第八講--場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路

1、o 主要內(nèi)容nMOS場(chǎng)效應(yīng)管（MOS-FET）n結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）n場(chǎng)效應(yīng)管類(lèi)型判別及參數(shù)n場(chǎng)效應(yīng)管放大電路o 目的與要求n掌握MOS-FET 、 JFET的結(jié)構(gòu)n理解MOS-FET 、 JFET的工作原理n掌握FET類(lèi)型的判別及與BJT區(qū)別n理解場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的組成及應(yīng)用o 重點(diǎn)：nFET類(lèi)型的判別第8講 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路1 金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場(chǎng)效應(yīng)管3 FET的類(lèi)型比較及參數(shù)4 各種放大器件電路性能比較3 MOSFET放大電路第8講 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路2 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）耗盡型增強(qiáng)型P溝道N溝道（耗盡型）FET場(chǎng)效應(yīng)管JFET結(jié)型MOSFET絕緣柵型(IGFET)

2、耗盡型：場(chǎng)效應(yīng)管沒(méi)有加偏置電壓時(shí)，就有導(dǎo)電溝道存在。增強(qiáng)型：場(chǎng)效應(yīng)管沒(méi)有加偏置電壓時(shí)，沒(méi)有導(dǎo)電溝道。場(chǎng)效應(yīng)管的分類(lèi)P溝道N溝道P溝道N溝道Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorMOSFET以N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管為例o結(jié)構(gòu)o工作原理o特性曲線oN溝道耗盡型MOSoP溝道P 型襯底(摻雜濃度低)N+N+用擴(kuò)散的方法制作兩個(gè) N 區(qū)在硅片表面生一層薄 SiO2 絕緣層S D用金屬鋁引出源極 S 和漏極 DG在絕緣層上噴金屬鋁引出柵極 GB耗盡層S 源極 SourceG 柵極 Gate D 漏極 DrainSGDB1、結(jié)構(gòu)通常襯底與源極

3、接在一起使用。垂直短畫(huà)線含義箭頭含義o 剖面圖o 符號(hào)1、結(jié)構(gòu)L ：溝道長(zhǎng)度W ：溝道寬度tox ：絕緣層厚度通常 W L o 結(jié)構(gòu)MOSFET又名絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管，因其柵極與源極、柵極與漏極之間均采用SiO2絕緣層隔離。2、工作原理o vGS對(duì)溝道的控制作用對(duì)溝道的控制作用n vGS =0時(shí)時(shí)無(wú)導(dǎo)電溝道， d、s間加電壓時(shí)，無(wú)電流產(chǎn)生。n 0vGS VT 時(shí)時(shí)產(chǎn)生電場(chǎng)，但未形成導(dǎo)電溝道，d、s間加電壓時(shí)，也無(wú)電流產(chǎn)生。n vGS VT 時(shí)時(shí)形成導(dǎo)電溝道，d、s間加電壓時(shí)，有電流產(chǎn)生。2、工作原理o vDS對(duì)溝道的控制作用對(duì)溝道的控制作用靠近漏極d處的電位升高電場(chǎng)強(qiáng)度減小溝道變薄當(dāng)vGS一定（

4、vGS VT ）時(shí)，vDS ID 溝道電位梯度 整個(gè)溝道呈楔形分布。2、工作原理o vDS對(duì)溝道的控制作用對(duì)溝道的控制作用 當(dāng)vDS增加到使vGD=VT 時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。在預(yù)夾斷處：vGD=vGS-vDS =VT2、工作原理o vDS對(duì)溝道的控制作用對(duì)溝道的控制作用預(yù)夾斷后，vDS 夾斷區(qū)延長(zhǎng)溝道電阻 ID基本不變 vDS一定，vGS變化時(shí)，給定一個(gè)vGS ，就有一條不同的 iD vDS 曲線。2、工作原理o vDS和和vGS同時(shí)作用時(shí)同時(shí)作用時(shí)o工作原理-動(dòng)畫(huà)展示2、工作原理o輸出特性3、特性曲線const.DSDGS)( vvfio截止區(qū)n工作條件：vGSVT，導(dǎo)電溝道尚未形成

5、n特點(diǎn)：0Di 0Gi 與三極管截止區(qū)特點(diǎn)類(lèi)似。o可變電阻區(qū)n工作條件： 溝道預(yù)夾斷前的工作區(qū)域n特點(diǎn)：iD同時(shí)受uDS和uGS的控制。o當(dāng)uGS為常數(shù)時(shí)， uDS增加， iD近似線性增加，表現(xiàn)為一種電阻特性；o當(dāng)uDS為常數(shù)時(shí)， uGS增加，則iD增加，又表現(xiàn)出一種壓控電阻的特性。GSTuUDSGSTuuUo飽和區(qū)（恒流區(qū)或放大區(qū)）n工作條件：n特點(diǎn)： iD只受uGS的控制，而與 uDS近似無(wú)關(guān)。2TGSnD)(VKi vDSTGSnD )(vvVKi 2GSTuUDSGSTuuUo轉(zhuǎn)移特性const.GSDDS)( vvfi3、特性曲線MOS 管的轉(zhuǎn)移特性比BJT輸入特性的線性好。21)(

