模拟电路CHAP04场效应管放大电路课件

*,*,*,4.1 结型场效应管,4.3 金属-氧化物-半导体场效应管,4.4 场效应管放大电路,4.5 各种放大器件电路性能比较,*4.2 砷化镓金属-半导体场效应管,4 场效应管放大电路,1,4.1 结型场效应管4.3 金属-氧化物-半导体场效应管,N沟道,P沟道,增强型,耗尽型,N沟道,P沟道,N沟道,P沟道,（耗尽型）,FET,场效应管,JFET,结型,MOSFET,绝缘栅型,(IGFET),分类：,4 场效应管放大电路,2,N沟道P沟道增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道（耗尽型）F,4.1,结型场效应管,结构,工作原理,输出特性,转移特性,主要参数,4.1.1 JFET,的结构和工作原理,4.1.2 JFET,的特性曲线及参数,4.1.3 JFET,的优,缺点,3,4.1 结型场效应管 结构 工作原理 输出特性,4.1.1 JFET的结构和工作原理,1.,结构,4,4.1.1 JFET的结构和工作原理1.结构,源极,，,用S或s表示,N型导电沟道,漏极,，,用D或d表示,P型区,P型区,栅极,，,用G或g表示,栅极,，,用G或g表示,符号,符号,4.1.1 JFET的结构和工作原理,1.,结构,#,符号中的箭头方向表示什么？,5,源极，用S或s表示N型导电沟道漏极，用D或d表示 P型区P,2.,工作原理,（以N沟道JFET为例）,4.1.1 JFET的结构和工作原理,V,GS,对沟道的控制作用,当,V,GS,0,时,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。,6,2.工作原理（以N沟道JFET为例）4.1.1 JFET,2.,工作原理,（以N沟道JFET为例）,4.1.1 JFET的结构和工作原理,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,V,GS,和,V,DS,同时作用时,当,V,P,V,GS,|V,P,|时对应的漏极电流。,低频跨导反映了,v,GS,对,i,D,的控制作用。,g,m,可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子)。,输出电阻,r,d,：,10,夹断电压VP(或VGS(off)：饱和漏极电流I,4.1 结型场效应管,3.,主要参数,直流输入电阻,R,GS,：,对于结型场效应三极管，反偏时,R,GS,约大于,10,7,。,最大漏极功耗,P,DM,最大漏源电压V,(BR)DS,最大栅源电压V,(BR)GS,11,4.1 结型场效应管3.主要参数 直流输入电阻RGS：,4.1 结型场效应管,4.1.3 JFET的优缺点,1.栅源极间的电阻虽然可达10,7,以上，但在某些场合仍嫌不够高。,3.栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。,绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。,2.在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。,12,4.1 结型场效应管4.1.3 JFET的优缺点1.