模电课件第5章
1,5 场效应管放大电路,Fundamental of Electronic Technology,CTGU,2,内容,5.3 结型场效应管(JFET),5.1 金属-氧化物-半导体(MOS)场效应管,5.2 MOSFET放大电路,5.5 各种放大器件电路性能比较,*5.4 砷化镓金属-半导体场效应管,3,要求,掌握场效应管的直流偏置电路及分析； 场效应管放大器的微变等效电路分析法。,4,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）,场效应管分类：,5,5.1 金属氧化物半导体 （MOS）场效应管,MOSFET简称MOS管，它有N沟道和P沟道之分，其中每一类又可分为增强型和耗尽型两种。,耗尽型：当vGS0时，存在导电沟道，iD0。 增强型：当vGS0时，没有导电沟道，iD0。,6,5.1.1 N沟道增强型MOSFET,1结构,P型基底,两个N区,SiO2绝缘层,导电沟道,金属铝,N沟道增强型,7,N 沟道耗尽型,予埋了导电沟道,8,P 沟道增强型,9,P 沟道耗尽型,予埋了导电沟道,10,2工作原理,JFET是利用PN结反向电压对耗尽层厚度的控制，来改变导电沟道的宽窄，从而控制漏极电流的大小。而MOSFET则是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。,11,2工作原理,（以N 沟道增强型为例）,VGS=0时,对应截止区,12,VGS0时,感应出电子,VT称为开启电压,13,VGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，VGS越大此电阻越小。,14,当VDS不太大时，导电沟道在两个N区间是均匀的。,当VDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。,15,VDS增加，VGD=VT 时，靠近D端的沟道被夹断，称为予夹断。,16,3特性曲线（增强型N沟道MOS管）,17,输出特性曲线,3特性曲线（增强型N沟道MOS管）,18,转移特性曲线,3特性曲线（增强型N沟道MOS管）,在恒流区（线性放大区，即VGSVT时有：,ID0是vGS=2VT时的iD值。,19,4参数,P210表5.1.1列出了MOSFET的主要参数。,20,5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET,耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。,转移特性曲线,21,输出特性曲线,UGS=0,UGS0,UGS0,22,5.2 MOSFET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,5.2.1 FET的直流偏置及静态分析,5.2.2 FET放大电路的小信号模型分析法,23,1. 直流偏置电路,5.2.1 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,vGS,vGS,vGS,vGS,vGS,VGS =,- IDR,24,Q点：,VGS 、,ID 、,VDS,vGS =,VDS =,已知VP ，由,VDD,- ID (Rd + R ),- iDR,可解出Q点的VGS 、 ID 、 VDS,25,5.2.2 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,（2）高频模型,27,2. 动态指标分析,（1）共源电路及其小信号模型,28,2. 动态指标分析,中频小信号模型：,29,2. 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 rD,由输入输出回路得,则,通常,则,30,例5.2.2 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,31,（4）输出电阻,所以,由图有,例题,32,3. 三种基本放大电路的性能比较,组态对应关系：,CE,BJT,FET,CS,CC,CD,CB,CG,BJT,FET,CE：,CC：,CB：,CS：,CD：,CG：,33,3. 三种基本放大电路的性能比较,CE：,CC：,CB：,CS：,CD：,CG：,CE：,CC：,CB：,CS：,CD：,CG：,34,5.3 结型场效应管, 结构, 工作原理, 输出特性, 转移特性, 主要参数,5.3.1 JFET的结构和工作原理,5.3.2 JFET的特性曲线及参数,35,源极，用S或s表示,N型导电沟道,漏极，用D或d表示,5.3.1 JFET的结构和工作原理,1. 结构,? 符号中的箭头方向表示什么？,36,2. 工作原理, VGS对沟道的控制作用,当VGS0时,（以N沟道JFET为例）,当沟道夹断时，对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP （ 或VGS(off) ）。,对于N沟道的JFET，VP 0。,PN结反偏,耗尽层加厚,沟道变窄。,VGS继续减小，沟道继续变窄,37,2. 工作原理, VDS对沟道的控制作用,当VGS=0时，,VDS,ID ,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VDS增加到使VGD=VP 时，在紧靠漏极处出现预夹断。,此时VDS ,夹断区延长,沟道电阻,ID基本不变,38,2. 工作原理, VGS和VDS同时作用时,当VP VGS0 时，,导电沟道更容易夹断，对于同样的VDS ， ID的值比VGS=0时的值要小。,在预夹断处,VGD=VGS-VDS =VP,39,综上分析可知,沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电， 所以场效应管也称为单极型三极管。,JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制,预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后， iD趋于饱和。,# 为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？,JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因 此iG0，输入电阻很高。,40,5.3.2 JFET的特性曲线及参数,VP,1. 输出特性,输出特性曲线用来描述vGS取一定值时，电流iD和电压vDS间的关系，它反映了漏极电压vDS对iD的影响。即,可变电阻区:栅源电压越负，漏源间的等效电阻越大，输出特性越倾斜。,线性放大区：饱和区，恒流区，FET用作放大电路的工作区。,击穿区：栅源间的PN结发生雪崩击穿，管子不能正常工作。,41,? JFET有正常放大作用时，沟道处于什么状态？,5.3.2 JFET的特性曲线及参数,2. 转移特性,VP,在一定的vDS下，vGS对iD的控制特性。,实验表明，在VPVGS0范围内，即饱和区内，有：,vDS=10V,42, 夹断电压VP (或VGS(off)：, 饱和漏极电流IDSS：, 低频跨导gm：,或,漏极电流约为零时的VGS值 。,在vDS=常数时，iD的微变量和vGS的微变量之比。, 输出电阻rd：,在vGS=0的情况下，当vDS|VP|时的漏极电流。IDSS是JFET所能输出的最大电流。,反映了vDS对iD的影响。,互导反映了栅源电压对漏极电流的控制能力。,43, 直流输入电阻RGS：,在漏源之间短路的条件下，栅源之间加一定电压时的栅源直流电阻就是直流输入电阻RGS。, 最大漏极功耗PDM, 最大漏源电压V(BR)DS, 最大栅源电压V(BR)GS,发生雪崩击穿、iD开始急剧上升时的vDS值。,指输入PN结反向电流开始急剧增加时的vGS值。,JFET的耗散功率等于vDS与iD的乘积。PDM受管子最高工作温度的限制。,44,结型场效应管的缺点：,1. 栅源极间的电阻虽然可达107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。,45,5.5 各种放大器件电路性能比较,1各种FET特性比较,2使用注意事项,见P237表5.5.1。,见教材P236,
