Chapter 4 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路 (2)課件

場(chǎng)效應(yīng)管放大電路Chapter41Chapter4主要內(nèi)容場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)管放大電路2Chapter4§4.1場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管（JFET）絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)三極管（MOSFET）場(chǎng)效應(yīng)三極管的參數(shù)討論的問題：場(chǎng)效應(yīng)管是通過什么方式來控制漏極電流的？3Chapter44.1.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管（JFET）1、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管的結(jié)構(gòu)在N型半導(dǎo)體硅片兩側(cè)擴(kuò)散高濃度的P型區(qū)，形成兩個(gè)PN結(jié)夾著一個(gè)N型溝道的結(jié)構(gòu)。兩個(gè)P區(qū)連在一起構(gòu)成柵極，N型硅的一端是漏極，另一端是源極。5Chapter4NvGSvDSDSGiDP+P+2、JFET的工作原理vDS=0，|vGS|增大，導(dǎo)電溝道變窄，溝道電阻增大。溝道完全夾斷時(shí)vGS=VP（VGS（off）），稱夾斷電壓。現(xiàn)以N溝道為例說明其工作原理。1、vGS對(duì)iD的控制——控制導(dǎo)電溝道寬窄若vDS為一固定值，則iD將受vGS的控制。6Chapter4vGS=0，vDS增加沿溝道將產(chǎn)生一電位梯度，導(dǎo)電溝道呈楔型，iD與vDS近似成正比。NvGSvDSDSGiDP+P+預(yù)夾斷后，隨vDS增加，夾斷長(zhǎng)度略有增加，iD幾乎不隨vDS增加而上升。結(jié)論：JFET是電壓控制電流器件。2、vDS對(duì)iD的影響當(dāng)兩楔型相遇時(shí)，稱預(yù)夾斷。此時(shí)vGD=vGS?vDS=VPiD=IDSS—飽和漏極電流7Chapter4（2）轉(zhuǎn)移特性曲線以vDS為參變量，iD與vGS的關(guān)系，描述了輸入電壓對(duì)輸出電流的控制作用。轉(zhuǎn)移特性曲線+?vGSvDSiD+?SGD9Chapter4實(shí)驗(yàn)表明：在VP≤v

GS≤0范圍(恒流區(qū))內(nèi)，iD與vGS間呈平方律關(guān)系，即為什么不討論JFET的輸入特性？柵-源間的PN結(jié)是反偏的，故輸入端的電流近似為零。10Chapter44.1.2絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)三極管N溝道增強(qiáng)型MOSFETN溝道耗盡型MOSFETP溝道耗盡型MOSFET各類FET的伏安特性曲線11Chapter4結(jié)構(gòu)1）結(jié)構(gòu)

N溝道增強(qiáng)型MOSFET在P型半導(dǎo)體上生成一層SiO2薄膜絕緣層，然后用光刻工藝擴(kuò)散兩個(gè)高摻雜的N型區(qū)。柵極G源極S漏極D襯底B1、N溝道增強(qiáng)型MOSFET13Chapter4柵源電壓vGS的控制作用——形成導(dǎo)電溝道正電壓vGS產(chǎn)生的反型層把漏-源連接起來，形成寬度均勻的導(dǎo)電N溝道，自由電子是溝道內(nèi)的主要載流子。反型層剛形成時(shí)，對(duì)應(yīng)的柵源電壓vGS稱為開啟電壓，用VT表示。2）工作原理14Chapter4漏源電壓vDS對(duì)漏極電流iD的控制作用

vGS≥VT，加vDS，形成iD，且iD與vDS基本成正比。因vDS形成電位差，使導(dǎo)電溝道為梯形。

vDS增大至vGD=vGS?vDS<VT，溝道被預(yù)夾斷（漏端），管子進(jìn)入飽和區(qū)。vDS對(duì)iD的控制15Chapter43）特性曲線——輸出特性——轉(zhuǎn)移特性17Chapter4轉(zhuǎn)移特性曲線的斜率gm（mA/V）的大小反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用，稱為跨導(dǎo)。(單位mS)管子在飽和區(qū)工作（vGS≥VT）時(shí)的轉(zhuǎn)移特性曲線可用以下近似公式表示：式中IDO為vGS=2VT時(shí)的iD值。定義：18Chapter4

2、N溝道耗盡型MOSFET在柵極下方的SiO2絕緣層中摻入了大量的金屬正離子。所以當(dāng)VGS=0時(shí)，這些正離子已經(jīng)在感應(yīng)出反型層，在漏源之間形成了溝道。于是只要有漏源電壓，就有漏極電流存在。N溝道耗盡MOSFET的結(jié)構(gòu)和符號(hào)如圖所示19Chapter4