栅源,4.3 金属氧化物半导体,场效应管,结构,工作原理,4.3.1 N沟道增强型MOSFET,4.3.2 N沟道耗尽型MOSFET,4.3.3 各种FET的特性比较及 使用注意事项,特性曲线,参数,13,4.3 金属氧化物半导体场效应管 结构 工作原,4.3MOSFET,4.3.1 N沟道增强型MOSFET,1.,结构,P,N,N,g,s,d,P,型基底,两个,N,+,区,SiO,2,绝缘层,金属铝,g,s,d,代表符号,箭头表示由P（衬底）指向N（沟道）,14,4.3MOSFET4.3.1 N沟道增强型MOSFET1,4.3MOSFET,4.3.1 N沟道增强型MOSFET,2.,工作原理,P,N,+,N,+,g,s,d,v,DS,v,GS,v,GS,=0,时,d,-,s,间相当于两个背靠背的,PN,结,i,D,=0,对应截止区,15,4.3MOSFET4.3.1 N沟道增强型MOSFET2,4.3MOSFET,4.3.1 N沟道增强型MOSFET,2.,工作原理,V,T,称为开启电压,P,N,+,N,+,g,s,d,v,DS,v,GS,v,GS,0,时,v,GS,足够大时（,v,GS,V,T,）感应出足够多电子，这里出现以电子导电为主的N型导电沟道。,感应出电子,这种,v,GS,=,0,时没有导电沟道，而必须依靠栅源电压的作用，才形成感生沟道的FET称为,增强型FET,。,16,4.3MOSFET4.3.1 N沟道增强型MOSFET2,4.3MOSFET,4.3.1 N沟道增强型MOSFET,2.,工作原理,v,GS,较小时，导电沟道相当于电阻将,d-s,连接起来，,v,GS,越大此电阻越小。,P,N,+,N,+,g,s,d,v,DS,v,GS,17,4.3MOSFET4.3.1 N沟道增强型MOSFET2,4.3MOSFET,4.3.1 N沟道增强型MOSFET,2.,工作原理,P,N,+,N,+,g,s,d,v,DS,v,GS,当,v,DS,不太大时，导电沟道在两个,N,+,区间是均匀的。,当,v,DS,较大时，靠近,d,区的导电沟道变窄。,18,4.3MOSFET4.3.1 N沟道增强型MOSFET2,4.3MOSFET,4.3.1 N沟道增强型MOSFET,2.,工作原理,夹断后，即使,v,DS,继续增加，,i,D,仍呈恒流特性,。,i,D,P,N,+,N,+,g,s,d,v,ds,v,gs,v,DS,增加，,v,GD,=,V,T,时，靠近,d,端的沟道被夹断，称为预夹断。,19,4.3MOSFET4.3.1 N沟道增强型MOSFET2,4.3MOSFET,4.3.1 N沟道增强型MOSFET,3.,特性曲线,输出特性曲线,i,D,v,DS,0,v,GS,0,转移特性曲线,4.,参数,需注意在增强型管子中不用,夹断电压,V,P,，而用,开启电压,V,T,表征管子的特性。,0,i,D,v,GS,V,T,v,DS,=10V,20,4.3MOSFET4.3.1 N沟道增强型MOSFET3,4.3MOSFET,4.3.2 N沟道耗尽型MOSFET,P,N,N,g,s,d,+,+,+,+,+,+,+,掺杂后具有正离子的绝缘层,N型沟道,这种N沟道耗尽型MOSFET可以在正或负的栅源电压下工作，而且基本上无栅流，这是耗尽型MOSFET的一个重要特点。,21,4.3MOSFET4.3.2 N沟道耗尽型MOSFETP,4.3MOSFET,4.3.1 各种FET的特性比较及使用注意事项,1.衬底引出时，注意各管脚的连接。,3.MOSFET必须在短路情况下保存，以免管子损坏。,2.如出厂时源极与衬底已连在一起，这时源极与漏极不能对调。,4.焊接时，电烙铁必须有外接地线。最好是断电后再焊接。,22,4.3MOSFET4.3.1 各种FET的特性比较及使用注,4.4,场效应管放大电路,直流偏置电路,静态工作点,FET,小信号模型,动态指标分析,三种基本放大电路的性能比较,4.4.1 FET的,直流偏置及静态分析,4.4.2 FET,放大电路的小信号模型分析法,23,4.4 场效应管放大电路 直流偏置电路 静态工作点,1.,直流偏置电路,4.4.1 FET的直流偏置电路及静态分析,（1）自,偏压电路,（2）分压式自,偏压电路,v,GS,v,GS,v,GS,v,GS,v,GS,v,GS,=,-,i,D,R,24,1.直流偏置电路4.4.1 FET的直流偏置电路及静态分,4.4,结型场效应管,2.,静态工作点,Q点：,V,GS,、,I,D,、,V,DS,v,GS,=,V,DS,=,已知,V,P,，由,V,DD,-,i,D,(,R,d,+,R,),-,i,D,R,可解出Q点的,V,GS,、,I,D,、,V,DS,25,4.4 结型场效应管2.