電子技術(shù)基礎(chǔ)第3章場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路課件

第3章

場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路自動(dòng)化工程系雷永鋒2013第3章場(chǎng)效應(yīng)管放大電路Sect3.1、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管3.2、絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管MOS3.3場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)3.4場(chǎng)效應(yīng)管放大電路場(chǎng)效應(yīng)管FET與三極管BJT的區(qū)別Sect1.BJT:是電流控制元件；FET:是電壓控制元件。2.BJT參與導(dǎo)電的是電子—空穴，因此稱其為雙極型器件；FET是電壓控制元件，參與導(dǎo)電的只有一種載流子，稱為單級(jí)型器件。3.BJT輸入電阻較低，一般102~104；FET輸入電阻高，可達(dá)109~1014場(chǎng)效應(yīng)管的分類結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFETMOS型場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET

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2.JFET工作原理

N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管只能工作在負(fù)柵壓區(qū)，P溝道的只能工作在正柵壓區(qū)，當(dāng)UGS=0時(shí)，溝道較寬，在UDS的作用下N溝道內(nèi)的電子定向運(yùn)動(dòng)形成漏極電流ID。當(dāng)UGS＜0時(shí)，PN結(jié)反偏，PN結(jié)加寬，漏源間的溝道將變窄，ID將減小，當(dāng)UGS繼續(xù)向負(fù)方向增加，溝道繼續(xù)變窄，ID繼續(xù)減小直至為0。當(dāng)漏極電流為零時(shí)所對(duì)應(yīng)的柵源電壓UGS稱為夾斷電壓UP。P+P+NGSDUDSIDDP+P+NGSUDSIDUGS預(yù)夾斷UGS=UP夾斷狀態(tài)ID=0Sect導(dǎo)電溝道3.1.2JFET特性曲線UP轉(zhuǎn)移特性曲線輸出特性曲線Sect∣1.輸出特性曲線：可變電阻區(qū)線性放大區(qū)ID=gmUGS

擊穿區(qū)IDSS：飽和柵極漏極電流,UGS=0UP：預(yù)夾斷電壓,iD=0UT：開啟電壓,不通轉(zhuǎn)通2.轉(zhuǎn)移特性曲線：UT3.2、絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管MOSSect3.2.1.N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管漏極D→集電極C源極S→發(fā)射極E柵極G→基極B襯底B電極—金屬絕緣層—氧化物基體—半導(dǎo)體稱之為MOS管類型：N溝道增強(qiáng)型P溝道耗盡型退出1.結(jié)構(gòu)和工作原理

2.N溝道增強(qiáng)型MOS特性曲線

UDS一定時(shí)，UGS對(duì)漏極電流ID的控制關(guān)系曲線

ID=f(UGS)UDS=C

1).轉(zhuǎn)移特性曲線UDS>UGS-UTUGS(V)ID(mA)UT在恒流區(qū)，ID與UGS的關(guān)系為ID≈K(UGS-UT)2溝道較短時(shí)，應(yīng)考慮UDS對(duì)溝道長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)作用：ID≈K(UGS-UT)2（1+UDS)K—導(dǎo)電因子（mA/V2)—溝道調(diào)制長(zhǎng)度系數(shù)n—溝道內(nèi)電子的表面遷移率COX—單位面積柵氧化層電容W—溝道寬度L—溝道長(zhǎng)度Sn—溝道長(zhǎng)寬比K'—本征導(dǎo)電因子Sect2).輸出特性曲線2.恒流區(qū)：UGS一定，ID基本不隨UDS變化而變3.擊穿區(qū)：UDS增加到某一值時(shí)，ID開始劇增而出現(xiàn)擊穿。ID開始劇增時(shí)UDS稱為漏源擊穿電壓。UGS=6VUGS=4VUGS=5VUGS=3VUGS=UT=3VUGS(V)ID(mA)SectUGS一定時(shí)，ID與UDS的變化曲線，是一族曲線

