章場效應(yīng)管11講

1、3.2 絕緣柵場效應(yīng)三極管MOSFET分為 增強型 N溝道、P溝道 耗盡型 N溝道、P溝道結(jié)構(gòu)示意圖和符號（動畫2-3）1 N溝道增強型MOSFET 工作原理 (動畫2-4）(動畫2-5) 漏極輸出特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線特性曲線 結(jié)構(gòu)示意圖 轉(zhuǎn)移特性曲線 N溝道耗盡型MOSFET的結(jié)構(gòu) 和轉(zhuǎn)移特性曲線 2 N溝道耗盡型MOSFETN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(yīng)管場效應(yīng)管JFET結(jié)型結(jié)型MOSFET絕緣柵型絕緣柵型(IGFET)分類：分類：耗盡型耗盡型：場效應(yīng)管沒有加偏置電壓時，就有導(dǎo)電溝道存在：場效應(yīng)管沒有加偏

2、置電壓時，就有導(dǎo)電溝道存在增強型增強型：場效應(yīng)管沒有加偏置電壓時，沒有導(dǎo)電溝道：場效應(yīng)管沒有加偏置電壓時，沒有導(dǎo)電溝道結(jié)型場效應(yīng)管 N溝道耗盡型P溝道耗盡型 各類場效應(yīng)三極管的特性曲線各類場效應(yīng)三極管的特性曲線 各類場效應(yīng)三極管的特性曲線各類場效應(yīng)三極管的特性曲線絕緣柵場效應(yīng)管N溝道增強型P溝道增強型絕緣柵場效應(yīng)管 N溝道耗盡型P 溝道耗盡型3.3 場效應(yīng)三極管的參數(shù) 開啟電壓VT 開啟電壓是MOS增強型管的參數(shù)，柵源電壓小于開啟電壓的絕對值, 場效應(yīng)管不能導(dǎo)通。 夾斷電壓VP 夾斷電壓是耗盡型FET的參數(shù)，當VGS=VP 時,漏極電流為零。 飽和漏極電流IDSS 耗盡型場效應(yīng)三極管, 當VG

3、S=0時所對應(yīng)的漏極電流。 直流輸入電阻RGS 場效應(yīng)三極管的柵源輸入電阻的典型值，對于結(jié)型場效應(yīng)三極管，反偏時RGS約大于107，對于絕緣柵型場效應(yīng)三極管, RGS約是1091015。 低頻跨導(dǎo)gm 低頻跨導(dǎo)反映了柵壓對漏極電流的控制作用。gm可以在轉(zhuǎn) 移特性曲線上求取，單位是mS(毫西門子)。 最大漏極功耗PDM 最大漏極功耗可由PDM= VDS ID決定，與雙極型三極管的PCM相當。3.4 3.4 雙極型和場效應(yīng)型三極管的比較雙極型和場效應(yīng)型三極管的比較雙極型三極管雙極型三極管 單極型場效應(yīng)管單極型場效應(yīng)管載流子載流子多子擴散少子漂移多子擴散少子漂移 多子漂移多子漂移輸入量輸入量電流輸入

4、電流輸入電壓輸入電壓輸入控制控制電流控制電流源電流控制電流源電壓控制電流源電壓控制電流源輸入電阻輸入電阻幾十到幾千歐幾十到幾千歐幾兆歐以上幾兆歐以上噪聲噪聲較大較大較小較小靜電影響靜電影響不受靜電影響不受靜電影響易受靜電影響易受靜電影響制造工藝制造工藝不宜大規(guī)模集成不宜大規(guī)模集成適宜大規(guī)模和超大規(guī)模適宜大規(guī)模和超大規(guī)模集成集成DSGRVD1VD2 柵極過壓保護電路柵極過壓保護電路 3 33 3 場效應(yīng)三極管放大電路場效應(yīng)三極管放大電路 共源組態(tài)基本放大電路共源組態(tài)基本放大電路 共漏組態(tài)基本放大電路共漏組態(tài)基本放大電路 共柵組態(tài)基本放大電路共柵組態(tài)基本放大電路1 1 靜態(tài)分析靜態(tài)分析(a)自偏壓

