第10章 基本放大電路

1第10章基本放大電路210.1基本放大電路的組成

放大器的目的是將微弱的交流電信號(hào)轉(zhuǎn)換為較強(qiáng)的電信號(hào)。放大器實(shí)現(xiàn)放大的條件：

1.晶體管必須偏置在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。

2.正確設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，使整個(gè)波形處于放大區(qū)。

3.輸出回路將變化的集電極電流轉(zhuǎn)化成變化的集電極電壓，經(jīng)電容濾波只輸出交流信號(hào)。3uiuo

共射極放大電路1.晶體管T的作用RB+UCCRCC1C2

放大元件滿足

iC=iB，T應(yīng)工作在放大區(qū)，即保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。ibicie42.集電極電源UCC作用

共射極放大電路RB+UCCRCC1C2

集電極電源作用，是為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。53.集電極負(fù)載電阻RC作用

共射極放大電路RB+UCCRCC1C2

集電極電阻的作用是將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷骸?4.基極電阻RB的作用+UCCRCC1C2TRB

共射極放大電路

基極電阻能提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)。并保證發(fā)射結(jié)正偏。7可以省去RB+ECEBRCC1C2T85.耦合電容C1和C2作用(1)隔直作用隔離輸入.輸出與電路的直流通道。(2)交流耦合作用能使交流信號(hào)順利通過(guò)。

共射極放大電路RB+UCCRCC1C2910.2.1靜態(tài)分析

放大電路中各點(diǎn)的電壓或電流都是在靜態(tài)直流上附加了小的交流信號(hào)。電路中電容對(duì)交、直流的作用不同。如果電容容量足夠大，可以認(rèn)為它對(duì)交流不起作用，即對(duì)交流短路。而對(duì)直流可以看成開(kāi)路，這樣，交直流所走的通道是不同的。交流通道---只考慮交流信號(hào)的分電路。直流通道---只考慮直流信號(hào)的分電路。不同的信號(hào)可以在不同的通道進(jìn)行分析。10.2放大電路的靜態(tài)分析101.用放大電路直流通路確定靜態(tài)值：RB+UCCRCICUCEIBT

將電路中的隔直電容C1、C2開(kāi)路，直流通道的簡(jiǎn)化電路如圖所示。直流通道的簡(jiǎn)化電路11

IB=UCC-UBERB①基極電流②集電極電流IC=IB

③集-射極電壓UCE=UCC-RCIC當(dāng)UBE<<UCC時(shí)12[解]根據(jù)直流通道可得出IC=

IB=37.5

×0.04=1.5mAUCE=UCC–ICRC=12-1.5

×10-3

×4×103=6VRB+UCCRCUCEIBUBE+-+-BCEICT=12300×103IB=UCCRB

已知UCC=12V,RC=4kΩ,RB=300kΩ,β=37.5,試求放大電路的靜態(tài)值。例題10.1132.用圖解法確定靜態(tài)值

電路的工作情況由負(fù)載線與非線性元件的伏安特性曲線的交點(diǎn)確定。這個(gè)交點(diǎn)稱為工作點(diǎn)。

RC的直流負(fù)載線與晶體管的某條（由IB確定）輸出特性曲線的交點(diǎn)Q，稱為放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，由它確定放大電路的電壓和電流的靜態(tài)值。14IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ

如圖所示，(IBQ,UBEQ)和(ICQ,UCEQ)分別對(duì)應(yīng)于輸入輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn)，稱為靜態(tài)工作點(diǎn)Q。

輸入輸出特性曲線1.輸入輸出特性曲線15UCE=UCC–ICRCQIBICUCEUCCUCCRC2.直流負(fù)載線16QUCC（1）作直流負(fù)載線[解]IC=

0時(shí)

UCE=UCC可在圖上作直流負(fù)載線。ICUCEQ1Q2IB=20μAIB=0IB=40μAIB=60μAIB=80μAIB=100μA1.531206(V)(mA)UCE=0時(shí)根據(jù)UCE=UCC-RCIC

已知UCC=12V,RC=4kΩ,RB=300kΩ,β=37.5。（1）作直流負(fù)載線；（2）求靜態(tài)值。例題10.217（2）求靜態(tài)值基極電流=40μA

