場效應(yīng)管電源設(shè)計(jì)

場效應(yīng)管電源設(shè)計(jì)第1頁/共41頁2§4場效應(yīng)晶體管及場效應(yīng)管放大電路§4.1場效應(yīng)晶體管(FET)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)第2頁/共41頁3一、結(jié)構(gòu)§4.1.1結(jié)型場效應(yīng)管

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(hào)符號(hào)第3頁/共41頁41UGS<0,UDS=0VPN結(jié)反偏，|UGS|越大則耗盡區(qū)越寬，導(dǎo)電溝道越窄。二、工作原理（以N溝道為例）第4頁/共41頁5ID|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5頁/共41頁6NGSDUGSPPUGS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6頁/共41頁72UGS=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7頁/共41頁8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8頁/共41頁93UGS<0,UDS>0VIDUGD=UGS-UDS=UP時(shí)發(fā)生預(yù)夾斷第9頁/共41頁10三、特性曲線和電流方程2.轉(zhuǎn)移特性VP1.輸出特性第10頁/共41頁11

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(huì)顯著下降。第11頁/共41頁12絕緣柵型場效應(yīng)三極MOSFET(MetalOxide

SemiconductorFET)。分為

增強(qiáng)型N溝道、P溝道

耗盡型N溝道、P溝道§4.1.2絕緣柵場效應(yīng)管（MOS)第12頁/共41頁13一N溝道增強(qiáng)型MOSFET1結(jié)構(gòu)

第13頁/共41頁142工作原理

(1)VGS=0V時(shí)，漏源之間相當(dāng)兩個(gè)背靠背的二極管，在D、S之間加上電壓不會(huì)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14頁/共41頁15(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15頁/共41頁163N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16頁/共41頁17輸出特性曲線ID=f(VDS)VGS=const第17頁/共41頁18二N溝道耗盡型MOSFET(a)結(jié)構(gòu)示意圖(b)轉(zhuǎn)移特性曲線

第18頁/共41頁19輸出特性曲線IDUDS0UGS=0UGS<0UGS>0第19頁/共41頁20P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20頁/共41頁212.2.5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(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控制電流控制電流源CCCS(β)電壓控制電流源VCCS(gm)第21頁/共41頁22

§4.1.4場效應(yīng)管的參數(shù)和型號(hào)

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22頁/共41頁23

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23頁/共41頁24⑥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)。第24頁/共41頁25二場效應(yīng)三極管的型號(hào)

場效應(yīng)三極管的型號(hào),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(hào)的序號(hào)，#用字母代表同一型號(hào)中的不同規(guī)格。例如CS14A、CS45G等。第25頁/共41頁26幾種常用的場效應(yīng)三極管的主要參數(shù)第26頁/共41頁27半導(dǎo)體三極管圖片第27頁/共41頁28半導(dǎo)體三極管圖片第28頁/共41頁29§4.2場效應(yīng)放大電路(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)，場效應(yīng)管的偏置電路相對簡單。(2)動(dòng)態(tài)：能為交流信號(hào)提供通路。組成原則：靜態(tài)分析：估算法、圖解法。動(dòng)態(tài)分析：微變等效電路法。分析方法：第29頁/共41頁304.2.2場效應(yīng)管的直流偏置電路及靜態(tài)分析一自偏壓電路vGSQ點(diǎn)：VGS、ID、VDSvGS=VDS=VDD-ID(Rd+R)-iDR第30頁/共41頁31二分壓式偏置電路第31頁/共41頁324.2.2場效應(yīng)管的低頻小信號(hào)等效模型GSD跨導(dǎo)漏極輸出電阻uGSiDuDS第32頁/共41頁33很大，可忽略。

場效應(yīng)管的微變等效電路為：GSDuGSiDuDSSGDugsgmugsudsSGDrDSugsgmugsuds第33頁/共41頁344.2.3共源極放大電路uoUDD=20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10ksgR2R1RGRL'dRLRD微變等效電路第34頁/共41頁35sgR2R1RGRL'dRLRDro=RD=10k第35頁/共41頁364.2.4共漏極放大電路－源極輸出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G第36頁/共41頁37uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2Griro

rogR2R1RGsdRLRS微變等效電路第37頁/共41頁38riro

rogR2R1RGsdRLRS微變等效電路輸入電阻ri第38頁/共41頁3