。3 3特性曲線(xiàn)特性曲線(xiàn)(qxin)(qxin)（增強(qiáng)型（增強(qiáng)型N N溝道溝道MOSMOS管）管）第15頁(yè)/共45頁(yè)第十六頁(yè)，共45頁(yè)。輸出特性曲線(xiàn)輸出特性曲線(xiàn)(qxin)3 3特性曲線(xiàn)特性曲線(xiàn)(qxin)(qxin)（增強(qiáng)型（增強(qiáng)型N N溝道溝道MOSMOS管）管）可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)擊穿區(qū)擊穿區(qū)IDU DS0UGS=5V4V-3V3V-5V線(xiàn)性放大區(qū)線(xiàn)性放大區(qū)第16頁(yè)/共45頁(yè)第十七頁(yè)，共45頁(yè)。轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性(txng)曲線(xiàn)曲線(xiàn)3 3特性曲線(xiàn)特性曲線(xiàn)(qxin)(qxi

8、n)（增強(qiáng)型（增強(qiáng)型N N溝道溝道MOSMOS管）管）0IDUGSVT在恒流區(qū)（線(xiàn)性放在恒流區(qū)（線(xiàn)性放大大(fngd)區(qū)，即區(qū)，即VGSVT時(shí)有：時(shí)有：201 PGSDDVvIiID0是是vGS=2VT時(shí)的時(shí)的iD值。值。第17頁(yè)/共45頁(yè)第十八頁(yè)，共45頁(yè)。4 4參數(shù)參數(shù)(cnsh)(cnsh)P P210210表表5.1.15.1.1列出了列出了MOSFETMOSFET的主要參數(shù)。的主要參數(shù)。第18頁(yè)/共45頁(yè)第十九頁(yè)，共45頁(yè)。5.1.2 N溝道溝道(u do)耗盡型耗盡型MOSFET耗盡型的耗盡型的MOS管管UGS=0時(shí)就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓時(shí)就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓才能才能(cin

9、ng)夾斷。夾斷。轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性(txng)曲線(xiàn)曲線(xiàn)0IDUGSVT第19頁(yè)/共45頁(yè)第二十頁(yè)，共45頁(yè)。輸出特性曲線(xiàn)輸出特性曲線(xiàn)(qxin)IDU DS0UGS=0UGS0第20頁(yè)/共45頁(yè)第二十一頁(yè)，共45頁(yè)。5.2 MOSFET放大放大(fngd)電路電路 直流偏置直流偏置(pin zh)電路電路 靜態(tài)靜態(tài)(jngti)工工作點(diǎn)作點(diǎn) FET小信號(hào)模型小信號(hào)模型 動(dòng)態(tài)指標(biāo)分析動(dòng)態(tài)指標(biāo)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(hào)模型分析法放大電路的小信號(hào)模型分析法 第21頁(yè)/共45頁(yè)第

10、二十二頁(yè)，共45頁(yè)。1. 直流偏置直流偏置(pin zh)電路電路5.2.1 FET的直流偏置電路及靜態(tài)的直流偏置電路及靜態(tài)(jngti)分分析析（1）自偏壓）自偏壓(pin y)電路電路（2）分壓式自）分壓式自偏壓電路偏壓電路vGSvGSvGSvGSvGSVGS =- IDRSV GSVGVDDg2g1g2VRRR RID 第22頁(yè)/共45頁(yè)第二十三頁(yè)，共45頁(yè)。2. 靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)Q點(diǎn)：點(diǎn)：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(diǎn)的點(diǎn)的VGS 、 ID 、 VDS 第

11、23頁(yè)/共45頁(yè)第二十四頁(yè)，共45頁(yè)。5.2.2 FET放大放大(fngd)電路的小信號(hào)模型電路的小信號(hào)模型分析法分析法1. FET小信號(hào)小信號(hào)(xnho)模型模型 （1）低頻）低頻(dpn)模型模型第24頁(yè)/共45頁(yè)第二十五頁(yè)，共45頁(yè)。（2）高頻）高頻(o pn)模型模型1. FET小信號(hào)模型小信號(hào)模型 第25頁(yè)/共45頁(yè)第二十六頁(yè)，共45頁(yè)。2. 動(dòng)態(tài)指標(biāo)動(dòng)態(tài)指標(biāo)(zhbio)分析分析 （1 1）共源電路及其小信號(hào)）共源電路及其小信號(hào)(xnho)(xnho)模型模型第26頁(yè)/共45頁(yè)第二十七頁(yè)，共45頁(yè)。2. 動(dòng)態(tài)指標(biāo)動(dòng)態(tài)指標(biāo)(zhbio)分析分析 中頻中頻(zhngpn)(zhngpn

12、)小信號(hào)模型：小信號(hào)模型：第27頁(yè)/共45頁(yè)第二十八頁(yè)，共45頁(yè)。2. 動(dòng)態(tài)指標(biāo)動(dòng)態(tài)指標(biāo)(zhbio)分析分析 （2）中頻電壓）中頻電壓(diny)增益增益（3）輸入電阻）輸入電阻（4）輸出電阻）輸出電阻忽略忽略(hl) 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 第28頁(yè)/共45頁(yè)第