IB=40μAIC=1.5mA

UCE=6V由圖中Q點(diǎn)得:集電極電流發(fā)射極電流IC=βIB=37.5

×40×10-61=1.5mAIE=(1+β)IB=1.5mA63BCCB10401030012-*=*==RUI18RB為偏置電阻。RB發(fā)射結(jié)“地”Q'

Q''

RB+ECRCIBUBEICUCE若改變RB,則IB改變,Q點(diǎn)在直流負(fù)載曲線上移動(dòng),如圖所示。ICUCEEC36912123020uA406080100QIB為偏置電流，簡(jiǎn)稱偏流。產(chǎn)生偏流的電路

為偏置電路，其路徑為ECUBEIB無(wú)輸入信號(hào)(ui

=0)時(shí):

uo=0uBE=UBEuCE=UCE？有輸入信號(hào)(ui

≠0)時(shí)

uCE=UCC－iCRC

uo0uBE=UBE+uiuCE=UCE+uoIC+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO10.2.2動(dòng)態(tài)分析結(jié)論：加上輸入信號(hào)電壓后，各電極電流和電壓的大小均發(fā)生了變化，都在直流量的基礎(chǔ)上疊加了一個(gè)交流量，但方向始終不變。+集電極電流直流分量交流分量動(dòng)態(tài)分析iCtOiCtICOiCticO靜態(tài)分析21iBUBE

當(dāng)輸入信號(hào)很小時(shí)，在靜態(tài)工作點(diǎn)Q附近的工作段可認(rèn)為是直線。對(duì)輸入的小交流信號(hào)而言，三極管相當(dāng)于電阻rbe，表示輸入特性。UBEIB（1）晶體管的微變等效電路（a）輸入段微變等效Q1、微變等效電路法22iCuCE

輸出端相當(dāng)于一個(gè)受ib控制的電流源。

輸出端還等效并聯(lián)一個(gè)大電阻rce。（b）輸出端微變等效在線性工作區(qū)是一族平行直線。ibiC23

對(duì)于低頻小功率晶體管的輸入電阻估算為：

式中，

IE：發(fā)射極電流的靜態(tài)值;β：晶體管的放大倍數(shù)；

rbe：輸入電阻，其值一般為幾百歐到幾千歐(動(dòng)態(tài)電阻)。24iCuCEiCuCE

在小信號(hào)的條件下，

rce也是一個(gè)常數(shù)。阻值很高，約為幾十到幾百kΩ。在后面微變等效電路中，可忽略不計(jì)。輸出電阻rce25ubeibibicicubeibuce+-+-BCEucerbe

rce+-+-CB三極管的微變等效電路如下：26(2)放大電路的微變等效電路

將放大電路交流通道中的三極管用微變等效電路代替。rbeibibrceiiicuiuoRBRCRL+-27式中故放大電路的電壓放大倍數(shù)輸出端開(kāi)路時(shí)（3）電壓放大倍數(shù)的計(jì)算以上圖微變等效電路來(lái)計(jì)算。

顯然負(fù)載電阻RL越小，放大倍數(shù)越低。Au還與β和rBE有關(guān)。28[解]已求得IC=1.5mA≈IERL’=RC∥RL=2kΩ

已知UCC=12V,RC=4kΩ,RB=300kΩ,β=37.5，RL=4kΩ，試求電壓放大倍數(shù)。例題10.329（4）放大電路輸入電阻的計(jì)算

放大電路對(duì)信號(hào)源來(lái)說(shuō)，是一個(gè)負(fù)載，可用一個(gè)電阻等效代替，這個(gè)電阻是信號(hào)源的負(fù)載電阻，也就是放大電路的輸入電阻ri，即輸入電阻對(duì)交流而言是動(dòng)態(tài)電阻。30

電路的輸入電阻越大，從信號(hào)源取得的電流越小，因此一般總是希望得到較大的輸入電阻。rbeRBRCRL31（5）放大電路輸出電阻的計(jì)算

對(duì)于負(fù)載而言，放大電路相當(dāng)于信號(hào)源(可以將它進(jìn)行戴維寧定理等效），等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻，它也是動(dòng)態(tài)電阻。(1)將信號(hào)源短路（Ui=0）和輸出端開(kāi)路從輸出端看進(jìn)去的電阻。(2)將信號(hào)源短路（Ui=0）保留受控源，輸入端加電壓（U0）以產(chǎn)生電流

