1、模擬電子技術(shù),主講：王彥 武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學院 二00七年四月,第3章 場效應管放大電路,本章主要內(nèi)容： 3.1 絕緣柵場效應管 3.2 結(jié)型場效應管 3.3 場效應管的比較 3.4 場效應管的主要參數(shù)及使用注意事項 3.5 場效應管放大電路 3.6 本章小結(jié),3.1 絕緣柵場效應管,場效應管的分類：,3.1 絕緣柵場效應管,3.1.1 N溝道增強型MOS管 3.1.2 N溝道耗盡型MOS管,3.1.1 N溝道增強型MOS管,一、結(jié)構(gòu)及符號,N溝道增強型MOS管的結(jié)構(gòu)示意圖,3.1.1 N溝道增強型MOS管,增強型MOS管的電路符號,3.1.1 N溝道增強型MOS管,二、工作原理,N溝道增強型

2、MOS管的基本工作原理,3.1.1 N溝道增強型MOS管,由上圖可以得出結(jié)論: （1）UGS對溝道的影響 UGS0時，導電溝道不存在， ID=0 ； UGS UT時，導電溝道不存在， ID=0； UGS UT時，導電溝道存在， ID0；,3.1.1 N溝道增強型MOS管,（2）ID與UGS、UDS之間的關(guān)系 在滿足UGSUT，且UGS為某一固定值的條件下： 當UDS較?。║GSUDSUT）時，溝道存在，ID隨UDS線性變化。 當UDS較大（UGSUDSUT）時，溝道預夾斷，ID幾乎不隨UDS變化。,3.1.1 N溝道增強型MOS管,三、特性曲線 （1）轉(zhuǎn)移特性曲線 所謂轉(zhuǎn)移特性曲線，就是輸入電

3、壓uGS對輸出電流iD的控制特性曲線。,3.1.1 N溝道增強型MOS管,（2）輸出特性曲線 輸出特性是表示 在UGS一定時，iD與 uDS之間的關(guān)系，是 所表示的關(guān)系曲線.,3.1.1 N溝道增強型MOS管,在輸出曲線中： 截止區(qū) 條件：UGSUT時對應的區(qū)域。 特點：無導電溝道，iD0，截止狀態(tài)。 可變電阻區(qū) 條件：UGSUDSUT。 特點： UGS一定時， iD與u DS呈現(xiàn)線性關(guān)系；改變UGS，即改變線性電阻大小。 恒流區(qū) 條件：UGSUT，且UGSUDSUT。 特點：曲線呈近似水平，uDS對iD的影響很小。,3.1.2 N溝道耗盡型MOS管,N溝道耗盡型MOS管的結(jié)構(gòu)示意圖與電路符號

4、,一、結(jié)構(gòu)及符號,3.1.2 N溝道耗盡型MOS管,N溝道耗盡型MOS管的特性曲線,二、特性曲線,3.2 結(jié)型場效應管 (JFET),3.2.1 JFET結(jié)構(gòu)和符號 3.2.2 JFET的工作原理 3.2.3 JFET伏安特性曲線,3.2.1 JFET的結(jié)構(gòu)與符號,一、結(jié)構(gòu)及符號,N溝道結(jié)型場效應管的結(jié)構(gòu)示意圖和符號,3.2.1 JFET的結(jié)構(gòu)與符號,P溝道結(jié)型場效應管的結(jié)構(gòu)示意圖和符號,3.2.2 JFET的工作原理,一、 UGS對ID的控制作用,UGS對ID的控制作用原理圖,3.2.2 JFET的工作原理,（1）UGS=0時，溝道存在且很寬。 （2）UPUGS0時，溝道存在但變 窄，溝道電

5、阻增大。 （3）UGS UP時，溝道夾斷。,由上圖可得：,3.2.2 JFET的工作原理,改變柵源電壓UGS的大小，可以 有效地控制溝道電阻的大小。 如果在漏源間加上固定電壓UDS，則漏極到源極的電流ID將受到UGS的控制，|UDS|增大時，溝道電阻增大，電流ID減小。,3.2.2 JFET的工作原理,二、 UDS對ID的控制作用,UDS對ID的控制作用 原理圖,3.2.2 JFET的工作原理,在UGS=0時保證溝道存在的條件下： （1）UDSUP，溝道存在。 （2）UDS=UP ，溝道臨界預夾斷。 （3）UDSUP ，溝道夾斷變深。,3.2.3 JFET的伏安特性曲線,一、轉(zhuǎn)移特性曲線,轉(zhuǎn)移

