場(chǎng)效應(yīng)管放大器課件

1、關(guān)于場(chǎng)效應(yīng)管放大器第1頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四 3.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）一、JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理1. 結(jié)構(gòu)、符號(hào)gsd(b)圖31P+sgdNNP+(a)源極漏極柵極第2頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四圖32箭頭表示PN結(jié)方向（PN）N+sgdPPN+(a)源極漏極柵極gsd(b)第3頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四2. 工作原理（以N溝道管為例） 令vDS=0，看耗盡層的變化即溝道的寬窄在g和s（PN結(jié)）間加一反偏vGG，即vGS為負(fù)值。| vGS|，耗盡層均勻增加，溝道均勻變窄，見圖33。vGSP+

2、sgdNNP+圖33第4頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四| vGS| ， vGS= VP。溝道被夾斷。見圖34。VP：夾斷電壓圖34耗盡層vGSP+sgdNP+vDSg耗盡層iD0即使加vDS， iD亦為0。第5頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四 令vGS=0，看iD和vDS的關(guān)系P+sgdNP+g耗盡層iD= 0圖35 (a)a. vDS=0， iD=0 見(a)圖第6頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四b. vDS，溝道電場(chǎng)強(qiáng) 度（以這為主） iD 但從源極到漏極，產(chǎn)生一個(gè)沿溝道的電位梯度，使加在PN結(jié)上的反偏由靠近源極的o

3、到vDS。因此靠漏極 耗盡層寬，靠源極耗盡層窄，溝道成楔形。見(b)圖。P+sgdNP+g耗盡層iD迅速增大VDS圖35 (b)第7頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四c. vDS ，兩邊耗盡層在A點(diǎn)相遇，稱為預(yù)夾斷，此時(shí)g點(diǎn)和A點(diǎn)間電壓為VP。即 vGS vDS = VP見(c)圖。（此后G與溝道中哪點(diǎn)電位差為VP。即某點(diǎn)PN結(jié)所加反偏為|VP|，哪點(diǎn)被夾斷）P+sgdNP+g耗盡層iD趨于飽和VDS耗盡層A圖35 (c)第8頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四d. vDS ，iD不變夾斷長(zhǎng)度（vDS不能控制iD）P+sgdNP+g耗盡層iD飽和VDS

4、耗盡層A圖35 (d)第9頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四 要使iD減少，須加負(fù)的vGS。vGS 越負(fù)， iD越小。體現(xiàn)了vGS對(duì)iD的控制作用。（vGS 產(chǎn)生的電場(chǎng)變化控制iD ，稱為場(chǎng)效應(yīng)管）P+sgdNP+g耗盡層iD飽和VDS耗盡層AvGS第10頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四3. JFET的特性曲線及參數(shù) 輸出特性I區(qū)：可變電阻區(qū)。vGS越負(fù)，漏源間等效交流電阻越大。II區(qū)：飽和區(qū)（恒流區(qū)，線性放大區(qū)）III區(qū)：擊穿區(qū)。vDS太大，加到G、D間PN結(jié)反偏太大，致使PN結(jié)雪崩擊穿，管子不能正常工作，甚至燒毀。圖360 4 81012 16

5、 200.20.40.60.8預(yù)夾斷ABCIIIIIIvDS(V)iD(mA)0.40.8vDS10(V)第11頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四 轉(zhuǎn)移特性a. 討論輸入特性無(wú)意義b. 轉(zhuǎn)移特性是在輸出特性上描點(diǎn)而得。圖37ABCVPvDS10(V)(a)0 4 81012 16 200.20.40.60.8預(yù)夾斷ABCIIIIIIvDS(V)iD(mA)0.40.8vDS10(V)(b)vGS=0iD(mA)0.80.41.200.20.40.60.8vGS(V)IDSS第12頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四c. 在飽和區(qū)內(nèi)，VP vGS 0時(shí)，