I0。r0≈RC

32[解]放大電路對(duì)負(fù)載來(lái)說(shuō)，是一信號(hào)源，可用等效電動(dòng)勢(shì)E0和內(nèi)阻r0表示。等效電源的內(nèi)阻即為輸出電阻。輸出端開(kāi)路時(shí)輸出端接上負(fù)載電阻時(shí)由上列兩式可得出本例中2kΩ

已知U0O=4V,RL=6kΩ,U0L=3V,求放大電路的輸出電阻。放大電路同上圖。例題10.433

直流負(fù)載線反映靜態(tài)時(shí)電流IC和UCE的變化關(guān)系,由于C2的隔直作用,不考慮負(fù)載電阻RL。2、圖解法1.交流負(fù)載線

交流負(fù)載線反映動(dòng)態(tài)時(shí)電流iC和uCE的變化關(guān)系視C2為短路，RL與RC并聯(lián)，所以交流負(fù)載線比直流負(fù)載線要陡些。為了得到盡量大的輸出信號(hào)，要把Q設(shè)置在交流負(fù)載線的中間部分。如果Q設(shè)置不合適，信號(hào)進(jìn)入截止區(qū)或飽和區(qū)，會(huì)造成非線性失真。34（1）交流負(fù)載R’LRBRCRLuiuoicuce其中：35ICUCEUCCQIB交流負(fù)載線比直流負(fù)載線要陡,斜率為:交流負(fù)載線（2）交流負(fù)載線的作法36IBUBEQICUCEuiibibic2.圖解分析Q由圖可見(jiàn)，電壓和電流都含有直流分量和交流分量。37iCuCEuoibQ

合適的靜態(tài)工作點(diǎn)可輸出最大的不失真信號(hào)，輸出電壓與輸入信號(hào)反相。

2.圖解分析38iCuCEuo稱為截止失真3.非線性失真Q

(1)Q點(diǎn)過(guò)低，信號(hào)進(jìn)入截止區(qū)39iCuCEuo稱為飽和失真Q(2)Q點(diǎn)過(guò)高，信號(hào)進(jìn)入飽和區(qū)3.非線性失真40結(jié)論（1）交流信號(hào)的傳輸情況ui(即ube)ibiCu0（即uce）（2）電壓和電流都含有直流分量和交流分量uBE=UBE+ubeuCE=UCE+uceiB=IBE+ibiC=IC+ic（3）輸入信號(hào)電壓ui和輸出電壓u0相位相反（4）電壓放大倍數(shù)等于圖中輸出正弦電壓的幅值與輸入正弦電壓的幅值之比。RL’的阻值愈小，交流負(fù)載線愈陡，電壓放大倍數(shù)下降得也愈多。4110.3靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定

為了保證放大電路的穩(wěn)定工作，必須有合適的、穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)。但是，溫度的變化會(huì)嚴(yán)重影響靜態(tài)工作點(diǎn)Q

。

對(duì)于固定偏置電路，靜態(tài)工作點(diǎn)是由UBE、

和ICEO決定，這三個(gè)參數(shù)易隨溫度而變化，所以溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)Q的影響比較大。421.溫度對(duì)UBE的影響iBuBE25oC50oCTUBEIBIC------------------------UBE1UBE2顯然

UBE2＜UBE1IB432.溫度對(duì)值及ICEO的影響T、ICEOICiCuCEQQ1′總的效果是：

溫度上升時(shí)，輸出特性曲線上移，造成Q點(diǎn)上移。44RB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuoI1I2IB采用分壓式偏置電路VB（1）RB2的作用VB不受溫度變化的影響。45RB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuoI1I2IB

RE越大，穩(wěn)定性越好。但太大將使輸出電壓降低。一般取幾百歐~幾kΩ。ICIETUBEIBICVEIC（2）RE的作用VBVEVB一定46RB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuoI1I2IB（3）CE的作用CE將RE短路，RE對(duì)交流不起作用，放大倍數(shù)不受影響。47RB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuoI1I2IrbeRCRLRE微變等效電路無(wú)電容CE有電容CE48rbeRCRLRE無(wú)電容CE會(huì)有何結(jié)果？無(wú)電容CE的微變等效電路。＜A049[解]應(yīng)用戴維南定理法

將輸入電路在“×”斷開(kāi),求BO間開(kāi)路電壓UBO，即戴維寧等效電路的EB為a.直流通路=4V①等效電路的EBRB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuoI1I2IBBCE×××

