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，共45頁。5.3 結(jié)型場效應管結(jié)型場效應管(JFET)5.1 金屬金屬(jnsh)-氧化物氧化物-半導體半導體(MOS)場效場效應管應管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-半導體場效應管半導體場效應管第1頁/共45頁第二頁，共45頁。q 掌握場效應管的直流偏置電路掌握場效應管的直流偏置電路(dinl)及分析；及分析；q 場效應管放大器的微變等效電路場效應管放大器的微變等效電路(dinl)分析法。分析法。第2頁/共45頁第三頁，共45頁。N溝道溝道(u do)P溝

2、道溝道(u do)增強型增強型耗盡耗盡(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場效應管場效應管JFET結(jié)型結(jié)型MOSFET絕緣柵型絕緣柵型(IGFET)場效應管分類：場效應管分類：第3頁/共45頁第四頁，共45頁。5.1 金屬金屬(jnsh)氧化物半氧化物半導體導體 （MOS）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，其溝道之分，其中每一類又可分為中每一類又可分為(fn wi)(fn wi)增強型和耗盡型兩增強型和耗盡型兩種。種。耗盡型：當耗盡型：當vGS0時，存在導電溝道時，存在

3、導電溝道(u do)，iD0。增強型：當增強型：當vGS0時，沒有導電溝道時，沒有導電溝道(u do)，iD0。第4頁/共45頁第五頁，共45頁。5.1.1 N溝道溝道(u do)增強型增強型MOSFET1 1結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(jigu)(jigu)PNNGSDP型基底型基底(j d)兩個兩個N區(qū)區(qū)SiO2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第5頁/共45頁第六頁，共45頁。N 溝道溝道(u do)耗盡型耗盡型PNNGSD予埋了導予埋了導電電(dodin)(dodin)溝道溝道 GSD第6頁/共45頁第七頁，共45頁。NPPGSDGSDP 溝道溝道(u do)增增強型強

4、型第7頁/共45頁第八頁，共45頁。P 溝道溝道(u do)耗盡型耗盡型NPPGSDGSD予埋了導予埋了導電電(dodin)(dodin)溝道溝道 第8頁/共45頁第九頁，共45頁。2 2工作工作(gngzu)(gngzu)原理原理JFET是利用是利用PN結(jié)反向電壓對耗盡層厚度的控結(jié)反向電壓對耗盡層厚度的控制，來改變導電溝道制，來改變導電溝道(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，來改變半導體表面感生電荷的多電壓的大小，來改變半導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/共45頁第十頁，共45頁。2 2工作工作(gngzu)(gngzu)原理原理（以（以N 溝道溝道(u do)增強增強型為例）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(jié)結(jié)ID=0對應對應(duyng)截止區(qū)截止區(qū)第10頁/共45頁第十一頁，共45頁。PNNGSDVDSVGSVGS0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(xiàn)以電子這里出現(xiàn)以電子導電為主的導電為主的N型型導電溝道。導電溝道。感應感應(gnyng)出電子出電子VT稱為稱為(chn wi)開啟電壓開啟電壓第11頁/共45頁第十二頁，共4

6、5頁。VGS較小時，導較小時，導電溝道電溝道(u do)相當于電阻將相當于電阻將D-S連接起來，連接起來，VGS越大此電阻越大此電阻越小。越小。PNNGSDVDSVGS第12頁/共45頁第十三頁，共45頁。PNNGSDVDSVGS當當VDS不太不太大時，導電大時，導電溝道在兩個溝道在兩個(lin )N區(qū)間是均勻區(qū)間是均勻的。的。當當VDS較較大時，靠大時，靠近近D區(qū)的區(qū)的導電導電(dodin)溝道變窄。溝道變窄。第13頁/共45頁第十四頁，共45頁。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，

7、時，靠近靠近(kojn)D端的溝道端的溝道被夾斷，稱為予夾斷。被夾斷，稱為予夾斷。第14頁/共45頁第十五頁，共45頁。3 3特性曲線特性曲線(qxin)(qxin)（增強型（增強型N N溝道溝道MOSMOS管）管）第15頁/共45頁第十六頁，共45頁。輸出特性曲線輸出特性曲線(qxin)3 3特性曲線特性曲線(qxin)(qxin)（增強型（增強型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線性放大區(qū)線性放大區(qū)第16頁/共45頁第十七頁，共45頁。轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性(txng)曲線曲線3 3特性曲線特性曲線(qxin)(qxi

8、n)（增強型（增強型N N溝道溝道MOSMOS管）管）0IDUGSVT在恒流區(qū)（線性放在恒流區(qū)（線性放大大(fngd)區(qū)，即區(qū)，即VGSVT時有：時有：201 PGSDDVvIiID0是是vGS=2VT時的時的iD值。值。第17頁/共45頁第十八頁，共45頁。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/共45頁第十九頁，共45頁。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時就有導電溝道，加反向電壓時就有導電溝道，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)曲線曲線0IDUGSVT第19頁/共45頁第二十頁，共45頁。輸出特性曲線輸出特性曲線(qxin)IDU DS0UGS=0UGS0第20頁/共45頁第二十一頁，共45頁。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 第21頁/共45頁第

10、二十二頁，共45頁。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/共45頁第二十三頁，共45頁。2. 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 第

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

12、)小信號模型：小信號模型：第27頁/共45頁第二十八頁，共45頁。2. 動態(tài)指標動態(tài)指標(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/共45頁第

13、二十九頁，共45頁。 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)小信號模型小信號模型由由ioVV1 例題例題第29頁/共45頁第三十頁，共45頁。（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/共45頁第三十一頁，共45頁。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)對應關(guān)系：對應關(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/共45頁第三十二頁，共45頁。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/共45頁第三十三頁，共45頁。5.3 結(jié)型場效應管結(jié)型場效應管 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的特性曲線及參數(shù)的特性曲線及參數(shù) 第33頁/共45頁第三十四頁，共45頁。 源極，用源極，用S或或s表示表示(biosh)N型導電型導電(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表示表示符號符號符號符號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/共45頁第三十五頁，共45頁。2. 工作工作(gngzu)原理原理 VGS對溝道的控制對溝道的控制(kngzh)作用作用當當VGS0時時（以（以N溝道溝道(u do)JFET為例）為例） 當溝

17、道夾斷時，對應的柵源電壓當溝道夾斷時，對應的柵源電壓VGS稱為稱為夾斷電壓夾斷電壓VP （ 或或VGS(off) ）。）。對于對于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/共45頁第三十六頁，共45頁。2. 工作工作(gngzu)原原理理 VDS對溝道的控制對溝道的控制(kngzh)作用作用當當VGS=0時，時，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。 當當VDS增加到使增加到使VGD=VP 時，在緊靠漏極處出現(xiàn)預夾斷。時，在緊靠漏極處出現(xiàn)預夾斷。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基本不變基本不變第36頁/共45頁第三十七頁，共45頁。2. 工作工作(gngzu)原理原理 VGS和和VDS同時同時(tngsh)作用時作用時當當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對對iD的影響。的影響?；Х从沉藮旁措妷簩βO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。第41頁/共45頁第四十二頁，共45頁。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