静态工作点Q点：VGS、ID,4.4 结型场效应管,4.4.2 FET放大电路的小信号模型分析法,1.FET,小信号模型,（1）低频模型,26,4.4 结型场效应管4.4.2 FET放大电路的小信号模型,4.4 结型场效应管,（2）高频模型,27,4.4 结型场效应管（2）高频模型27,4.4,结型场效应管,2.,动态指标分析,（1）中频小信号模型,28,4.4 结型场效应管2.动态指标分析 （1）中,4.4,结型场效应管,2.,动态指标分析,（2）中频电压增益,（3）输入电阻,（4）输出电阻,忽略,r,D,由输入输出回路得,则,通常,则,29,4.4 结型场效应管2.动态指标分析 （2）中,例4.4.2 共漏极放大电路如图示。试求中频电压增益、输入电阻和输出电阻。,（2）中频电压增益,（3）输入电阻,得,解：,（1）中频小信号模型,由,例题,30,例4.4.2 共漏极放大电路如图示。试求中,（4）输出电阻,所以,由图有,例题,31,（4）输出电阻所以由图有例题31,3.三种基本放大电路的性能比较,组态对应关系：,4.4,结型场效应管,CE,BJT,FET,CS,CC,CD,CB,CG,BJT,FET,电压增益：,CE：,CC：,CB：,CS：,CD：,CG：,反相电压放大器,电压跟随器,电流跟随器,32,3.三种基本放大电路的性能比较组态对应关系：4.4 结型场,输出电阻：,3.三种基本放大电路的性能比较,4.4,结型场效应管,BJT,FET,输入电阻：,CE：,CC：,CB：,CS：,CD：,CG：,CE：,CC：,CB：,CS：,CD：,CG：,33,输出电阻：3.三种基本放大电路的性能比较4.4 结型场效应,解：,画中频小信号等效电路,则电压增益为,例题,放大电路如图所示。已知,试求电路的中频增益、输入电阻、输出电阻和上限截止频率。,根据电路有,由于,则,34,解：画中频小信号等效电路则电压增益为例题放大电路如图所示。,V,CC,+,+,+,-,+,-,C,b2,20V,+,+,-,R,b1,v,o,R,b2,C,B,R,C,C,b1,R,S,v,S,R,g,R,2,R,1,C,T,2,T,1,v,i,+,-,-,+,R,S,R,g,C,gd,C,gs,r,b,e,r,bb,R,2,R,C,C,bc,C,be,g,m1,V,gs,.,+,-,V,S,.,V,i,.,V,o,.,I,b,.,-,+,V,be,.,g,m2,V,be,.,g,d,s,e,b,c,b,I,c,.,I,e,.,+,-,R,S,C,gs,C,gd,r,b,e,R,2,R,C,C,bc,C,be,+,-,V,S,.,V,o,.,-,+,V,be,.,g,m2,V,be,.,I,c,.,I,e,.,g,d,s,e,c,b,g,m1,V,gs,.,求上限截止频率：,R,2,很小，,C,gs,可看成与,R,g,并联，,R,g,R,s,，可看成开路。,35,VCC+-+-Cb220V+-Rb1voRb2CBRC,+,-,R,S,C,gs,C,gd,r,b,e,R,2,R,C,C,bc,C,be,+,-,V,S,.,V,o,.,-,+,V,be,.,g,m2,V,be,.,I,c,.,g,d,s,e,c,b,g,m1,V,gs,.,I,e,.,+,-,R,S,C,gs,C,gd,r,e,R,2,R,C,C,bc,C,be,+,-,V,S,.,V,o,.,-,+,V,be,.,g,m2,V,be,.,I,c,.,g,d,s,e,c,b,g,m1,V,gs,.,I,e,.,36,+-RSCgsCgdrbeR2RCCbcCbe+-VS,+,-,R,S,C,gs,C,gd,r,e,R,2,R,C,C,bc,C,be,+,-,V,S,.,V,o,.,-,+,V,be,.,g,m2,V,be