模电第三章-场效应管放大电路ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,场效应管放大电路,3 场效应管放大电路,3.1 场效应管,2.2 场效应单管放大电路,3 场效应管放大电路3.1 场效应管2.2 场效应单管放,1,场效应管的定义：,场效应管是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件。,场效应管的特点：,场效应管的工作原理：,具有输入阻抗高、热稳定性好、噪声低、抗辐射能力强、制造工艺简单等优点。,兼有体积小、重量轻、耗电省寿命长等特点。,将控制电压转换为漏极电流互导放大器件。,场效应管的定义： 场效应管是一种利用电场效应来,2,P沟道,耗尽型D,P沟道,P沟道,N沟道,增强型E,N沟道,N沟道,（耗尽型）,FET,场效应管,JFET,结型,MOSFET,绝缘栅型,(IGFET),耗尽型,：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在,增强型,：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道,场效应管的分类：,P沟道耗尽型DP沟道P沟道N沟道增强型EN沟道N沟道（耗尽型,3,3.1 场效应管,3.1.1 金属氧化物-半导体场效应管MOSFET,3.1.2 结型场效应管JFET,3.1 场效应管3.1.1 金属氧化物-半导体场效应管M,4,1 N沟道增强型MOSFET,1. 结构,（N沟道）,L,：沟道长度,W ：沟道宽度,tox ：绝缘层厚度,通常,W,L,1 N沟道增强型MOSFET1. 结构（N沟道）L ：沟道,5,1 N沟道增强型MOSFET,剖面图,1. 结构,（N沟道）,符号,1 N沟道增强型MOSFET剖面图1. 结构（N沟道）符号,6,1 N沟道增强型MOSFET,工作原理,（1）,v,GS,对沟道的控制作用,当,v,GS,=0时,无导电沟道， d、s间加电压时，也无电流产生。,当0,v,GS,V,T,时,在电场作用下产生导电沟道，d、s间加电压后，将有电流产生。,v,GS,越大，导电沟道越厚,V,T,称为开启电压,输出特性曲线,1 N沟道增强型MOSFET工作原理（1）vGS对沟道的控,7,工作原理,（2）,v,DS,对沟道的控制作用,靠近漏极d处的电位升高,电场强度减小,沟道变薄,当,v,GS,一定（,v,GS,V,T,）时，,v,DS,I,D,沟道电位梯度,整个沟道呈楔形分布,输出特性曲线,工作原理（2）vDS对沟道的控制作用靠近漏极d处的电位升高,8,当,v,GS,一定（,v,GS,V,T,）时，,v,DS,I,D,沟道电位梯度,当,v,DS,增加到使,v,GD,=,V,T,时，在紧靠漏极处出现预夹断。,工作原理,（2）,v,DS,对沟道的控制作用,在预夹断处：,v,GD,=,v,GS,-,v,DS,=,V,T,输出特性曲线,当vGS一定（vGS VT ）时，vDSID沟道电,9,预夹断后，,v,DS,夹断区延长,沟道电阻,I,D,基本不变,工作原理,（2）,v,DS,对沟道的控制作用,预夹断后，vDS夹断区延长沟道电阻ID基本不变工作,10,工作原理,（3）,v,DS,和,v,GS,同时作用时,给定一个,v,GS,，就有一条不同的,i,D,v,DS,曲线。,工作原理（3） vDS和vGS同时作用时 给定一个vG,11,V,-,I,特性曲线及大信号特性方程,（1）输出特性及大信号特性方程, 截止区,当,v,GS,V,T,时，导电沟道尚未形成，,i,D,0，为截止工作状态。