数电03场效应晶体管及其放大电路

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,*,第三章场效应晶体管及其放大电路,1 场效应晶体管,场效应晶体管是电压控制元件，它的输出电流决定于输入端电压的大小，基本上不需要信号源提供电流，它的输入电阻很高，可高达10,9,10,14,。,场效应晶体管的外形与普通晶体管相似，但二者控制特性却截然不同。,普通晶体管是电流控制元件，通过控制基极电流达到控制集电极电流或发射极电流的目的，信号源必须提供一定的电流才能工作，它的输入电阻低，约为10,2,10,4,。,场效应晶体管,结型场效应管,绝缘栅场效应管,增强型,耗尽型,N沟道,P沟道,N沟道,P沟道,场效应晶体管的分类：,1.1 结构示意图,1,增强型绝缘栅场效应管,N沟道,N,+,N,+,P型硅衬底,源极,S,漏极,D,栅极,G,SiO,2,绝缘层,P沟道,P,+,P,+,N型硅衬底,源极,S,漏极,D,栅极,G,SiO,2,绝缘层,注意：栅极和其它电极及衬底之间是绝缘的，所以称为绝缘栅场效应管，或称Metal Oxide Semiconductor，简称 MOS场效应管。由于栅极是绝缘的，栅极电流几乎为零，栅源电阻（输入电阻）R,GS,很高，最高可达10,14,。,N,+,N,+,P型硅衬底,S,D,G,+,-,U,GS,U,DS,+,-,当,U,GS,=0,时,相当于,两个反接的PN结,I,D,=0,1.2 工作原理,（以N沟道为例说明）,N,+,N,+,P型硅衬底,S,D,G,+,-,U,GS,U,DS,+,-,I,D,垂直于衬底表面产生电场,电场吸引衬底中,电子到表层,电子填补空穴,形成负空间电荷区,当,U,GS,0,时,N沟道,沟通源区与漏区,与衬底间被耗尽层绝缘,耗尽层,N,+,N,+,P型硅衬底,S,D,G,+,-,U,GS,U,DS,+,-,I,D,N,+,N,+,P型硅衬底,S,D,G,+,-,U,GS,U,DS,+,-,I,D,导电沟道形成后，,U,DS,越大，,I,D,越大。,U,GS,越大，电场越强，沟道越宽，沟道等效电阻越小。,1.3 特性曲线,转移特性曲线,开启电压：,当,U,GS,U,GS(th),时，,导电沟道已形成，,随着,U,GS,的增大，,I,D,也增大。,I,D,U,GS,O,U,GS(th),无沟道,有沟道,输出特性曲线,I,D,U,DS,U,GS,=1V,2V,3V,4V,2,耗尽型绝缘栅场效应管,1.1 结构特点（以 N沟道为例）,N,+,N,+,P型硅衬底,源极,S,漏极,D,栅极,G,SiO,2,绝缘层,在制造管子时，即在SiO,2,绝缘层,中掺入大量正离子，因而在两个 N,+,区之间感应出许多电子，形成原始导电沟道。,+,-,U,GS,U,DS,+,-,I,D,N,+,N,+,P型硅衬底,S,D,G,由于有原始导电沟道的存在，当,U,GS,=0时，在,U,DS,的作用下，也会有电流,I,D,。,1.2 工作特点,N,+,N,+,P型硅衬底,S,D,G,+,-,U,GS,U,DS,+,-,I,D,当,U,GS,0时，,U,GS,越大，导电沟道越宽，等效电阻越小，在同样的,U,DS,作用下，,I,D,也就越大。,当,U,GS,0时，,U,GS,负值越大，导电沟道越窄，等效电阻越大，在同样的,U,DS,作用下，,I,D,也就越小。,N,+,N,+,P型硅衬底,S,D,G,-,+,U,GS,U,DS,+,-,I,D,N,+,N,+,P型硅衬底,S,D,G,-,+,U,GS,U,DS,+,-,I,D,当,U,GS,小于某一负值时，导电沟道被夹断，这时不管,U,DS,为多大，,I,D,=0。