分壓式偏置放大電路中,已知UCC=12V，RC=2kΩ，RE=2kΩ，RB1=20kΩ，RB2=10kΩ，β=37.5。試求靜態(tài)值。例題16.550②求BO間的等效內(nèi)阻Rb(將電源短路)

EB=RBIB+UBE+REIE=RBIB+UBE+(1+β)REIB

IC=β

IB=37.5×0.04

mA=1.5mAUCE=UCC-RCIC-REIE=UCC-(RC+RE)IC=12–(2+2)×103×1.5×103V=6V=6.7×103Ω=6.7kΩ或=0.04×103A=0.04mA5110.4射極輸出器RB+UCCRCC1C2RERLuiuouCEuBE

放大電路是從發(fā)射極輸出，在接法上是一個(gè)共集電極電路（UCC對(duì)交流信號(hào)相當(dāng)于短路）。52RB+UCCREIE10.4.1靜態(tài)分析IBTUCEUBE+-+-IC531.電壓放大倍數(shù)rbeRERL10.4.2動(dòng)態(tài)分析≈1542.輸入電阻（ri)rbeRERL輸入電阻高其中：55rbeRERs3、輸出電阻(ro)

用加壓求流法求輸出電阻r0。將信號(hào)源置0，求各支路電流。56其中57通常故

射極輸出器的輸出電阻很低，帶負(fù)載能力強(qiáng),說(shuō)明具有恒壓輸出特性。58結(jié)論

(1)將射極輸出器放在電路的首級(jí)，可以提高放大器的輸入電阻，減少對(duì)前級(jí)的影響。

(2)將射極輸出器放在電路的末級(jí)，可以降低放大器的輸出電阻，提高帶負(fù)載能力。

(3)將射極輸出器放在電路的兩級(jí)之間，可以起到電路的阻抗變換作用，這一級(jí)稱為緩沖級(jí)或中間隔離級(jí)。59+UCCRS1MΩ(+24V)RB120kΩUi27kΩC2C3RB3RB2RLRE282kΩ43kΩ10kΩ8kΩUo10kΩC1T1RE1CET2US前級(jí)后級(jí)已知:1=2=50,rbe1=2.9kΩ,rbe2=1.7kΩ求:(1)微變等效電路;(2)ri、r0

（3）Au。例題10.560[解]:（1）微變等效電路RE1R2R3RC2RLRSR161（2）ri、r0其中故62（3）Au

在計(jì)算多級(jí)放大電路中前級(jí)放大電路的放大倍數(shù)時(shí)一定要注意：后級(jí)放大電路的輸入電阻也是前級(jí)放大電路負(fù)載電阻的一部分！后級(jí)放大電路的輸入電阻631.零點(diǎn)漂移的抑制對(duì)稱放大電路10.5.1差動(dòng)放大電路的工作情況uoui1+UCCRCR1T1RBRCR1T2RBui210.5差動(dòng)放大電路64uo=ui1-ui2

=0uo=(VC1+VC1

)-(VC2+

VC2)=0當(dāng)ui1

=

ui2

=0時(shí)：當(dāng)溫度變化時(shí)：IC1=IC2；VC1=VC2u0=VC1–VC2=0ΔIC1=ΔIC2；ΔVC1=ΔVC2

零點(diǎn)漂移被完全抑制。652.信號(hào)輸入(1)共模輸入

兩個(gè)信號(hào)輸入電壓的大小相等,極性相同,即ui1=ui2,這樣的輸入稱為共模輸入。(2)差模輸入

兩個(gè)信號(hào)輸入電壓的大小相等,極性相反,即ui1=-ui2,這樣的輸入稱為差模輸入。u0=ΔVC1-ΔVC2(3)比較輸入

兩個(gè)輸入信號(hào)電壓既非共模，又非差模。它們的大小和相對(duì)極性任意，稱為比較輸入。66放大原理

為了使左右平衡，可設(shè)置調(diào)零電位器RP

。10.5.2典型差動(dòng)放大電路

RP+UCCRCT1RBRCT2RBEEREui1ui2u0+++---RP67

零點(diǎn)漂移的抑制ui1

=ui2

=0RE:對(duì)共模信號(hào)有很強(qiáng)負(fù)反饋?zhàn)饔?