,V-I 特性曲线及大信号特性方程（1）输出特性及大信号特性方,12,V,-,I,特性曲线及大信号特性方程,（1）输出特性及大信号特性方程, 可变电阻区,v,DS,（,v,GS,V,T,）,由于,v,DS,较小，可近似为,r,dso,是一个受,v,GS,控制的可变电阻,V-I 特性曲线及大信号特性方程（1）输出特性及大信号特性,13,V,-,I,特性曲线及大信号特性方程,（1）输出特性及大信号特性方程, 可变电阻区,n,：反型层中电子迁移率,C,ox,：栅极（与衬底间）氧化层单位面积电容,本征电导因子,其中,K,n,为电导常数，单位：mA/V,2,V-I 特性曲线及大信号特性方程（1）输出特性及大信号特性,14,V,-,I,特性曲线及大信号特性方程,（1）输出特性及大信号特性方程, 饱和区,（恒流区又称放大区）,v,GS,V,T,，且,v,DS,（,v,GS,V,T,）,是,v,GS,2,V,T,时的,i,D,V,-,I,特性：,V-I 特性曲线及大信号特性方程（1）输出特性及大信号特性,15,V,-,I,特性曲线及大信号特性方程,（2）转移特性,在漏源电压一定的条件下，栅源电压对漏极电流的控制特性,V-I 特性曲线及大信号特性方程（2）转移特性,16,2 N沟道耗尽型MOSFET,1. 结构和工作原理,（N沟道）,二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子,可以在正或负的栅源电压下工作，而且基本上无栅流,v,GS,为负电压达到一定数值时，沟道完全被夹断，此时的栅源电压称为夹断电压V,p,2 N沟道耗尽型MOSFET1. 结构和工作原理（N沟道）,17,2 N沟道耗尽型MOSFET,2.,V,-,I,特性曲线及大信号特性方程,（N沟道增强型）,2 N沟道耗尽型MOSFET2. V-I 特性曲线及大信,18,3 P沟道MOSFET,3 P沟道MOSFET,19,4 沟道长度调制效应,实际上饱和区的曲线并不是平坦的,L,的单位为,m,当不考虑沟道调制效应时，,0，曲线是平坦的。,修正后,4 沟道长度调制效应实际上饱和区的曲线并不是平坦的L的单位,20,3.1.2 JFET,1. 结构,#,符号中的箭头方向表示什么？栅结（PN结）的正偏方向,3.1.2 JFET1. 结构 # 符号中的箭,21,2. 工作原理,v,GS,对沟道的控制作用,当,v,GS,0时,（以N沟道JFET为例）,当沟道夹断时，对应的栅源电压,v,GS,称为,夹断电压,V,P,（ 或,V,GS(off),）。,对于N沟道的JFET，,V,P,0,。,PN结反偏,耗尽层加厚,沟道变窄。,v,GS,继续减小，沟道继续变窄。,2. 工作原理 vGS对沟道的控制作用当vGS0时（以,22,2. 工作原理,（以N沟道JFET为例）,v,DS,对沟道的控制作用,当,v,GS,=0时，,v,DS,I,D,G、D间PN结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。,当,v,DS,增加到使,v,GD,=,V,P,时，在紧靠漏极处出现预夹断。,此时,v,DS,夹断区延长,沟道电阻,I,D,基本不变,2. 工作原理（以N沟道JFET为例） vDS对沟道的控,23,2. 工作原理,（以N沟道JFET为例）,v,GS,和,v,DS,同时作用时,当,V,P,v,GS,V,T,，否则工作在截止区,再假设工作在可变电阻区,即,MOSFET放大电路1. 直流偏置及静态工作点的计算（1,31,假设工作在饱和区,满足,假设成立，结果即为所求。,解：,例：,设,R,g1,=60k,，,R,g2,=40k,，,R,d,=15k,，,试计算电路的静态漏极电流,I,DQ,和漏源电压,V,DSQ,。,V,DD,=5V，,V,T,=1V，,假设工作在饱和区满足假设成立，结果即为所求。解：例：设Rg1,32,MOSFET放大电路,2. 图解分析,由于负载开路，交流负载线与直流负载线相同,MOSFET放大电路2. 图解分析由于负载开路，交流负载,33,MOSFET放大电路,3. 小信号模型分析,（1）模型,静态值,（直流）,动态值,（交流）,非线性失真项,当,，,v,gs, 2(,V,GSQ,-,V,T,)时，,MOSFET放大电路3. 小信号模型分析（1）模型静态值动态,34,MOSFET放大电路,3. 小信号模型分析,（1）模型,0时,MOSFET放大电路3. 小信号模型分析（1）模型0时,35,