5、電路(b)分壓式偏壓電路共源組態(tài)基本放大電路共源組態(tài)基本放大電路 直流偏置電路直流偏置電路 保證管子工作在線性放大區(qū)，輸出信號不失真。保證管子工作在線性放大區(qū)，輸出信號不失真。 1)自自偏壓電路偏壓電路VGS =- IDR 注意：該電路產(chǎn)生負的柵源電壓，所以只能用于需要負柵源電壓的電路。注意：該電路產(chǎn)生負的柵源電壓，所以只能用于需要負柵源電壓的電路。計算計算Q點：點：VGS 、 ID 、UDS2PGSDSSD)1 (VVII已知已知VP ，由，由VGS =- IDR可解出可解出Q點的點的VGS 、 IDVDS =VDD- ID (Rd + R )再求：再求：+gTRdRRgC1C2uouiVD

6、 DCdsID 2)分壓式自分壓式自偏壓電路偏壓電路SGGSVVVRIVRRRDDDg2g1g2 2PGSDSSD)1(UUII 可解出可解出Q點的點的VGS 、 ID 計算計算Q點：點：已知已知VP ，由，由RIVRRRVDDDg2g1g2GS該電路產(chǎn)生的柵源電壓可正該電路產(chǎn)生的柵源電壓可正可負，所以適用于所有的場可負，所以適用于所有的場效應(yīng)管電路。效應(yīng)管電路。VDS =VDD- ID (Rd + R )再求：再求：+gTRdRC12CuouiVD DCdsg1Rg2Rg3R2 2 動態(tài)分析動態(tài)分析 FET小信號模型小信號模型 簡化模型簡化模型(1) FET小信號模型小信號模型其中：其中：g

7、mvgs是壓控電流源，它體現(xiàn)了輸入電壓對輸出電流的控制作用。是壓控電流源，它體現(xiàn)了輸入電壓對輸出電流的控制作用。 gm稱為低頻跨導(dǎo)。稱為低頻跨導(dǎo)。 rds為輸出電阻，類似于雙極型晶體管的為輸出電阻，類似于雙極型晶體管的rce。（2 2）動態(tài)指標）動態(tài)指標電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)輸入電阻輸入電阻輸出電阻輸出電阻 微變等效電路微變等效電路分析：分析：1）畫出共源放大電路的交流小信號等效電路。畫出共源放大電路的交流小信號等效電路。 （2）求電壓放大倍數(shù)）求電壓放大倍數(shù)（3）求輸入電阻）求輸入電阻（4）求輸出電阻）求輸出電阻則則)/(g2g1g3iRRRRdoRR gsiVV)/(LdgsmoRRVg

8、V)/(LdmioVRRgVVA交流參數(shù)歸納如下電壓放大倍數(shù)LmioRgVVAvddsdooo/RrRIVR輸出電阻輸入電阻 Ri=Rg3+(Rg1/Rg2 ) 源極電阻源極電阻R兩端不并聯(lián)旁路電容兩端不并聯(lián)旁路電容C時時由圖可得由圖可得idgmugsuiugsid Rugsgm Rugs（1gm R）ugsuoid R Lgm R L ugs此時電壓放大倍數(shù)此時電壓放大倍數(shù)顯然，當源極電阻顯然，當源極電阻R兩端不并聯(lián)旁路電容兩端不并聯(lián)旁路電容C時，共源放大電路的電壓放時，共源放大電路的電壓放大倍數(shù)變小了。大倍數(shù)變小了。RgRguuAmLmiou1例例 電路如圖所示，其中電路如圖所示，其中Rg

9、1=200k ，Rg2=40k ，Rg3=2M ，Rd=10k ，R=2k ，RL=10k ，VDD=18V，場效應(yīng)管的，場效應(yīng)管的IDSS=5mA，UP=4V。求電路的。求電路的Au、 Ri和和Ro 解：先求場效應(yīng)管的跨導(dǎo)解：先求場效應(yīng)管的跨導(dǎo)gm，為此就要計算其靜態(tài)工作點的柵源電壓，為此就要計算其靜態(tài)工作點的柵源電壓UGS 。把有關(guān)參數(shù)代入相關(guān)公式，可得。把有關(guān)參數(shù)代入相關(guān)公式，可得UGS=32ID解這個方程組，可得解這個方程組，可得UGS1.4V（另一解（另一解UGS=8.2V，小于，小于UP=4V，舍去）。舍去）。24115GSDUI解：解：UGS1.4V可求得跨導(dǎo)可求得跨導(dǎo)mS6 .