抑制溫度漂移。對(duì)差模信號(hào)基本上不影響放大效果。溫度IC1IC2IE

UBEUBE1UBE2IB2IB1IC1IC2681.雙端輸入-雙端輸出差模信號(hào)ui1uo+UCCRCT1RBRCT2RBui2-UEERE+_--++ui69IEICIB-+UBET1RBRERCEE+UCCUCE+-（1）靜態(tài)分析IB1=IB2=IBIC1=IC2=IC=IB

IC1=IC2=ICUE1=UE2

=－IBRB－UBE

UCE1=UCE2

=UC1－UE1UC1=UC2=UCC－ICRC

70（2）動(dòng)態(tài)分析RE對(duì)差模信號(hào)不起作用，其單管差模電壓放大倍數(shù)為：iBiCu01ui1RCT1RB++--①雙端輸出電壓71②差模電壓放大倍數(shù)式中差模輸入電阻為差模輸出電阻為722.單端輸入-

單端輸出++UCCRCT1RBRCT2RBuiEEREui1ui2uC1uC2++++-----RBRBui++--rberbe+-對(duì)稱理想的單端輸入的等效輸入電路如圖所示。73

單端輸入信號(hào)為：RE足夠大時(shí)，兩管取得的信號(hào)認(rèn)為是一對(duì)差模信號(hào).同相輸出單端輸出的電壓放大倍數(shù)為雙端輸出的一半.反相輸出共模抑制比或7410.6

互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路10.6.1對(duì)功率放大電路的基本要求

功率放大電路的作用：是放大電路的輸出級(jí)，去推動(dòng)負(fù)載工作。例如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、儀表指針偏轉(zhuǎn)、電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)等。(1)在不失真的情況下能輸出盡可能大的功率。(2)由于功率較大，就要求提高效率。75ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶體管的工作狀態(tài)甲類工作狀態(tài)晶體管在輸入信號(hào)的整個(gè)周期都導(dǎo)通靜態(tài)IC較大，波形好,管耗大效率低。乙類工作狀態(tài)晶體管只在輸入信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，靜態(tài)IC=0，波形嚴(yán)重失真,管耗小效率高。甲乙類工作狀態(tài)晶體管導(dǎo)通的時(shí)間大于半個(gè)周期，靜態(tài)IC0，一般功放常采用。7610.6.2

互補(bǔ)對(duì)稱放大電路

互補(bǔ)對(duì)稱電路是集成功率放大電路輸出級(jí)的基本形式。當(dāng)它通過(guò)容量較大的電容與負(fù)載耦合時(shí)，由于省去了變壓器而被稱為無(wú)輸出變壓器(OutputTransformerless)電路，簡(jiǎn)稱OTL電路。若互補(bǔ)對(duì)稱電路直接與負(fù)載相連，輸出電容也省去，就成為無(wú)輸出電容(OutputCapacitorless)電路，簡(jiǎn)稱OCL電路。

OTL電路采用單電源供電，OCL電路采用雙電源供電。771.

OTL電路(1)

特點(diǎn)T1、T2的特性一致；一個(gè)NPN型、一個(gè)PNP型兩管均接成射極輸出器；輸出端有大電容；單電源供電。(2)靜態(tài)時(shí)(ui=0),

IC10，IC20OTL原理電路電容兩端的電壓RLuIT1T2+UCCCAuo++-+-78RLuiT1T2Auo+-+-(3)動(dòng)態(tài)時(shí)

設(shè)輸入端在UCC/2

直流基礎(chǔ)上加入正弦信號(hào)。T1導(dǎo)通、T2截止；同時(shí)給電容充電T2導(dǎo)通、T1截止；電容放電，相當(dāng)于電源

若輸出電容足夠大，其上電壓基本保持不變，則負(fù)載上得到的交流信號(hào)正負(fù)半周對(duì)稱。ic1ic2交流通路uo輸入交流信號(hào)ui的正半周輸入交流信號(hào)ui的負(fù)半周79(4)交越失真

當(dāng)輸入信號(hào)ui為正弦波時(shí)，輸出信號(hào)在過(guò)零前后出現(xiàn)的失真稱為交越失真。

交越失真產(chǎn)生的原因由于晶體管特性存在非線性，

ui

<死區(qū)電壓晶體管導(dǎo)通不好。交越失真采用各種電路以產(chǎn)生有不大的偏流，使靜態(tài)工作點(diǎn)稍高于截止點(diǎn)，即工作于甲乙類狀態(tài)?？朔辉绞д娴拇胧﹗itOuotO80R1RLuIT1T2+UCCCAuo++-+-R2D1D2

