1、場(chǎng)效應(yīng)管及放大電路1第1頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二一、場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的分類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(chǎng)效應(yīng)管JFET結(jié)型MOSFET絕緣柵型(IGFET) 4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管2第2頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二1、結(jié)構(gòu) 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)二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和工作原理3第3頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二 UGS0VID越靠近漏極，PN結(jié)反壓越大, 耗盡層越寬，導(dǎo)電溝道越窄

2、溝道中仍是電阻特性，但是是非線性電阻。7第7頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二當(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。ID8第8頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二 UGS0VIDUGD= UGS- UDS=UP時(shí)發(fā)生預(yù)夾斷9第9頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二三、特性曲線和電流方程2. 轉(zhuǎn)移特性 VP1. 輸出特性 10第10頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二 結(jié)型場(chǎng)

3、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(chǎng)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(chǎng)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。11第11頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)三極管MOSFET( Metal Oxide Semiconductor FET)。分為 增強(qiáng)型 N溝道、P溝道 耗盡型 N溝道、P溝道 4.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（MOS)12第12頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二一 N溝道增強(qiáng)型MOSFET1 結(jié)構(gòu) 13

4、第13頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二2 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14第14頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二(3) VGS VGS（th)0時(shí)， VDS0 VDS=VDGVGS =VGDVGS VGD=VGSVDS VGS（th)時(shí)發(fā)生預(yù)夾斷15第15頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二3 N溝道增強(qiáng)型MOS管的特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線 ID=f(VGS)VDS=const16第16頁(yè)

5、，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二輸出特性曲線ID=f(VDS)VGS=const17第17頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二二 N溝道耗盡型MOSFET (a) 結(jié)構(gòu)示意圖 (b) 轉(zhuǎn)移特性曲線 18第18頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二輸出特性曲線IDU DS0UGS=0UGS019第19頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二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(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。20第2

6、0頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二 4.3 雙極型和場(chǎng)效應(yīng)型三極管的比較 雙極型三極管 場(chǎng)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() 電壓控制電流源VCCS(gm)21第21頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二 4.4 場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)和型號(hào)一 場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù) 開啟電壓VGS(th) (或VT) 開啟電壓是MOS增強(qiáng)型管的參數(shù)，柵

7、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。 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。 飽和漏極電流IDSS 耗盡型場(chǎng)效應(yīng)三極管, 當(dāng)VGS=0時(shí)所對(duì)應(yīng)的漏極電流22第22頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二 輸入電阻RGS 場(chǎng)效應(yīng)三極管的柵源輸入電阻的典型值，對(duì)于結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管，反偏時(shí)RGS約大于107，對(duì)于絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)三極管, RGS約是1091015。 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， 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

8、得23第23頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二 最大漏極功耗PDM 最大漏極功耗可由PDM= VDS ID決定，與雙極型三極管的PCM相當(dāng)。 7 漏、源間擊穿電壓 BUDS 輸出特性曲線上，當(dāng)漏極電流急劇增加，產(chǎn)生雪崩擊穿時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓。 8 柵、源間擊穿電壓 BUGS 破壞性擊穿 24第24頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二二 場(chǎng)效應(yīng)三極管的型號(hào) 場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)管，O代表絕緣柵場(chǎng)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,3DJ6

9、D是結(jié)型N溝道場(chǎng)效應(yīng)三極管，3DO6C是絕緣柵型N溝道場(chǎng)效應(yīng)三極管。 第二種命名方法是CS#，CS代表場(chǎng)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。25第25頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二幾種常用的場(chǎng)效應(yīng)三極管的主要參數(shù)26第26頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二 電路的組成原則及分析方法(1).靜態(tài)：適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)，使場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū) (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4.5 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路 場(chǎng)效應(yīng)管具有輸入電阻高

10、的特點(diǎn)，是電壓控制器件，即用柵源電壓uGS控制漏極電流iD。27第27頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二一 自偏壓電路vGSQ點(diǎn)：VGS 、ID 、VDSvGS =VDS =VDD- ID (Rd + R )- iDR4.5 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路 4.5.1 共源放大電路28第28頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二一.靜態(tài)分析（Ui=0） 4.5.1 共源放大電路G極絕緣 IG=01.估算法UGS = VGGID = IDO（UGS / UT 1)2UDS = VDD - ID RD 29第29頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期

11、二一.靜態(tài)分析（Ui=0） 直流負(fù)載線：2.圖解法UDS = VDD ID RD直流負(fù)載線和UGS負(fù)載線的交點(diǎn)即為Q點(diǎn)。4.5.1 共源放大電路30第30頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二GSD跨導(dǎo)漏極輸出電阻uGSiDuDS4.5.1 共源放大電路二.動(dòng)態(tài)分析（等效電路法）31第31頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二很大，可忽略。 場(chǎng)效應(yīng)管的微變等效電路為：GSDuGSiDuDSSGDugsgmugsudsSGDrDSugsgmugsuds32第32頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二 共源極放大電路uoUDD=20VRS

12、uiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10ksgR2R1RGRLdRLRD微變等效電路33第33頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二sgR2R1RGRLdRLRDro=RD=10k34第34頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二共漏極放大電路 源極輸出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G35第35頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2Griro rogR2R1RGsdRLRS微變等效電路3

13、6第36頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二riro rogR2R1RGsdRLRS微變等效電路輸入電阻 ri37第37頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二輸出電阻 rogd微變等效電路ro roR2R1RGsRS38第38頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二場(chǎng)效應(yīng)管放大電路小結(jié)(1) 場(chǎng)效應(yīng)管放大器輸入電阻很大。(2) 場(chǎng)效應(yīng)管共源極放大器(漏極輸出)輸入輸出反相，電壓放大倍數(shù)大于1；輸出電阻=RD。(3) 場(chǎng)效應(yīng)管源極跟隨器輸入輸出同相，電壓放大倍數(shù)小于1且約等于1；輸出電阻小。39第39頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日

14、，11點(diǎn)35分，星期二設(shè): gm=3mA/V=50rbe = 1.7K例題: 前級(jí):場(chǎng)效應(yīng)管共源極放大器后級(jí):晶體管共射極放大器求:總電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻+UCCRS3M(+24V)R120KUi10KC2C3R4R3RLRE282K43K10K8KUo10KC1RCT1RE1CE2T2USCE1RD10KR21M40第40頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二（1）估算各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn): （略）（2）動(dòng)態(tài)分析: 微變等效電路R3R4RCRLRSR2R1RDIbIdrbeIcUGS首先計(jì)算第二級(jí)的輸入電阻 ri2= R3/ R4/ rbe=82/43/1.7=1.7 k41第41頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)35分，星期二R3R4RCRLRSR2R1RDIbIdrbeIcUGS第二步:計(jì)算各級(jí)電壓放大倍數(shù)2=-RC2/RLrbe=-50(10/10)/1.7=-147AV1=- gmRL1=-gm (RD /ri2)=-3(10/1.7)=-4.442第42頁(yè)，共44頁(yè)，2022年，5月