6、TGSDOD VIivn 利用半導(dǎo)體表面的電場(chǎng)效應(yīng)n 通過(guò)柵源電壓VGS的變化，改變感生電荷的多少，從而建立感生溝道。n 通過(guò)漏源電壓VDS的變化，改變感生溝道的寬窄，從而控制漏極電流IDo 思考題：n其它類(lèi)型FET結(jié)構(gòu)、工作原理、特性曲線 小結(jié)o 工作原理o 特性曲線n 開(kāi)啟電壓： VT 0n 恒流區(qū)條件： vGS VT ，且vDS（vGSVT）4、N溝道耗盡型MOSFET結(jié)構(gòu)和工作原理簡(jiǎn)述（N溝道）二氧化硅絕緣層中摻有大量的正離子 可以在正或負(fù)的柵源電壓下工作，而且基本上無(wú)柵流4、N溝道耗盡型MOSFEToV-I 特性曲線及大信號(hào)特性方程 5、P溝道MOSFET增強(qiáng)型耗盡型SGDBSGDB

7、6、溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)實(shí)際上飽和區(qū)的曲線并不是平坦的)()(DSTGSnDvv 12VKi)()(DSTGSDOvv 112VIL的單位為 m1V 1 . 0 L當(dāng)不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)時(shí)， 0，曲線是平坦的。 修正后二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFET o結(jié)構(gòu)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFET ggRPPdGGVDDVNsGSvDSvDidR耗盡層為了保證場(chǎng)效應(yīng)管工作在放大狀態(tài)，柵極與源極之間的結(jié)處于反向偏置 o工作原理 vGS對(duì)溝道的控制作用對(duì)于N溝道的JFET，VP 0，ID流入管子漏極。 P溝道FET：VDS 0（或vDS0），則該管為N溝道； vGS 0，故為JFET（耗盡型）。 (b) iD0（或vDS0），則該

8、管為P溝道； vGS0（或vDS0），則該管為N溝道； vGS可正、可負(fù)，故為耗盡型MOS管。提示： 場(chǎng)效應(yīng)管工作于恒流區(qū)：（1） N溝道增強(qiáng)型MOS管：VDS0, VGSVGS(th) 0；P溝道反之。 （2） N溝道耗盡型MOS管： VDS0, VGS可正、可負(fù)，也可為0；P溝道反之。 （3） N溝道JFET： VDS0, V GS VT ，否則工作在截止區(qū)。再假設(shè)工作在可變電阻區(qū))(TGSDSVVV 即dDDDDSRIVV DSTGSnD )(vvVKI 2o簡(jiǎn)單的共源極放大電路（N 溝道）假設(shè)工作在飽和區(qū)滿足)(TGSDSVVV 假設(shè)成立，結(jié)果即為所求。解：g2DDg1g240 5V2

9、V6040GSQRVVRR22nGST()(0.2)(2 1) mA0.2mADQIK VVDDDd5(0.2)(15)V2VDSQVVI R例：設(shè)Rg1=60k ，Rg2=40k ，Rd=15k ，220V/mA.n K試計(jì)算電路的靜態(tài)漏極電流IDQ和漏源電壓VDSQ 。VDD=5V， VT=1V，2)(TGSnDVVKI 飽和區(qū)需要驗(yàn)證是否滿足)(TGSDSVVV SGGSVVV )(2dDDDDSRRIVV )(SSSSDDg2g1g2VVVRRR )(SSDVRI o 帶源極電阻的NMOS共源極放大電路2TGSnD)(VKi v2TgsGSQn)(VVK v2gsTGSQn)(v VV

10、K2gsngsTGSQn2TGSQn)(2)(vvKVVKVVK （1）模型的引出DQI gsmvg 2gsnvK 靜態(tài)值（直流）動(dòng)態(tài)值（交流）非線性失真項(xiàng) 當(dāng)，vgs 2(VGSQ- VT )時(shí)，DQDIi gsmvg dDQiI gsmdvgi o 場(chǎng)效應(yīng)管的小信號(hào)模型近似分析時(shí)，可認(rèn)為rds為無(wú)窮大。解：直流分析已求得 0.5mADQI2VGSQV4.75VDSQVV/mA1 V/mA)12(5 . 02 )(2TGSQnm VVKgso 分析舉例so 分析舉例（續(xù)）dgsmoRg vv )1()(mgsgsmgsiRgRg vvvvRgRgAmdmio1 vvvg2g1i/ RRR d

11、oRR )/()/)(dsgsmgsdsgsmiorRgrRgAvvvvvv 1)/(1)/(dsmdsm rRgrRg共漏放大電路o 分析舉例o 分析舉例（續(xù)）g2g1i/RRR mdsmdstto1/ 111grRgrRiR v五、 各種放大器件電路性能比較五、各種放大器件電路性能比較組態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系：CEBJTFETCSCCCDCBCG電壓增益：BJTFETbeLc)/(rRR )/)(1()/()1(LebeLeRRrRR beLc)/(rRR CE：CC：CB：)/(LddsmRRrg )/(1)/(LdsmLdsmRRrgRRrg dsLdLddsm/1)/)(1(rRRRRrg CS：CD：CG：beb/rR輸出電阻：cR )/)(1(/LebebRRrR 1)/(/bebserRRR 1/beerRcRBJTFET輸入電阻：CE：CC：CB：CS：CD：CG：很高很高m1/gR很高很高CE：CC：CB：CS：CD：CG：dds/ Rrmds1/gRrdds/ Rr五、 各種放大器件電路性能比較1. 分類(lèi)按導(dǎo)電溝道分 N 溝道P 溝道按結(jié)構(gòu)分 絕緣柵型(MOS)結(jié)型按特性分 增強(qiáng)型耗盡型uGS = 0 時(shí)，iD = 0uGS = 0 時(shí)，iD 0增強(qiáng)型耗盡型(耗盡型)