場效應(yīng)管及放大電路

關(guān)于場效應(yīng)管及放大電路第一頁，共四十五頁，2022年，8月28日1一、場效應(yīng)晶體管(FET)的分類N溝道P溝道增強(qiáng)型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道（耗盡型）FET場效應(yīng)管JFET結(jié)型MOSFET絕緣柵型(IGFET)§4.1結(jié)型場效應(yīng)管第二頁，共四十五頁，2022年，8月28日21、結(jié)構(gòu)

源極，用S或s表示N型導(dǎo)電溝道漏極，用D或d表示

P型區(qū)P型區(qū)柵極，用G或g表示柵極，用G或g表示符號符號二、結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和工作原理第三頁，共四十五頁，2022年，8月28日3UGS<0,UDS=0VPN結(jié)反偏，|UGS|越大則耗盡區(qū)越寬，導(dǎo)電溝道越窄。2、工作原理（以N溝道為例）第四頁，共四十五頁，2022年，8月28日4ID|UGS|越大耗盡區(qū)越寬，溝道越窄，電阻越大。但當(dāng)|UGS|較小時(shí)，耗盡區(qū)寬度有限，存在導(dǎo)電溝道。DS間相當(dāng)于線性電阻。第五頁，共四十五頁，2022年，8月28日5NGSDUGSPPUGS達(dá)到一定值時(shí)（夾斷電壓VP）,耗盡區(qū)碰到一起，DS間被夾斷，這時(shí)，即使UDS0V，漏極電流ID=0A。ID第六頁，共四十五頁，2022年，8月28日6UGS=0,UDS>0VID越靠近漏極，PN結(jié)反壓越大,耗盡層越寬，導(dǎo)電溝道越窄溝道中仍是電阻特性，但是是非線性電阻。第七頁，共四十五頁，2022年，8月28日7當(dāng)UDS=|Vp|,發(fā)生預(yù)夾斷,ID=IDssUDS增大則被夾斷區(qū)向下延伸。此時(shí)，電流ID由未被夾斷區(qū)域中的載流子形成，基本不隨UDS的增加而增加，呈恒流特性。ID第八頁，共四十五頁，2022年，8月28日8UGS<0,UDS>0VIDUGD=UGS-UDS=UP時(shí)發(fā)生預(yù)夾斷第九頁，共四十五頁，2022年，8月28日9三、特性曲線和電流方程2.轉(zhuǎn)移特性VP1.輸出特性第十頁，共四十五頁，2022年，8月28日10

結(jié)型場效應(yīng)管的缺點(diǎn)：1.柵源極間的電阻雖然可達(dá)107以上，但在某些場合仍嫌不夠高。3.柵源極間的PN結(jié)加正向電壓時(shí)，將出現(xiàn)較大的柵極電流。絕緣柵場效應(yīng)管可以很好地解決這些問題。2.在高溫下，PN結(jié)的反向電流增大，柵源極間的電阻會顯著下降。第十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日11絕緣柵型場效應(yīng)三極管MOSFET(MetalOxide

SemiconductorFET)。分為

增強(qiáng)型N溝道、P溝道

耗盡型N溝道、P溝道§4.2絕緣柵場效應(yīng)管（MOS)第十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日12一N溝道增強(qiáng)型MOSFET1結(jié)構(gòu)

第十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日132工作原理

(1)VGS=0V時(shí)，漏源之間相當(dāng)兩個背靠背的二極管，在D、S之間加上電壓不會在D、S間形成電流。(2)VGS>VGS（th)>0時(shí)，形成導(dǎo)電溝道反型層第十四頁，共四十五頁，2022年，8月28日14(3)VGS>VGS（th)>0時(shí)，VDS>0

VDS=VDG＋VGS

=－VGD＋VGS

VGD=VGS－VDS

＝

VGS（th)時(shí)發(fā)生預(yù)夾斷第十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日153N溝道增強(qiáng)型MOS管的特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線

ID=f(VGS)VDS=const第十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日16輸出特性曲線ID=f(VDS)VGS=const第十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日17二N溝道耗盡型MOSFET(a)結(jié)構(gòu)示意圖(b)轉(zhuǎn)移特性曲線

第十八頁，共四十五頁，2022年，8月28日18輸出特性曲線IDUDS0UGS=0UGS<0UGS>0第十九頁，共四十五頁，2022年，8月28日19P溝道MOSFET

P溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完全相同，只不過導(dǎo)電的載流子不同，供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。第二十頁，共四十五頁，2022年，8月28日20§4.3

雙極型和場效應(yīng)型三極管的比較

雙極型三極管

場效應(yīng)三極管結(jié)構(gòu)NPN型結(jié)型耗盡型N溝道P溝道 PNP型絕緣柵增強(qiáng)型N溝道P溝道絕緣柵耗盡型N溝道P溝道

C與E一般不可倒置使用D與S有的型號可倒置使用載流子多子擴(kuò)散少子漂移多子漂移輸入量電流輸入電壓輸入控制電流控制電流源CCCS(β)電壓控制電流源VCCS(gm)第二十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日21

§4.4場效應(yīng)管的參數(shù)和型號一場效應(yīng)管的參數(shù)