6、特性曲線是輸入電壓uGS對輸出電流iD的控制特性曲線。,3.2.3 JFET的伏安特性曲線,二、輸出特性曲線,輸出特性表示在UGS一定時，iD與uDS之間的關(guān)系曲線.,3.2.3 JFET的伏安特性曲線,N溝道結(jié)型場效應管的三種工作區(qū)： （1）夾斷區(qū) 條件：UGSUP 特點：溝道不存在，ID=0。 （2）恒流區(qū) 條件：UGS- UDS UP 特點： ID 不隨UDS變化，而受UGS控制。 （3）可變電阻區(qū) 條件：UGS- UDS UP 特點： ID受UDS控制，且成線性關(guān)系。,3.2.3 JFET的伏安特性曲線,結(jié)論： （1）結(jié)型效應管工作時，其柵極與溝道之間的PN結(jié)外加反向偏置，以保證有較高

7、的輸入電阻。 （2）結(jié)型效應管是電壓控制電流器件，iD受uGS控制。 （3）預夾前，iD隨uDS線性變化；預夾斷后，iD趨于飽和。,3.3 場效應管的比較,3.3.1 場效應管與三極管的比較,3.3.1 場效應管和三極管比較,（1）場效應管是一種壓控器件，由柵源電壓UGS來控制漏極電流ID；而晶體三極管是電流控制器件，通過基極電流IB控制集電極電流IC。 （2）場效應管參與導電的載流子只有多子，稱為單極性器件；而晶體三極管除了多子參與導電外，少子也參與導電，稱為雙極性器件。 因此，場效應管受溫度、輻射等激發(fā)因素的影響小，噪聲系數(shù)低；而晶體三極管容易受溫度、輻射等外界因素影響，噪聲系數(shù)也大。,3

8、.3.1 場效應管和三極管比較,（3）場效應管直流輸入電阻和交流輸入電阻都非常高，可達數(shù)百兆歐以上；三極管的發(fā)射結(jié)始終處于正向偏置，總是存在輸入電流，因此基極b與發(fā)射極e間的輸入電阻較小，一般只有幾百歐至幾十千歐。 （4）場效應管的跨導較小，當組成放大電路時，在相同的負載電阻下，電壓放大倍數(shù)比晶體三極管低。,3.3.1 場效應管和三極管比較,（4）場效應管的結(jié)構(gòu)對稱，漏極和源極可以互換使用，而各項指標基本上不受影響。如果制造時場效應管的襯底與源極相連，其漏極與源極是不可以互換使用的。但晶體三極管的集電極與發(fā)射極是不能互換使用的。 （5）場效應管的制造工藝簡單，有利于大規(guī)模集成。特別是MOS電路

9、，每個MOS場效應管的硅片上所占的面積只有晶體三極管的5%，因此集成度更高。此外，場效應管還有制造成本低、功耗小等優(yōu)點。,3.4 場效應管主要參數(shù)及使用注意事項,3.4.1 場效應管的主要參數(shù) 3.4.2 場效應管的檢測及注意事項,3.4.1 場效應管的主要參數(shù),1夾斷電壓UP 2開啟電壓UT 3漏極飽和電流IDSS 4擊穿電壓U（BR）DS 5直流輸出電阻RGS,3.4.1 場效應管的主要參數(shù),6交流輸出電阻rd 輸出電阻的定義用公式表示為：,7低頻互導（跨導）gm,3.4.1 場效應管的主要參數(shù),8最大耗散功率PDM PDM=iDuDS,除了以上參數(shù)外，場效應管還有噪聲系數(shù)、高頻參數(shù)、極間