6、iD和vGS的關(guān)系是：IDSS：飽和漏電流第13頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四4. 主要參數(shù) 夾斷電壓VPvGS = 0時(shí)，即預(yù)夾斷點(diǎn)處 vDS = VP測(cè)試時(shí)，令vDS =10V。iD=50A。此時(shí)的vGS =VP 飽和漏電流 IDSSvGS = 0時(shí)，vDS = 10V時(shí)的iD。第14頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四 跨導(dǎo)gm是衡量vGS對(duì)iD控制作用的參數(shù)，也是表征管子放大能力的參數(shù)，其值約在0.1ms10ms內(nèi)。轉(zhuǎn)移特性曲線工作點(diǎn)上之斜率。估算 gm：vGS為Q點(diǎn)的直流值第15頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四 輸

7、出電阻 rd其值很大，幾十幾百K。第16頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四 3.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）JFET輸入電阻約106 109 。而絕緣柵FET輸入電阻可高達(dá)1015 。一、N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管1. 結(jié)構(gòu)符號(hào)第17頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四sgd襯底引線源極柵極漏極二氧化硅鋁N+N+P型硅襯底(a)dgs襯底(b) g和s、d 均無(wú)電的接觸， 叫絕緣柵； 箭頭方向由P（襯底）指向N（溝道）； 虛線表明vGS = 0，溝道不存在。圖38第18頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四2. 工作原理sgd二

8、氧化硅鋁N+N+P圖39 (a)VDD vGS=0，即使加vDS， 無(wú)溝道， iD=0，VDSds襯底總有一個(gè)PN結(jié)反偏；此時(shí)若s與襯底連，則D與襯底間PN結(jié)亦是反偏。見圖(a)第19頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四vGS0，排斥空穴，吸引電子到半導(dǎo)體表面vGS到vGSVT，半導(dǎo)體表面形成N導(dǎo)電溝道，將源區(qū)和漏區(qū)連起來(lái)。VT：開啟電壓sgdN+N+PVDDVGGN型(感生)溝道圖39 (b)見圖(b)第20頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四sgdN+N+PVDDVGGN型(感生)溝道圖 39 (c)iD迅速增大加上VDSvGSVTvDS=0 iD=

9、0 vDS iD 溝道成楔形（vGS vDS VT）見圖(c)vDS 靠d端被夾斷（vGS vDS =VT）vDS 夾斷區(qū)iD飽和（vGS vDS VT ，溝道形成，加vDS，才有iD。 輸出特性也分三個(gè)區(qū)。0 4 8 12 16 201234IIIIIIvDS(V)iD(mA)5V4vGS=3V(a)vDS=10V0 2 4 61234vGS(V)iD(mA)(b)第24頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四歸納：vGSVT ，在半導(dǎo)體表面形成感生溝道，并控制它。vGS 溝道 iDvGS 溝道 iD 這就是vGS對(duì)iD的控制第25頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)4

10、2分，星期四二、耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)（N溝道）1. 結(jié)構(gòu)符號(hào)gds襯底(b)+ + + + + +sgd襯底引線N+N+N型溝道P(a)圖311在絕緣層sio2里摻雜大量正離子第26頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四2. 工作原理vGS溝道 iD0存在有vDS就有iD0變寬 Rd ，忽略rd的影響。gsd+圖317第38頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四2. 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路分析共源電路圖 318Cb1C+RgdsT3DJ2Rg2+VCCCb2+Rg3Rg1Rd(a)gsdRd+Rg2Rg1Rg3(b) 第39頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20

11、日，5點(diǎn)42分，星期四 微變等效電路如(b)圖Ri = Rg3 + Rg1 / Rg2Ro = Rd第40頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四例31 求下圖的C1+RRg+VDDC2+RdRL第41頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四解：(1) 畫簡(jiǎn)化微變等效電路gdRd+Rg+RLRs第42頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四(2)Ri = RgRo = Rd第43頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四例32 求共漏極電路的+VDDC1+RRgC2+RL第44頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四(1) 微變等效電路gd+Rg+RLRsRi = Rg第45頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四gd+Rg+sRs第46頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四例33 源極輸出器電路如圖所示。已知場(chǎng)效應(yīng)管工作點(diǎn)上的互導(dǎo)gm=0.9mS，其它參數(shù)如圖中所示。求放大倍數(shù) 、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。Cb1+RRg2+VDDCb2+300kRg3Rg1100k12k2M150.02+12V第47頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四解：第48頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，5點(diǎn)42分，星期四例34 一