①開啟電壓VGS(th)(或VT)

開啟電壓是MOS增強(qiáng)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。

②夾斷電壓VGS(off)(或VP)

夾斷電壓是耗盡型FET的參數(shù)，當(dāng)VGS=VGS(off)時(shí),漏極電流為零。③飽和漏極電流IDSS

耗盡型場效應(yīng)三極管,當(dāng)VGS=0時(shí)所對應(yīng)的漏極電流第二十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日22

④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(shí)RGS約大于107Ω，對于絕緣柵型場效應(yīng)三極管,RGS約是109～1015Ω。

⑤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，這一點(diǎn)與電子管的控制作用相似。gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求取，也可由電流方程求得第二十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日23⑥最大漏極功耗PDM

最大漏極功耗可由PDM=VDSID決定，與雙極型三極管的PCM相當(dāng)。7漏、源間擊穿電壓BUDS

輸出特性曲線上，當(dāng)漏極電流急劇增加，產(chǎn)生雪崩擊穿時(shí)對應(yīng)的電壓。8柵、源間擊穿電壓BUGS

破壞性擊穿

第二十四頁，共四十五頁，2022年，8月28日24二場效應(yīng)三極管的型號

場效應(yīng)三極管的型號,現(xiàn)行有兩種命名方法。其一是與雙極型三極管相同，第三位字母J代表結(jié)型場效應(yīng)管，O代表絕緣柵場效應(yīng)管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反型層是N溝道；C是N型硅P溝道。例如,3DJ6D是結(jié)型N溝道場效應(yīng)三極管，3DO6C是絕緣柵型N溝道場效應(yīng)三極管。

第二種命名方法是CS××#，CS代表場效應(yīng)管，××以數(shù)字代表型號的序號，#用字母代表同一型號中的不同規(guī)格。例如CS14A、CS45G等。第二十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日25幾種常用的場效應(yīng)三極管的主要參數(shù)第二十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日26

電路的組成原則及分析方法(1).靜態(tài)：適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)，使場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)(2).動態(tài):能為交流信號提供通路組成原則靜態(tài)分析：估算法、圖解法。動態(tài)分析：微變等效電路法。分析方法4.5場效應(yīng)管放大電路

場效應(yīng)管具有輸入電阻高的特點(diǎn)，是電壓控制器件，即用柵源電壓uGS控制漏極電流iD。第二十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日27一自偏壓電路vGSQ點(diǎn)：VGS、ID、VDSvGS=VDS=VDD-ID(Rd+R)-iDR4.5場效應(yīng)管放大電路4.5.1共源放大電路第二十八頁，共四十五頁，2022年，8月28日28一.靜態(tài)分析（Ui=0）

4.5.1共源放大電路G極絕緣IG=01.估算法UGS=

VGGID=

IDO（UGS/

UT–

1)2UDS=

VDD-

IDRD第二十九頁，共四十五頁，2022年，8月28日29一.靜態(tài)分析（Ui=0）

直流負(fù)載線：2.圖解法UDS=

VDD–

IDRD直流負(fù)載線和UGS負(fù)載線的交點(diǎn)即為Q點(diǎn)。4.5.1共源放大電路第三十頁，共四十五頁，2022年，8月28日30GSD跨導(dǎo)漏極輸出電阻uGSiDuDS4.5.1共源放大電路二.動態(tài)分析（等效電路法）第三十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日31很大，可忽略。

場效應(yīng)管的微變等效電路為：GSDuGSiDuDSSGDugsgmugsudsSGDrDSugsgmugsuds第三十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日32

共源極放大電路uoUDD=20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10ksgR2R1RGRL'dRLRD微變等效電路第三十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日33sgR2R1RGRL'dRLRDro=RD=10k第三十四頁，共四十五頁，2022年，8月28日34共漏極放大電路－源極輸出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G第三十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日35uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2Griro

rogR2R1RGsdRLRS微變等效電路第三十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日36riro

rogR2R1RGsdRLRS微變等效電路輸入電阻ri第三十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日37輸出電阻rogd微變等效電路ro

roR2R1RGsRS第三十八頁，共四十五頁，2022年，8月28日38場效應(yīng)管放大電路小結(jié)(1)場效應(yīng)管放大器輸入電阻很大。(2)場效應(yīng)管共源極放大器(漏極輸出)輸入輸出反相，電壓放大倍數(shù)大于1；輸出電阻=RD。(3)場效應(yīng)管源極跟隨器輸入輸出同相，電壓放大倍數(shù)小于1且約等于1；輸出電阻小。第三十九頁，共四十五頁，2022年，8月28日39設(shè):gm=3mA/V=50rbe=1.7K例題:前級:場效應(yīng)管共源極放大器后級:晶體管共射極放大器求:總電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻+UCCRS3M(+24V)R120KUi10KC2C3R4R3RLRE282K43K10K8KUo10KC1RCT1RE1CE2T2USCE1RD10KR21M第四十頁，共四十五頁，2022年，8月28日40（1）估算各級靜態(tài)工作點(diǎn):（略）（2）動態(tài)分析:

微變等效電路R3R4RCRLRS