動(dòng)態(tài)時(shí)，設(shè)ui

加入正弦信號(hào)。正半周T2截止，T1基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。負(fù)半周T1截止，T2基極電位進(jìn)一步降低，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。

靜態(tài)時(shí)T1、T2

兩管發(fā)射結(jié)電壓分別為二極管D1、D2的正向?qū)▔航担率箖晒芫幱谖⑷鯇?dǎo)通狀態(tài)。(5)克服交越失真的電路81uiuo+–UCCT1T2+UCCRL–2.OCL電路ic1ic2靜態(tài)時(shí)：ui=0V,iC10，iC20uo=0V。動(dòng)態(tài)時(shí)：ui<0VT2導(dǎo)通，T1截止ui>0VT1導(dǎo)通，T2截止特點(diǎn)：

雙電源供電、輸出無(wú)電容器。uoOCL原理電路8210.6.3

集成功率放大器

使喇叭相當(dāng)于純電阻負(fù)載去耦，防止低頻自激消振，防止高頻自激集成功放LM386接線圖特點(diǎn):

工作可靠、使用方便。只需在器件外部適當(dāng)連線，即可向負(fù)載提供一定的功率。。++∞.32ui。。+_++4758++UCCLM386+uo+_8310.7

場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路

場(chǎng)效應(yīng)晶體管是利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制電流的一種半導(dǎo)體器件，即是電壓控制元件。它的輸出電流決定于輸入電壓的大小，基本上不需要信號(hào)源提供電流，所以它的輸入電阻高，且溫度穩(wěn)定性好。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管按結(jié)構(gòu)不同場(chǎng)效應(yīng)管有兩種:絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管本節(jié)僅介紹絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管按工作狀態(tài)可分為：增強(qiáng)型和耗盡型兩類每類又有N溝道和P溝道之分8410.7.1

絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管漏極D

柵極和其它電極及硅片之間是絕緣的，稱絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管。金屬電極(1)

N溝道增強(qiáng)型管的結(jié)構(gòu)柵極G源極S1.

增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管SiO2絕緣層P型硅襯底

高摻雜N區(qū)85GSD符號(hào)：

由于柵極是絕緣的，柵極電流幾乎為零，輸入電阻很高，最高可達(dá)1014。漏極D金屬電極柵極G源極SSiO2絕緣層P型硅襯底

高摻雜N區(qū)

由于金屬柵極和半導(dǎo)體之間的絕緣層目前常用二氧化硅，故又稱金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，簡(jiǎn)稱MOS場(chǎng)效應(yīng)管。86(2)N溝道增強(qiáng)型管的工作原理EGP型硅襯底N+N+GSD+–UGSED+–

由結(jié)構(gòu)圖可見(jiàn)，N+型漏區(qū)和N+型源區(qū)之間被P型襯底隔開(kāi)，漏極和源極之間是兩個(gè)背靠背的PN結(jié)。

當(dāng)柵源電壓UGS=0時(shí)，不管漏極和源極之間所加電壓的極性如何，其中總有一個(gè)PN結(jié)是反向偏置的，反向電阻很高，漏極電流近似為零。SD87EGP型硅襯底N+N+GSD+–UGSED+–

當(dāng)UGS>0時(shí)，P型襯底中的電子受到電場(chǎng)力的吸引到達(dá)表層，填補(bǔ)空穴形成負(fù)離子的耗盡層；N型導(dǎo)電溝道在漏極電源的作用下將產(chǎn)生漏極電流ID，管子導(dǎo)通。當(dāng)UGS>UGS（th）時(shí)，將出現(xiàn)N型導(dǎo)電溝道，將D-S連接起來(lái)。UGS愈高，導(dǎo)電溝道愈寬。(2)N溝道增強(qiáng)型管的工作原理88EGP型硅襯底N+N+GSD+–UGSED+–N型導(dǎo)電溝道當(dāng)UGSUGS(th）后，場(chǎng)效應(yīng)管才形成導(dǎo)電溝道，開(kāi)始導(dǎo)通，若漏–源之間加上一定的電壓UDS，則有漏極電流ID產(chǎn)生。在一定的UDS下漏極電流ID的大小與柵源電壓UGS有關(guān)。所以，場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制電流的器件。

