場效應管及基本放大電路改

場效應管及基本放大電路改第1頁/共39頁第五章教學要求重點與難點1、了解場效應管（FET）的結構及工作原理，掌握其外特性，在實際應用中正確選擇FET的參數(shù)；2、掌握FET基本放大電路的靜態(tài)工作點的設置，掌握共源和共漏基本放大電路的等效電路分析法；3、掌握FET與BJT放大電路各自的特點及其應用場合；4、了解FET放大電路的頻率響應。重點：FET的外特性，靜態(tài)工作點的設置，共源和共漏放大電路的基本分析方法，F(xiàn)ET基本放大電路的特點及其應用。難點：絕緣柵型場效應管的工作原理，頻率響應。第2頁/共39頁本次課教學要求1、了解結型場效應管（JFET）的結構及工作原理；2、了解絕緣柵型場效應管（IGFET）的結構及工作原理；3、掌握FET的外特性及參數(shù)，在實際應用中正確選擇FET；4、了解FET和BJT各自的特點。第3頁/共39頁第5章場效應管及其放大電路5.1場效應管（FET）

5.2場效應管基本放大電路第4頁/共39頁5.1場效應管（FET）5.1.1結型場效應管5.1.2絕緣柵型場效應管5.1.3場效應管的主要參數(shù)5.1.4FET與BJT的比較第5頁/共39頁BJT靠iB控制iC,發(fā)射結正偏，當有Vi時必伴隨ib，在某些場合（如測某兩點的開路電壓）導致較大誤差，其原因是BJT的輸入電阻低。場效應管的特點：（1）用電（場）壓效應來控制電流的單極性器件。（2）輸入阻抗高（109～1015

Ω）。（3）噪聲低（柵流約為0）。第6頁/共39頁場效應管的分類第7頁/共39頁5.1.1結型場效應管（JFET）結構及符號

場效應管有三個極：源極（s）、柵極（g）、漏極（d）。導電溝道源極柵極漏極符號結構示意圖N溝道P溝道第8頁/共39頁JFET結構演示第9頁/共39頁1、結型場效應管的工作原理（1）柵-源電壓對導電溝道的影響溝道最寬溝道變窄溝道消失稱為夾斷uGS可以控制導電溝道的寬度。為什么g-s必須加負電壓？UGS（off）第10頁/共39頁1、結型場效應管的工作原理（續(xù)）（2）漏-源電壓對導電溝道的影響uGS＞UGS（off）且不變，VDD增大，iD增大。預夾斷uGD＝UGS（off）VDD的增大，幾乎全部用來克服溝道的電阻，iD幾乎不變，進入恒流區(qū)，iD幾乎僅僅決定于uGS。場效應管工作在恒流區(qū)的條件是什么？uGD>UGS（off）uGD<UGS（off）第11頁/共39頁JFET工作原理演示第12頁/共39頁2、結型場效應管的特性曲線（1）轉移特性夾斷電壓漏極飽和電流場效應管工作在恒流區(qū)，因而uGS＞UGS（off）且uDS＜UGS（off）。

為什么必須用轉移特性描述uGS對iD的控制作用？第13頁/共39頁2、結型場效應管的特性曲線（續(xù)）（2）輸出特性g-s電壓控制d-s的等效電阻預夾斷軌跡，uGD＝UGS（off）可變電阻區(qū)恒流區(qū)iD幾乎僅決定于uGS擊穿區(qū)夾斷區(qū)（截止區(qū)）夾斷電壓IDSSΔiD

不同型號的管子UGS（off）、IDSS將不同。低頻跨導：第14頁/共39頁JFET小結綜上分析可知

溝道中只有一種類型的多數(shù)載流子參與導電，

所以場效應管也稱為單極型三極管。JFET是電壓控制電流器件，iD受uGS控制預夾斷前iD與uDS呈近似線性關系；預夾斷后，iD趨于飽和。#

為什么JFET的輸入電阻比BJT高得多？JFET柵極與溝道間的PN結是反向偏置的，因

此iG0，輸入電阻很高。第15頁/共39頁5.1.2絕緣柵場效應管（IGFET）分類：

增強型N溝道、P溝道耗盡型N溝道、P溝道結構3個電極：漏極D，源極S，柵極G1個襯底引腳（B）。符號：N溝道增強型管P溝道增強型管第16頁/共39頁5.1.2絕緣柵型場效應管（IGFET）導電溝道的形成SiO2絕緣層襯底耗盡層空穴高摻雜反型層大到一定值才開啟(MetalOxide

SemiconductorFET)MOSFET。通常稱為MOS管

uGS增大，反型層（導電溝道）將變厚變長。當反型層將兩個N區(qū)相接時，形成導電溝道。第17頁/共39頁N溝道增強型MOS管結構演示第18頁/共39頁1、絕緣柵型場效應管的工作原理（1）柵-源電壓對導電溝道的影響

