場效應管放大電路

場效應管放大電路第1頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月15.1結(jié)型場效應管5.1.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理

1.結(jié)構(gòu):Ndgs高攙雜的P型區(qū).N溝道JEFT的示意圖N型導電溝道符號gds對于N溝道JEFT工作于放大狀態(tài)，vGS<0.vDS>0g—柵極，s—源極，d—漏極第2頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月2Pdgs高攙雜的N型區(qū).P型導電溝道P溝道JEFT的示意圖對于P溝道JEFT工作于放大狀態(tài)，

vGS>0.vDS<0gds符號第3頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月32.工作原理(1)vGS對iD的控制作用

vGS=0Vp<vGS<0vGS≦VP耗盡層兩側(cè)剛剛合攏，溝道全部夾斷時的vGS稱為夾斷電壓VPNPdgsNgdsNsgd先設(shè)：vDS=0第4頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月4vGS

對溝道的影響：改變vGS的大小，可以有效的控制耗盡層的寬度，從而改變溝道電阻的大小。若在漏源極間加上固定的正向電壓，則漏極流向源極的電流iD將受vGS的控制。對N溝道，vGS減小，溝道電阻增大，iD減小。vDS=0時，耗盡層均勻第5頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月5(2)VDS對iD的影響

設(shè)：vGS>VP且不變vDS=0，耗盡層均勻vGS>Vp

vGD>Vp

：溝道呈電阻性，iD隨vDS升高幾乎成正比例的增加。vDS不為0時，耗盡層變成鍥型。vDS增加，鍥型的斜率加大。NdgsNdgs耗盡層iD第6頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月6∵vGD=vGS-vDSvDS↑，vGD↓當vGD=VP時，靠近D端兩邊的耗盡層相接觸—預夾斷。iD達到了最大值IDSS。

此時：vDS=vGS-VPvDS再加大，vGD<VP(vDS>

vGS-VP)耗盡層兩邊相接觸的長度增加，iD基本上不隨vDS的增加而上升，漏極電流趨于飽和—飽和區(qū)，恒流區(qū)。NdgsNgds預夾斷夾斷長度增加第7頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月75-1-2N溝道，JFET的特性曲線輸出特性

iD=f(vDS)|vGS=常數(shù)在該區(qū)FET可以看成一個壓控電阻。特點:vGS越負，耗盡層越寬，漏源間的電阻越大，輸出曲線越傾斜。

iD與vDS幾乎成線性關(guān)系。1區(qū):可變電阻區(qū)

0>vGS>VP,0>vGD>Vp第8頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月82區(qū)：飽和區(qū)（恒流區(qū)，線性放大區(qū)）

0≤vGS>Vp,vGD<Vp特點:iD隨vGS下降而減少,iD受vGS的控制。vDS增加時，iD基本保持不變，成恒流特性。在該區(qū)域，場效應管等效成一個受vGS控制的恒流源。場效應管作放大器時工作在該區(qū)域。第9頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月94區(qū)：擊穿區(qū)

vDS太大，致使柵漏PN結(jié)雪崩擊穿，F(xiàn)ET處于擊穿狀態(tài).。場效應管一般不能工作在該區(qū)域內(nèi)。3區(qū)：截止區(qū)vGS<VP，vGD<VP

iD=0場效應管截止第10頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月10(2)轉(zhuǎn)移特性曲線

iD=f(vGS)|vDS=常數(shù)表征柵源電壓vGS對漏極電流的控制作用，場效應管是電壓控制器件。在飽和區(qū)內(nèi)，F(xiàn)ET可看作壓控電流源。轉(zhuǎn)移特性方程：iD=IDSS(1-vGS/VP)2VPIDSSvGS-0.8–0.4vGS第11頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月11（3）主要參數(shù)夾斷電壓：VP當導電溝道剛好完全被關(guān)閉時，柵源所對應的電壓vGS稱為夾斷電壓。夾斷電壓與半導體的攙雜濃度有關(guān)。飽和漏電流：IDSS場效應管處于飽和區(qū)，且

vGS=0時的漏極電流，對于結(jié)型場效應管，為最大工作電流。低頻互導：gmgm=diD/dvGS|vDS=常數(shù)反映了柵源電壓對漏極電流的控制能力，是轉(zhuǎn)移特性曲線上，靜態(tài)工作點處的斜率。第12頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月12輸出電阻：rd輸出電阻反映了vDS對iD的影響，是輸出特性上，靜態(tài)工作點處切線斜率的倒數(shù)。在飽和區(qū)內(nèi)，iD隨vDS改變很小，因此rd數(shù)值很大。最大漏源電壓：V(BR)DS最大耗散功率：PDM第13頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月134.3金屬-氧化物-半導體場效應管

4.3.1N溝道增強型MOSFET金屬柵極、SiO2絕緣層、半導體，構(gòu)成平板電容器。MOSFET利用柵源電壓的大小，來改變襯底b表面感生電荷的多少，從而控制漏極電流的大小。N溝道增強型MOS管示意圖N溝道增強型MOS管符號sgd襯底b

PN+N+鋁SiO2MOS場效應管的類型：增強型：包括N溝道和P溝道耗盡型：包括N溝道和P溝道dsgbP溝道增強型MOS管符號dsgb第14頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月141、溝道形成原理①vDS=0時，vGS