,1.3 特性曲线,转移特性曲线,夹断电压：,当,U,GS,U,GS(off),时，,随着,U,GS,的增大，,I,D,也增大。,I,D,U,GS,O,无沟道,有沟道,U,GS(off),I,DSS,漏极饱和电流,输出特性曲线,I,D,U,DS,U,GS,=-2V,-1V,0V,1V,3 电路符号,G,S,D,N沟道增强型,G,S,D,P沟道耗尽型,G,S,D,N沟道耗尽型,G,S,D,P沟道增强型,4 主要参数,参数,符号,漏极饱和电流,I,DSS,(,V,),栅源夹断电压,U,GS(off),(,V,),开启电压,U,GS(th),(,V,),栅源绝缘电阻（输入电阻）,R,GS,(,),共源小信号低频跨导,g,m,(,A/V,),最高漏源电压,U,DS(BR),(,V,),最高栅源电压,U,GS(BR),(,V,),最大耗散功率,P,DM,(,mV,),P,D,=,U,DS,I,D,共源小信号低频跨导：,g,m,(,A/V、mA/V,),g,m,表征场效应管,U,GS,对,I,D,控制能力的大小，也表明场效应管是电压控制元件。,特别说明,双极性晶体管,场效应管,类型,NPN型或PNP型,N沟道或P沟道,载流子,（电子、空穴）,两种载流子,同时参与导电,只有一种载流子,参与导电,控制方式,电流控制,电压控制,放大参数,=20100,g,m,=,15,(,mA/V,),输入电阻,10,2,10,4,10,7,10,14,输出电阻,r,ce,很高,r,ds,很高,热稳定性差,差,好,制造工艺,较复杂,简单、成本低,对应极,基极栅极、发射极源极、集电极漏极,场效应管与双极性晶体管的比较,2 场效应晶体管放大电路,（,共源极接法的分压式偏置放大电路,）,场效应管放大电路具有很高的输入电阻，因此适用于高内阻信号源的放大，通常用在多级放大电路的输入级。,R,G1,T,R,S,u,S,C,1,C,2,R,D,u,i,+,-,+,+,u,o,R,L,+U,DD,R,G2,R,SS,C,S,T场效应管，电压控制元件，用栅源电压控制漏极电流。,R,D,漏极负载电阻，,获得随,u,i,变化的输出电压。,R,SS,源极电阻，稳定工作点。,R,G1,、R,G1,分压偏置电阻，,与,R,SS,配合获得合适的偏压,U,GS,。,C,S,旁路电容。,C,1,、,C,1,耦合电容。,U,DD,直流电源，提供能量。,R,G1,T,R,S,u,S,C,1,C,2,R,D,u,i,+,-,+,+,u,o,R,L,+U,DD,R,G2,R,SS,C,S,栅极电位,源极电位,栅源电压,对N沟道耗尽型：通常使,U,GS,0,设,则,R,G1,T,R,S,u,S,C,1,C,2,R,D,u,i,+,-,+,+,u,o,R,L,+U,DD,R,G2,R,SS,C,S,1 静态分析,2 动态分析,交流通路,R,G1,T,R,S,u,S,u,i,+,-,u,o,R,L,R,G2,R,D,u,gs,i,d,G,S,D,R,G1,T,R,S,u,S,C,1,C,2,R,D,u,i,+,-,+,+,u,o,R,L,+U,DD,R,G2,R,SS,C,S,R,G1,T,R,S,u,S,u,i,+,-,u,o,R,L,R,G2,R,D,u,gs,i,d,G,S,D,R,G1,R,S,u,S,u,i,+,-,u,o,R,L,R,G2,R,D,u,gs,i,d,g,m,u,gs,G,S,D,微变等效电路,R,G1,R,S,u,S,u,i,+,-,u,o,R,L,R,G2,R,D,u,gs,i,d,g,m,u,gs,G,S,D,The End,