當uGS＞0V時→縱向電場→將靠近柵極下方的空穴向下排斥→耗盡層。

當uGS=0V時，漏源之間相當于兩個背靠背的二極管，在d、s之間加上電壓也不會形成電流，即管子截止。

再增加uGS→縱向電場↑→將P區(qū)少子電子聚集到P區(qū)表面→形成導電溝道，如果此時加有漏源電壓，就可以形成漏極電流id。第19頁/共39頁柵源電壓uGS對溝道的影響演示第20頁/共39頁1、絕緣柵型場效應管的工作原理（續(xù)）（2）漏-源電壓對導電溝道的影響

用場效應管組成放大電路時應使之工作在恒流區(qū)。N溝道增強型MOS管工作在恒流區(qū)的條件是什么？iD隨uDS的增大而增大，可變電阻區(qū)uGD＝UGS（th）,預夾斷iD幾乎僅僅受控于uGS，恒流區(qū)剛出現(xiàn)夾斷uDS的增大幾乎全部用來克服夾斷區(qū)的電阻第21頁/共39頁漏源電壓uDS對溝道的影響演示第22頁/共39頁增強型NMOS管工作原理動畫演示第23頁/共39頁2、絕緣柵型場效應管的特性曲線

可根據(jù)輸出特性曲線作出轉移特性曲線。例：作uDS=10V的一條轉移特性曲線：UGS（th）輸出特性曲線iD=f(uDS)uGS=const轉移特性曲線iD=f(uGS)uDS=const第24頁/共39頁輸出特性（續(xù)）①截止區(qū)當vGS＜UGS(th)時，導電溝道尚未形成，iD＝0，為截止工作狀態(tài)。第25頁/共39頁輸出特性（續(xù)）②可變電阻區(qū)vDS≤（vGS－VT）由于vDS較小，可近似為rdso是一個受vGS控制的可變電阻第26頁/共39頁n：反型層中電子遷移率Cox：柵極（與襯底間）氧化層單位面積電容本征電導因子其中Kn為電導常數(shù)，單位：mA/V2第27頁/共39頁3、N溝道耗盡型MOSFET特點：與JFET相似

當uGS=0時，就有溝道，加入uDS，就有iD。當uGS＞0時，溝道增寬，iD進一步增加。

當uGS＜0時，溝道變窄，iD減小。不同點：柵壓可正可負

夾斷電壓（UGS（off）

）——溝道剛剛消失所需的柵源電壓UGS。

結構：在柵極下方的SiO2層中摻入了大量的金屬正離子。所以當uGS=0時，這些正離子已經(jīng)感應出反型層，形成了溝道。第28頁/共39頁增強型與耗盡型MOSFET比較1)增強型MOS管2)耗盡型MOS管開啟電壓夾斷電壓第29頁/共39頁4、P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30頁/共39頁各類FET特性曲線比較PP.135-136圖5.1.11類型符號和極性轉移特性輸出特性uGSOIDSSiDUPuGSOIDSSiDUP－i－uDSOuGS＝0V＋1VD＋2V＋3VuGS＝UP＝＋4VuDSOuGS＝0V－1ViD－2V－3VuGS＝UP＝－4VuDSOuGS＝5ViD3VuGS＝UT＝＋2V4VuGSiDOUTGSD+－iD－+GSD+－iD－+GSD+－iD－+BJFETP溝道JFETN溝道增強型NMOS第31頁/共39頁uGSOiDUPIDSSiDOUTuGSuGSOIDSSiDUPuDSOuGS＝0ViD－2VuGS＝UP＝－4V＋2V－iD－5VuGS＝UT＝－3VO－uDS－4VuGS＝－6V

－iD－2VuGS＝UP＝＋4VO－uDS＋2VuGS＝0VGSD+－iDB+－GSD+－iD－+BGSD+－iDB－+耗盡型NMOS增強型PMOS耗盡型PMOS圖5.1.11（續(xù)）第32頁/共39頁5.1.3場效應管的主要參數(shù)（P137）1．直流參數(shù)

(1)夾斷電壓UGS(off)(3)飽和漏極電流(2)開啟電壓UGS(th)(4)直流輸入電阻RGS——柵源間的等效電阻。由于MOS管柵源間有SiO2絕緣層，輸入電阻可達109～1015Ω

。

對于結型場效應三極管，反偏時RGS約為106～109

Ω。第33頁/共39頁5.1.3場效應管的主要參數(shù)（續(xù)）2．交流參數(shù)(1)

跨導gm

也稱為互導。其定義為(2)

極間電容柵源電容Cgs柵漏電容Cgd漏源電容Cds第34頁/共39頁gm的計算當管子工作在放大區(qū)時得管子的跨導由可見，gm與IDQ有關。IDQ越大，gm也就越大。

同理，對于增強型FET，有第35頁/共39頁5.1.3場效應管的主要參數(shù)（續(xù)）3.極限參數(shù)漏極最大允許耗散功率PDSM=uDSiD該值受管子最高工作溫度的限制。

(2)最大漏極電流IDM管子正常工作時漏極電流允許的上限值。(3)柵源擊穿電壓U（BR）GS是指柵源間反向電流開始急劇上升時的UGS值。漏源擊穿電壓U（BR）DS是指發(fā)生雪崩擊穿、iD開始急劇上升時的UDS值。第36頁/共39頁5.1.4FET的特點及使用注意事項2、使用注意事項

(1)外加電壓極性：

N溝道：UDS