10、 144 . 1145212PGSPDSSmUUUIg9 . 126 . 11)10/10(6 . 11RgRguuAmLmiouRiRg3Rg1Rg220.20.042M RoRd10k 共漏組態(tài)基本放大電路 共漏組態(tài)放大電路 共漏放大電路的微變等效電路（2）電壓放大倍數(shù)）電壓放大倍數(shù)（3）輸入電阻）輸入電阻)/(LgsmgsiRRVgVV)/(LgsmoRRVgV1)/(1)/(LmLmioVRRgRRgVVA得得)/(g2g1giRRRR 分析：分析：（1 1）畫）畫交流小信號等效電路。交流小信號等效電路。 由由（4 4）輸出電阻）輸出電阻gsmRVgIIVVgsmo11gRIVR所以所

11、以由圖有由圖有m1/gR gsmVgRV交流參數(shù)歸納如下電壓放大倍數(shù)LmLmio1RgRgVVAvmooo1/gRIVR輸出電阻輸入電阻Ri=Rg+(Rg1/Rg2) 三種接法基本放大電路的比較三種接法基本放大電路的比較三種基本放大電路的比較如下三種基本放大電路的比較如下組態(tài)對應(yīng)關(guān)系組態(tài)對應(yīng)關(guān)系 CE / CB / CC CS / CG / CDbeLLbeLbeL +=CB )1( )(1 =CC =CErRARrRArRAvvv：LmLmLmLm+=CG 1 =CD =CSRgARgRgARgAvvv：電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)三種基本放大電路的比較如下三種基本放大電路的比較如下組態(tài)對應(yīng)關(guān)系

12、組態(tài)對應(yīng)關(guān)系 CE / CB / CCCE / CB / CC CS / CG / CDCS / CG / CD輸入電阻輸入電阻Ri CB: CC:CE:CS：Rg3+ ( Rg1 / Rg2)CD：Rg+ (Rg1 / Rg2 )CG：R/(1/gm)Rrbbe/ / )1 (/LbebRrRRe/rbe/(1+)三種基本放大電路的比較如下三種基本放大電路的比較如下組態(tài)對應(yīng)關(guān)系組態(tài)對應(yīng)關(guān)系 CE / CB / CC CS / CG / CD輸出電阻輸出電阻Ro cs/bbeec CB1+/ CCCERRRrRR：CS： RdCD：R/(1/gm)CG：Rd本章小結(jié)本章小結(jié) 1FET分為分為J

13、FET和和MOSFET兩種，工作時只有一種兩種，工作時只有一種載流子參與導(dǎo)電，因此稱為單極性型晶體管。載流子參與導(dǎo)電，因此稱為單極性型晶體管。FET是一種是一種壓控電流型器件，改變其柵源電壓就可以改變其漏極電流。壓控電流型器件，改變其柵源電壓就可以改變其漏極電流。 2FET放大器的偏置電路與放大器的偏置電路與BJT放大器不同，主要有自放大器不同，主要有自偏壓式和分壓式兩種。偏壓式和分壓式兩種。 3 FET放大電路也有三種組態(tài)：共源、共漏和共柵。放大電路也有三種組態(tài)：共源、共漏和共柵。電路的動態(tài)分析需首先利用電路的動態(tài)分析需首先利用FET的交流模型建立電路的交的交流模型建立電路的交流等效電路，然

14、后再進行計算，求出電壓放大倍數(shù)、輸入流等效電路，然后再進行計算，求出電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等量。電阻、輸出電阻等量。 判斷對錯：判斷對錯：1.1.場效應(yīng)管的輸入電阻較小，但它耗電少，因此場效應(yīng)管的輸入電阻較小，但它耗電少，因此廣泛應(yīng)用于交、直流放大。廣泛應(yīng)用于交、直流放大。( )( )2.2.對于增強型絕緣柵場效應(yīng)管，即使柵對于增強型絕緣柵場效應(yīng)管，即使柵源極間源極間不加電壓，也存在導(dǎo)電溝道。不加電壓，也存在導(dǎo)電溝道。( )( )3.3.對于耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管，不論柵對于耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管，不論柵源電壓源電壓U UGSGS為正，還是為負或零，都能起到控制電流為正，還是為負或零，都能起到控制電流I ID D的作用。的作用。( )( )1. 2. 2. 3.3.例例1：壓控電阻：壓控電阻場效應(yīng)管工作在可變電阻區(qū)時，場效應(yīng)管工作在可變電阻區(qū)時，iD隨隨vDS的增加幾乎成的增加幾乎成線性增大，而增大的比值受線性增大，而增大的比值受vGS控制。所以可看成是受控制。所以可看成是受vGS控制控制的電阻。的電阻。20K