ID=f(UDS)UGS=C1.可變電阻區(qū)：

近線性ID≈2K(UGS-UT)UDS可變電阻區(qū):當(dāng)UGS變化時(shí)，RON將隨之變化恒阻區(qū):當(dāng)UGS一定時(shí)，RON近似為一常數(shù)3.2.2N溝道耗盡型MOS場(chǎng)效應(yīng)管+++++++耗盡型MOS管存在原始導(dǎo)電溝道Sect1.工作原理當(dāng)UGS=0時(shí)，UDS加正向電壓，產(chǎn)生漏極電流ID,此時(shí)的漏極電流稱為漏極飽和電流IDSS當(dāng)UGS＞0時(shí)，將使ID進(jìn)一步增加。當(dāng)UGS＜0時(shí)，UGS的減小漏極電流逐漸減小。直至ID=0。對(duì)應(yīng)ID=0的UGS稱為夾斷電壓UP退出各類場(chǎng)效應(yīng)三極管的特性曲線3.3場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)Sect1.開啟電壓UTMOS增強(qiáng)型管的參數(shù)，柵源電壓小于開啟電壓的絕對(duì)值,場(chǎng)效應(yīng)管不能導(dǎo)通。2.夾斷電壓UP夾斷電壓是耗盡型FET的參數(shù)，當(dāng)UGS=UP時(shí),漏極電流為零。3.飽和漏極電流IDSS耗盡型場(chǎng)效應(yīng)三極管當(dāng)UGS=0時(shí)所對(duì)應(yīng)的漏極電流。4.直流輸入電阻RGS柵源間所加的恒定電壓UGS與流過(guò)柵極電流IGS之比結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，反偏時(shí)RGS約大于107Ω，絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管RGS約是109～1015Ω5.漏源擊穿電壓BUDS使ID開始劇增時(shí)的UDS。6.柵源擊穿電壓BUGSJFET：反向飽和電流劇增時(shí)的柵源電壓MOS：使SiO2絕緣層擊穿的電壓7.低頻跨導(dǎo)gm低頻跨導(dǎo)反映了柵壓對(duì)漏極電流的控制作用3.4場(chǎng)效應(yīng)管放大電路1、靜態(tài)值：3.4.1共源組態(tài)基本放大電路(1).分壓偏置電路

UGS=UG－US=UG－IDRSUDS=VDD－ID(Rd+RS)(2).自給偏壓電路

UGS=-ISRS=-IDRSUDS=VDD－ID(Rd+RS)自給偏置電路：適合結(jié)型管和耗盡型MOS管外加偏置電路：適合增強(qiáng)型MOS管采用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管采用絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管退出①電壓放大倍數(shù)LddsL////'RRrR=LmgsLddsgsm')////(RgVRRrVgAv-=-=&&&Lddsgsmo)////(RRrVgV-=&&3.交流分析②輸入電阻

③輸出電阻計(jì)算Ro的電路模型例3.3.1

用EWB分析圖共源結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管基本放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)和電壓放大倍數(shù)，并與理論計(jì)算相比較。已知gm=0.69mA/V,IDSS=1mA、UP=-2V。

(1)．靜態(tài)工作點(diǎn)仿真，結(jié)果列在圖中。(2)．靜態(tài)工作點(diǎn)理論計(jì)算。

UDS＝VDD－（RS＋Rｄ）ID

上述方程組代入數(shù)據(jù)得兩組解：ID＝0.46mA，UGS＝－0.6V，UDS＝6.8V。(3)．動(dòng)態(tài)計(jì)算。

列方程Ui＝UgsUo＝－gmUgsR’L

求解得：Au＝－gmR’L=－3.45(4)．電壓放大倍數(shù)的仿真。Au＝－465/100=－4.65，比計(jì)算值大，這主要是由三極管參數(shù)差異造成的。如果實(shí)際安裝，實(shí)測(cè)值一般與計(jì)算值也會(huì)有差別，需要通過(guò)調(diào)試使電子電路的技術(shù)指標(biāo)符合要求。3.4.2共漏組態(tài)基本放大電路①電壓放大倍數(shù)(1)直流分析

VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2)

VGSQ=VG－VS=VG－IDQR

IDQ