13、二十九頁(yè)，共45頁(yè)。 例例5.2.2 共漏極放大電路如圖示。試求中頻共漏極放大電路如圖示。試求中頻(zhngpn)電壓增益、輸入電阻和輸出電阻。電壓增益、輸入電阻和輸出電阻。（2）中頻電壓）中頻電壓(diny)增益增益（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）中頻(zhngpn)(zhngpn)小信號(hào)模型小信號(hào)模型由由ioVV1 例題例題第29頁(yè)/共45頁(yè)第三十頁(yè)，共45頁(yè)。（4 4）輸出電阻）輸出電阻 TIRIgsmVg

14、RVT gsVTV oRm11gR 所以所以(suy)由圖有由圖有TTIVgsmVg m1/gR 例題例題(lt)第30頁(yè)/共45頁(yè)第三十一頁(yè)，共45頁(yè)。3. 三種基本放大三種基本放大(fngd)電路的性能電路的性能比較比較組態(tài)組態(tài)(z ti)(z ti)對(duì)應(yīng)關(guān)系：對(duì)應(yīng)關(guān)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：第31頁(yè)/共45頁(yè)第三十二頁(yè)，共45頁(yè)。beb/rR輸

15、出電阻：輸出電阻：cR )/)(1(/LebebRRrR 1)/(/bebserRRR 1/beerRcR3. 三種基本三種基本(jbn)放大電路的性能放大電路的性能比較比較BJTFET輸入電阻：輸入電阻：CE：CC：CB：CS：CD：CG：)/(g2g1g3RRR m1/gR)/(g2g1g3RRR CE：CC：CB：CS：CD：CG：dRm1/gRdR第32頁(yè)/共45頁(yè)第三十三頁(yè)，共45頁(yè)。5.3 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(jigu) 工作工作(gngzu)原理原理 輸出特性輸出特性 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移(zhuny)特性特性 主要參數(shù)主要參數(shù) 5.3.1 JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工

16、作原理 5.3.2 JFET的特性曲線(xiàn)及參數(shù)的特性曲線(xiàn)及參數(shù) 第33頁(yè)/共45頁(yè)第三十四頁(yè)，共45頁(yè)。 源極，用源極，用S或或s表示表示(biosh)N型導(dǎo)電型導(dǎo)電(dodin)溝道溝道漏極，用漏極，用D或或d表示表示(biosh) 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(hào)符號(hào)符號(hào)符號(hào)5.3.1 JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 第34頁(yè)/共45頁(yè)第三十五頁(yè)，共45頁(yè)。2. 工作工作(gngzu)原理原理 VGS對(duì)溝道的控制對(duì)溝道的控制(kngzh)作用作用當(dāng)當(dāng)VGS0時(shí)時(shí)（以（以N溝道溝道(u do)JFET為例）為例） 當(dāng)溝

17、道夾斷時(shí)，對(duì)應(yīng)的柵源電壓當(dāng)溝道夾斷時(shí)，對(duì)應(yīng)的柵源電壓VGS稱(chēng)為稱(chēng)為夾斷電壓夾斷電壓VP （ 或或VGS(off) ）。）。對(duì)于對(duì)于N溝道的溝道的JFET，VP 0。PN結(jié)反偏結(jié)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)變窄繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄第35頁(yè)/共45頁(yè)第三十六頁(yè)，共45頁(yè)。2. 工作工作(gngzu)原原理理 VDS對(duì)溝道的控制對(duì)溝道的控制(kngzh)作用作用當(dāng)當(dāng)VGS=0時(shí)，時(shí)，VDS ID G、D間間PN結(jié)的反向結(jié)的反向(fn xin)電壓增加，使靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道變窄，從上至下呈楔形分布。電壓增加，使靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道變窄，從上

18、至下呈楔形分布。 當(dāng)當(dāng)VDS增加到使增加到使VGD=VP 時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。此時(shí)此時(shí)VDS 夾斷區(qū)延長(zhǎng)夾斷區(qū)延長(zhǎng)溝道電阻溝道電阻 ID基本不變基本不變第36頁(yè)/共45頁(yè)第三十七頁(yè)，共45頁(yè)。2. 工作工作(gngzu)原理原理 VGS和和VDS同時(shí)同時(shí)(tngsh)作用時(shí)作用時(shí)當(dāng)當(dāng)VP VGS|V|VP P| |時(shí)的漏極電流。時(shí)的漏極電流。I IDSSDSS是是JFETJFET所能輸出的最大電流。所能輸出的最大電流。反映了反映了vDS對(duì)對(duì)iD的影響。的影響。互導(dǎo)反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制能力互導(dǎo)反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制能力。第41頁(yè)/共45頁(yè)第四十二頁(yè)，共45頁(yè)。3. 主要參數(shù)主要參數(shù) 直流輸入電阻直流輸入電阻RGS：在漏源之間短路在漏源之間短路(dunl)(dunl)的條件下，柵源之間加一定電壓時(shí)的柵源直流電阻就是直流輸入電阻的條件下，柵源之間加一定電壓時(shí)的柵源直流電阻就是直流輸入電阻RGSRGS。 最大漏極功耗最大漏極功耗(n ho)PDM 最大漏源電壓最大漏源電壓(diny)V(BR)DS 最大柵源電壓最大柵源電壓V