3、P溝道耗盡型MOSFETP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。21Chapter44、各類FET的伏安特性曲線場(chǎng)效應(yīng)三極管的特性曲線類型比較多，根據(jù)導(dǎo)電溝道的不同，以及是增強(qiáng)型還是耗盡型可有四種轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線，其電壓和電流方向也有所不同。如果按統(tǒng)一規(guī)定正方向，特性曲線就要畫在不同的象限。為了便于繪制，將P溝道管子的正方向反過來設(shè)定。有關(guān)曲線繪于圖之中22Chapter4各類場(chǎng)效應(yīng)三極管的特性曲線絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管N溝道增強(qiáng)型P溝道增強(qiáng)型23Chapter4結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管N溝道耗盡型P溝道耗盡型25Chapter44.1.3場(chǎng)效應(yīng)三極管的參數(shù)2）夾斷電壓VGS(off)(或VP)耗盡型FET的參數(shù)。在VDS為某一固定值條件下,iD等于一微小值（便于測(cè)量）時(shí)所對(duì)應(yīng)的VGS。3）飽和漏極電流IDSS

耗盡型FET重要參數(shù)。在VGS=0的條件下，管子預(yù)夾斷時(shí)的漏極電流。1）開啟電壓VGS(th)(或VT)增強(qiáng)型FET的重要參數(shù)。在VDS為某一固定值下能產(chǎn)生iD所需要的最小|VGS|值。26Chapter46）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)。4）直流輸入電阻RGS、rds柵源電壓與漏極電流之比，通常JFET的RGS>107Ω，MOSFET的RGS>109Ω。5）低頻跨導(dǎo)gm

表征工作點(diǎn)Q上柵源電壓vgs對(duì)漏極電流id的控制作用大小的參數(shù)，單位是mS。27Chapter4雙極型三極管場(chǎng)效應(yīng)三極管結(jié)構(gòu)NPN型PNP型C與E一般不可倒置使用結(jié)型耗盡型N溝道P溝道絕緣柵增強(qiáng)型N溝道P溝道絕緣柵耗盡型N溝道P溝道D與S有的型號(hào)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電流控制電流源CCCS(β)電壓控制電流源VCCS(gm)4.1.4雙極型和場(chǎng)效應(yīng)型三極管的比較29Chapter4雙極型三極管場(chǎng)效應(yīng)三極管噪聲較大較小溫度特性受溫度影響較大較小，可有零溫度系數(shù)點(diǎn)輸入電阻幾十到幾千歐姆幾兆歐姆以上靜電影響不受靜電影響易受靜電影響集成工藝不易大規(guī)模集成適宜大規(guī)模和超大規(guī)模集成30Chapter4§4.2場(chǎng)效應(yīng)管放大電路FET放大電路的偏置電路與靜態(tài)分析FET放大電路的動(dòng)態(tài)分析三種類型放大電路的比較31Chapter44.2.1偏置電路與靜態(tài)分析1、自偏壓共源放大電路直流通路如圖所示自偏壓偏置電路：由于柵極電流為零，故柵源電壓UGS是由電阻R上壓降通過Rg提供的。因?yàn)閁GS<0，所以只能用于耗盡型FET。電阻R可起穩(wěn)定工作點(diǎn)的作用。32Chapter4UGSQ=－IDQR由電路得下列方程：UDSQ=VDD－IDQ（R+Rd）FET的轉(zhuǎn)移特性：聯(lián)立上3式，可解得靜態(tài)工作點(diǎn)參數(shù)UGSQ、IDQ、UDSQ33Chapter42、分壓式自偏壓共源放大電路VCC經(jīng)Rg1、Rg2分壓后，通過Rg供給柵極電位UGQ。R提供自偏壓USQ，且可以穩(wěn)定工作點(diǎn)34Chapter4UDSQ=VDD－IDQ（R+Rd）有：UGSQ、IDQ、UDSQ35Chapter44.2.2FET放大電路的動(dòng)態(tài)分析FET的小信號(hào)模型共源放大電路共漏放大電路（源極輸出器）36Chapter41、FET的小信號(hào)模型FET是電壓控制器件，在低頻小信號(hào)工作時(shí)，可認(rèn)為

ri=∞

id=gmugs簡(jiǎn)化37Chapter42、共源放大電路交流小信號(hào)等效電路如圖1）電壓增益Au2）輸入電阻ri3）輸出電阻roro=Rd38Chapter43、共漏放大電路（源極輸出器）1）電壓增益Au2）輸入電阻ri39Chapter4ror'oro3）輸出電阻ro40Chapter44.2.3三種類型放大電路的比較根據(jù)放大器件BJT放大電路FET放大電路BJT放大電路FET放大電路共射放大共源放大共基放大共柵放大共