場(chǎng)效應(yīng)管放大電路模板

1、場(chǎng)效應(yīng)管放大電路模板第1頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二2. 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（1）結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)（如圖所示） 源極S漏極D柵極G符號(hào)P型區(qū)N型導(dǎo)電溝道圖第2頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二（2）結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理（如圖所示）HomeNextBack vDS=0時(shí)， vGS 對(duì)溝道的控制作用 當(dāng)vGS0時(shí)， PN結(jié)反偏，| vGS |耗盡層加厚溝道變窄。 vGS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄，當(dāng)溝道夾斷時(shí)，對(duì)應(yīng)的柵源電壓vGS稱(chēng)為夾斷電壓VP （ 或VGS(off) ）。對(duì)于N溝道的JFET，VP 0。 vGS=(VGS(off)0) 的某一固定

2、值時(shí)，vDS對(duì)溝道的控制作用 當(dāng)vDS=0時(shí)，iD=0；vDS iD ，同時(shí)G、D間PN結(jié)的反向電壓增加，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。當(dāng)vDS增加到使vGD=VP 時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。此時(shí)vDS 夾斷區(qū)延長(zhǎng)溝道電阻 iD基本不變，表現(xiàn)出恒流特性。第3頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二 當(dāng)vGD VGS(off)時(shí)，vGS對(duì)iD的控制作用 當(dāng)vGD = vGS - vDS vGS - VGS(off) 0，導(dǎo)電溝道夾斷， iD 不隨vDS 變化 ； 但vGS 越小，即|vGS| 越大，溝道電阻越大，對(duì)同樣的vDS ， iD 的值越小。所

3、以，此時(shí)可以通過(guò)改變vGS 控制iD 的大小， iD與vDS 幾乎無(wú)關(guān)，可以近似看成受vGS 控制的電流源。由于漏極電流受柵-源電壓的控制，所以場(chǎng)效應(yīng)管為電壓控制型元件。 綜上分析可知：(a) JFET溝道中只有一種類(lèi)型的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，所以場(chǎng)效應(yīng)管也稱(chēng)為單極型三極管； (b) JFET 柵極與溝道間的PN結(jié)是反向偏置的，因此輸入電阻很高；(c) JFET是電壓控制電流器件，iD受vGS控制；(d)預(yù)夾斷前iD與vDS呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，iD趨于飽和。第4頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二（3）結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線轉(zhuǎn)移特性 輸出特性 VP圖1.4.3夾斷區(qū)第

4、5頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二3. 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管IGFET（Insulated Gate Field Effect Transistor）MOS（Metal Oxide Semiconductor）vGS=0，iD=0，為增強(qiáng)型管；vGS=0，iD0，為耗盡型管。（一）N溝道增強(qiáng)型MOS管（其結(jié)構(gòu)和符號(hào)如圖所示）圖1.4.4第6頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二（1）N溝道增強(qiáng)型MOS管的工作原理 vDS=0時(shí)， vGS 對(duì)溝道的控制作用 當(dāng)vDS=0且vGS0時(shí)， 因SiO2的存在，iG=0。但g極為金屬鋁，因外加正向偏置電壓而聚集正

5、電荷，從而排斥P型襯底靠近g極一側(cè)的空穴，使之剩下不能移動(dòng)的負(fù)離子區(qū)，形成耗盡層。如圖所示。 當(dāng)vGS=0時(shí)， 漏-源之間是兩個(gè)背靠背的PN結(jié)，不存在導(dǎo)電溝道，無(wú)論 vDS 為多少， iD=0 。圖1.4.5第7頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二 當(dāng)vGS進(jìn)一步增加時(shí)，一方面耗盡層增寬，另一方面襯底的自由電子被吸引到耗盡層與絕緣層之間，形成一個(gè)N型薄層，稱(chēng)之為反型層，構(gòu)成了漏-源之間的導(dǎo)電溝道（也稱(chēng)感生溝道），如圖所示。圖1.4.6 使溝道剛剛形成的柵-源電壓稱(chēng)之為開(kāi)啟電壓VGS(th)。 vGS越大，反型層越寬，導(dǎo)電溝道電阻越小。 vGSVGS(th) 的某一固定值時(shí)

6、，vDS對(duì)溝道的控制作用 當(dāng)vDS=0時(shí)，iD=0；vDS iD ，同時(shí)使靠近漏極處的耗盡層變窄。當(dāng)vDS增加到使vGD=VGS(th) 時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。此時(shí)vDS 夾斷區(qū)延長(zhǎng)溝道電阻 iD基本不變，表現(xiàn)出恒流特性。如圖所示。第8頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二圖1.4.7（2） N溝道增強(qiáng)型MOS管的特性曲線與電流方程 N溝道增強(qiáng)型MOS管的轉(zhuǎn)移特性曲線與輸出特性曲線如圖所示，與JFET一樣，可分為四個(gè)區(qū)：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)、夾斷區(qū)和擊穿區(qū)。第9頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二轉(zhuǎn)移特性 輸出特性 VGS(th)圖 1.4.8夾斷

7、區(qū)2VGS(th)第10頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二（二）N溝道耗盡型MOS管（其結(jié)構(gòu)和符號(hào)如圖所示）圖1.4.9 與 N溝道增強(qiáng)型MOS管不同的是， N溝道耗盡型MOS管的絕緣層中參入了大量的正離子，所以，即使在vGS=0時(shí)，耗盡層與絕緣層之間仍然可以形成反型層，只要在漏-源之間加正向電壓，就會(huì)產(chǎn)生iD。第11頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二 若vDS為定值，而vGS 0， vGS iD ；若vGS VGS(off)，且為定值，則iD 隨vDS 的變化與N溝道增強(qiáng)型MOS管的相同。但因VGS(off) 0（或vDS0），則該管為N溝道；

8、 vGS0，故為JFET（耗盡型）。 (b) iD0（或vDS0），則該管為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 GS0 ；P溝道反之。 第19頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二圖1.4.11 例圖 例 電路如圖1.4.11(a) 所示，場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性如圖1.4.11(b) 所示

9、 。試分析當(dāng)uI=2V、8V、12V三種情況下，場(chǎng)效應(yīng)管分別工作于什么區(qū)域。第20頁(yè)，共23頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二 (c)當(dāng)uI=10V 時(shí)，假設(shè)管子工作于恒流區(qū)，此時(shí)iD=2mA，故uO =uDS =VDD - iD Rd= 18-28=2V， uDS - VGS(th) =2-6=-4V，顯然小于uGS =10V時(shí)的預(yù)夾斷電壓，故假設(shè)不成立 ，管子工作于可變電阻區(qū)。此時(shí)，RdsuDS/iD=3V/1mA=3k，故 解: (a)當(dāng)uI=2V 時(shí)， uI=uGS|VGS(off)|=4V ，所以 vOmax=VDD -4V=12 4=8V ，故 RL= vO / IDSS =(08V)/4mA=(02)k 。 例 電路如圖1.4.12 所示，場(chǎng)效應(yīng)管的夾斷電壓VGS(off)=-4V，飽和漏極電流IDSS=4mA。為使場(chǎng)效應(yīng)管工作于恒流區(qū)，求RL的取值范圍。第22頁(yè)，共23頁(yè)，2