在一定的漏–源電壓UDS下，使管子由不導(dǎo)通變?yōu)閷?dǎo)通的臨界柵源電壓稱為開(kāi)啟電壓UGS(th）。(2)N溝道增強(qiáng)型管的工作原理89(3)

特性曲線有導(dǎo)電溝道轉(zhuǎn)移特性曲線無(wú)導(dǎo)電溝道開(kāi)啟電壓UGS(th）UDSUGS/ID/mAUDS/VoUGS=1VUGS=2VUGS=3VUGS=4V

漏極特性曲線恒流區(qū)可變電阻區(qū)截止區(qū)90N型襯底P+P+GSD符號(hào)：結(jié)構(gòu)(4)P溝道增強(qiáng)型SiO2絕緣層加電壓才形成

P型導(dǎo)電溝道

增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管只有當(dāng)UGSUGS(th）時(shí)才形成導(dǎo)電溝道。912.

耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管GSD符號(hào)：

如果MOS管在制造時(shí)導(dǎo)電溝道就已形成，稱為耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管。(1)N溝道耗盡型管SiO2絕緣層中摻有正離子予埋了N型導(dǎo)電溝道922.

耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管

由于耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管預(yù)埋了導(dǎo)電溝道，所以在UGS=0時(shí)，若漏–源之間加上一定的電壓UDS，也會(huì)有漏極電流ID產(chǎn)生。

當(dāng)UGS>0時(shí)，使導(dǎo)電溝道變寬，ID增大；當(dāng)UGS<0時(shí)，使導(dǎo)電溝道變窄，ID減小；UGS負(fù)值愈高，溝道愈窄，ID就愈小。

當(dāng)UGS達(dá)到一定負(fù)值時(shí)，N型導(dǎo)電溝道消失，ID=0，稱為場(chǎng)效應(yīng)管處于夾斷狀態(tài)（即截止）。這時(shí)的UGS稱為夾斷電壓，用UGS(off）表示。

這時(shí)的漏極電流用

IDSS表示，稱為飽和漏極電流。93(2)耗盡型N溝道MOS管的特性曲線夾斷電壓

耗盡型的MOS管UGS=0時(shí)就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓到一定值時(shí)才能夾斷。UGS(off)轉(zhuǎn)移特性曲線0ID/mA

UGS/V-1-2-348121612UDS=常數(shù)UDSUGS=0UGS<0UGS>0漏極特性曲線0ID/mA16201248121648IDSS942.

耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管(3)P溝道耗盡型管符號(hào)：GSD予埋了P型導(dǎo)電溝道SiO2絕緣層中摻有負(fù)離子95耗盡型GSDGSD增強(qiáng)型N溝道P溝道GSDGSDN溝道P溝道G、S之間加一定電壓才形成導(dǎo)電溝道在制造時(shí)就具有原始導(dǎo)電溝道963.場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)(1)開(kāi)啟電壓UGS(th)：是增強(qiáng)型MOS管的參數(shù)(2)夾斷電壓UGS(off)：(3)飽和漏電流IDSS：是結(jié)型和耗盡型MOS管的參數(shù)(4)低頻跨導(dǎo)gm：表示柵源電壓對(duì)漏極電流的控制能力極限參數(shù)：最大漏極電流、耗散功率、擊穿電壓。97

場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較

電流控制電壓控制控制方式電子和空穴兩種載流子同時(shí)參與導(dǎo)電載流子電子或空穴中一種載流子參與導(dǎo)電類型

NPN和PNPN溝道和P溝道放大參數(shù)

rce很高

rds很高

輸出電阻輸入電阻較低較高

雙極型三極管單極型場(chǎng)效應(yīng)管熱穩(wěn)定性

差

好制造工藝

較復(fù)雜

簡(jiǎn)單，成本低對(duì)應(yīng)電極

B—E—CG—S—D9810.7.3場(chǎng)效應(yīng)管放大電路

場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有輸入電阻高、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，常用于多級(jí)放大電路的輸入級(jí)以及要求噪聲低的放大電路。

場(chǎng)效應(yīng)管的源極、漏極、柵極相當(dāng)于雙極型晶體管的發(fā)射極、集電極、基極。

場(chǎng)效應(yīng)管的共源極放大電路和源極輸出器與雙極型晶體管的共發(fā)射極放大電路和射極輸出器在結(jié)構(gòu)上也相類似。

場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的分析與雙極型晶體管放大電路一樣