的作用在SiO2絕緣層中產(chǎn)生垂直向下的電場，該電場排斥P區(qū)中的多子空穴，而將少子電子吸向襯底表面。vGS不夠大時，吸向襯底表面的電子將與空穴復合而消失，襯底表面留下了負離子的空間電荷區(qū)—耗盡層，并與兩個PN結(jié)的耗盡層相連，此時源區(qū)和漏區(qū)隔斷。無導電溝道iD=0vGS=0時，iD=00<vGS<VT時dsgb

PN+N+耗盡層

g

PdsN+N+b第15頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月15vGS加大，將吸引更多的電子到襯底表面，形成自由電子的薄層——反型層。(表層的導電類型由原來P型轉(zhuǎn)化為N型)N型導電溝道形成。vDS=0時反型層均勻vGS>VT剛形成反型層所需的vGS的值——開啟電壓VT

。vGS<VT，溝道未形成，iD=0(截止區(qū)）。vGS>VT，溝道形成，

vDS>0時，將形成電流iD。vGS↑，溝道加寬，溝道電阻↓，

iD↑。

g

PdsN+N+N溝道當外加正vDS時，源區(qū)的多子(電子)將沿反型層漂移到漏區(qū)形成漏極電流iD。第16頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月16②vGS>VT且不變,vDS對溝道的影響導電溝道形成后，在vDS的作用下，形成漏極電流iD

，沿溝道d→s，電位逐漸下降,sio2中電場沿溝道d→s逐漸加大，導電溝道的寬度也沿溝道逐漸加大，靠近漏極端最窄。vGS>VT,且vGD>VT

(vDS<vGS-VT)

溝道暢通，場效應管等效為小電阻（可變電阻區(qū)）。

PN+N+gdsvDS使溝道不再均勻第17頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月17vDS再↑，使

vGD<VT

(vDS>vGS-VT)

夾斷點向左移動，溝道中形成高阻區(qū)，電壓的增加全部降在高阻區(qū)，iD基本不變——恒流區(qū)。vDS↑

,vGD↓,溝道斜率↑，靠近漏極端更窄。當vGD=VT

時(vDS=vGS-VT)靠近漏極端的反型層剛好消失——預夾斷。預夾斷gd

PN+N+ssgds

PN+N+第18頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月183、特性曲線1區(qū)：可變電阻區(qū):

vGS>VTvGD>VT

溝道呈電阻性，iD隨vDS的增大而線性增大。電阻值隨vGS增加而減小。2區(qū)：恒流區(qū)(線性放大區(qū)）vGS>VTvGD<VT

iD=IDO｛(vGS/VT)-1｝2IDO是vGS=2VT時，iD的值。iD受vGS的控制。4區(qū)：擊穿區(qū)3區(qū)截止區(qū)vGS<VTvGD<VTiD=0VT第19頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月19CMOS電路vi=VDDvGSP=0>VTPT1截止vGSN=VDD>VTNT2導通vo=0vi=0vGSP=-VDD<VTPT1導通vGSN=0<VTNT2截止vo=VDDT2：N溝道T1：P溝道dsgsvivoVDD非門電路第20頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月205.3.2N溝道耗盡型MOSFET結(jié)構(gòu)與N溝道增強型相同，但在SiO2的絕緣層中摻有大量的正離子。當vGS=0時，也能在襯底表面感應出很多的電子，形成N型導電溝道。在零柵源電壓下也存在導電溝道的FET稱耗盡型。耗盡型MOSFET在零、正和負柵源電壓下都可工作。N溝道耗盡型MOS管符號sdgbP溝道耗盡型MOS管符號sdgbsgd

PN+N+vGS↑

,溝道寬度↑，iD↑vGS↓

,溝道寬度↓，iD↓第21頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月215.3.3場效應管比較N溝道：vDS>0,iD為電子電流,iDS>0（電流實際方向流入漏）P溝道vDS<0,iD為空穴電流,iDS<0（電流實際方向流出漏）襯底的極性：必須保證PN結(jié)反偏。N溝道：P型襯底須接在電路中的最低電位上。P溝道：N型襯底須接在電路中的最高電位上。增強型MOS管：vGS單極性，總與vDS一致（N溝道正，P溝道負）。vGS=0時

iDS=0。耗盡型MOS管：vGS可正可負。J型場效應管：vGS單極性，總與vDS相反（N溝道負,，P溝道正)。vGS=0時iDS≠

0（絕對值達最大）轉(zhuǎn)移特性：N溝道vGSiDSvGSiDSP溝道第22頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月225.4場效應管放大電路5.4.1FET的直流偏置電路及靜態(tài)分析1零偏壓電路2自偏壓電路VGS=-IDRSVGS=0RdVDDsgRGdb直流偏置電路RdVDDsgRGdbRS適應于耗盡型MOS場效應管適應于結(jié)型或耗盡型MOS管第23頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月233分壓式自偏壓電路VGS可正可負,適應于任何一種類型.靜態(tài)工作點的確定※根據(jù)外部電路列出線性方程※列出場效應管的轉(zhuǎn)移特性方程

RdVDDsgRg1dbRSRg2Rg3增強型MOS管J型、耗盡型MOS管第24頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月24例Rg3sgRRdVDDRg1dRg2J型管iD不能大于IDSS1.59mA的結(jié)果舍去ID=0.31mA第25頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月255.4.2FET的小信號模型分析法FET的低頻小信號簡化模型gdsFET低頻小信號模