10、電容等其他參數(shù)。一般情況下，場效應管的噪聲系數(shù)很小，極間電容較大。,3.4.2 場效應管的檢測及 使用注意事項,一、檢測 由于絕緣柵型（MOS）場效應管輸入電阻很高，不宜用萬用表測量，必須用測試儀測量，而且測試儀必須良好接地，測試結(jié)束后應先短接各電極放電，已防外來感應電勢將柵極擊穿。,3.4.2 場效應管的檢測及 使用注意事項,二、使用注意事項 （1）在MOS管中，有的產(chǎn)品將襯底引出，這種管子有4個管腳，應注意襯底的使用。 （2）注意MOS管的漏極和源極是否可互換使用。 （3）存放時應將各電極引線短接。,3.4.2 場效應管的檢測及 使用注意事項,（4）焊接時，電烙鐵必須有外接地線，以屏蔽交流

11、電場，防止損壞管子。 （5）結(jié)型場效應管柵極與源極之間的PN結(jié)不能加正向電壓，否則燒壞管子。 （6）在使用場效應管時，要注意漏-源電壓、漏極電流及耗散功率等，不要超過規(guī)定的最大允許值。,3.5 場效應管放大電路,3.5.1 場效應管的直流偏置電路及 靜態(tài)工作點 3.5.2 場效應管微變等效電路分析,3.5.1 場效應管的直流偏置電 路及靜態(tài)工作點,根據(jù)輸入、輸出回路公共端選擇不同，將場效應管放大電路分成共源、共漏和共柵3種組態(tài)。由于場效應管具有輸入電阻高的特點，一般很少將場效應管接成共柵組態(tài)的放大電路。 通常場效應管設(shè)置偏置的方式有兩種，即自給偏壓電路和分壓式偏置電路。,3.5.1 場效應管的

12、直流偏置電 路及靜態(tài)工作點,一、自給偏壓電路,通過Rg將Rs兩端的直流電壓加到G-S之間，因柵極電流IG0: UGS=VGIDRs IDRs,3.5.1 場效應管的直流偏置電 路及靜態(tài)工作點,確定靜態(tài)一般可采用兩種方法：圖解法和估算法。 （1）圖解法 思路：ID與UGS是線性關(guān)系，通過作圖求出Q點坐標值（UGSQ，IDQ）， 然后再列出輸出回路的電壓方程： UDSQ=VCCIDQ（Rd+Rs）,3.5.1 場效應管的直流偏置電 路及靜態(tài)工作點,具體步驟：,圖解法分析靜態(tài)工作點,3.5.1 場效應管的直流偏置電 路及靜態(tài)工作點,（2）計算法 靜態(tài)時有： （A） 由輸入回路得： UGS=VGIDR

13、s IDRs （B） 由A、B即可求得靜態(tài)時的IDQ和UGSQ值，再由輸出回路列出電壓方程，代入之后即可求得UDSQ值。,3.5.1 場效應管的直流偏置電 路及靜態(tài)工作點,二、分壓式偏置電路,該放大電路靜態(tài)工作點的計算仍可采用圖解法或計算法求出。,3.5.2 場效應管的微變等效 電路分析,一、場效應管的微變等效電路,場效應管微變等效電路,由伏安特性曲線可得：,3.5.2 場效應管的微變等效 電路分析,二、共源極放大電路 典型共源放大電路的微變等效電路如圖。,3.5.2 場效應管的微變等效 電路分析,（1）電壓放大倍數(shù)Au （2）輸入電阻ri （3）輸出電阻ro ro=Rd,3.5.2 場效應管

14、的微變等效 電路分析,三、共漏極放大電路（源極輸出器）,3.5.2 場效應管的微變等效 電路分析,（1）電壓放大倍數(shù)Au （2）輸入電阻ri （3）輸出電阻ro,3.6 本章小結(jié),一、場效應管的特點、種類和工作原理 （1）基本特點 是一種電壓控制器件，利用柵源電壓來控制漏極電流的。 輸入電阻非常大。 場效應管僅有一種載流子（多數(shù)載流子）參與導電，其溫度穩(wěn)定性高，噪聲系數(shù)小。,3.6 本章小結(jié),（2）主要類型 （3）基本工作原理 通過外加電壓uGS來改變導電溝道的寬窄，從而來控制電流iD的大小。,3.6 本章小結(jié),二、場效應管的特性曲線 （1）轉(zhuǎn)移特性曲線反映柵源電壓uGS對漏極電流iD的控制作用，其斜率反映了控制能力并用跨導gm表示。 （2）輸出特性曲線反映漏極電流iD與漏源電壓uDS之間的變化關(guān)系。它分為可變電阻區(qū)、恒流區(qū)、擊穿