模电课件第三章

1、第三章 场效应管放大器,绝缘栅场效应管 结型场效应管,3.2 场效应管放大电路,效应管放大器的静态偏置 效应管放大器的交流小信号模型 效应管放大电路,3.1 场效应管,3.1 场效应管,BJT是一种电流控制元件(iB iC)，工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，所以被称为双极型器件。 场效应管（Field Effect Transistor简称FET）是一种电压控制器件(uGS iD) ，工作时，只有一种载流子参与导电，因此它是单极型器件。 FET因其制造工艺简单，功耗小，温度特性好，输入电阻极高等优点，得到了广泛应用。,FET分类：,绝缘栅场效应管,结型场效应管,增强型,耗尽型,N沟道,P沟道,N沟道,P沟道,N沟道,P沟道,一. 绝缘栅场效应管,绝缘栅型场效应管 ( Metal Oxide Semiconductor FET)，简称MOSFET。分为： 增强型 N沟道、P沟道 耗尽型 N沟道、P沟道,1.N沟道增强型MOS管 （1）结构 4个电极：漏极D， 源极S，栅极G和 衬底B。,符号：,当uGS0V时纵向电场 将靠近栅极下方的空穴向下排斥耗尽层。,（2）工作原理,当uG

2、S=0V时，漏源之间相当两个背靠背的 二极管，在d、s之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。,再增加uGS纵向电场 将P区少子电子聚集到 P区表面形成导电沟道，如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流id。,栅源电压uGS的控制作用,定义： 开启电压（ UT）刚刚产生沟道所需的 栅源电压UGS。,N沟道增强型MOS管的基本特性： uGS UT，管子截止， uGS UT，管子导通。 uGS 越大，沟道越宽，在相同的漏源电压uDS作用下，漏极电流ID越大。,转移特性曲线： iD=f(uGS)uDS=const,可根据输出特性曲线作出移特性曲线。 例：作uDS=10V的一条转移特性曲线：,UT,一个重要参数跨导gm：,gm=iD/uGS uDS=const (单位mS) gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。 在转移特性曲线上， gm为的曲线的斜率。 在输出特性曲线上也可求出gm。,2.N沟道耗尽型MOSFET,特点： 当uGS=0时，就有沟道，加入uDS，就有iD。 当uGS0时，沟道增宽，iD进一步增加。 当uGS0时，沟道变窄，iD减小。,在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的

3、金属正离子。所以当uGS=0时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。,定义： 夹断电压（ UP）沟道刚刚消失所需的栅源电压uGS。,3、P沟道耗尽型MOSFET,P沟道MOSFET的工作原理与N沟道 MOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。,4. MOS管的主要参数,（1）开启电压UT （2）夹断电压UP （3）跨导gm ：gm=iD/uGS uDS=const （4）直流输入电阻RGS 栅源间的等效电阻。由于MOS管栅源间有sio2绝缘层，输入电阻可达1091015。,二. 结型场效应管,1. 结型场效应管的结构（以N沟为例）：,两个PN结夹着一个N型沟道。三个电极： g：栅极 d：漏极 s：源极,符号：,N沟道,P沟道,2. 结型场效应管的工作原理,（1）栅源电压对沟道的控制作用,在栅源间加负电压uGS ，令uDS =0 当uGS=0时，为平衡PN结，导电沟道最宽。,当uGS时，PN结反偏，耗尽层变宽，导电沟道变窄，沟道电阻增大。,当uGS到一定值时 ，沟道会完全合拢。,定义： 夹断电压UP使导电沟道完全合

4、拢（消失）所需要的栅源电压uGS。,（2）漏源电压对沟道的控制作用,在漏源间加电压uDS ，令uGS =0 由于uGS =0，所以导电沟道最宽。 当uDS=0时， iD=0。,uDSiD 靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，呈楔形分布。,当uDS ，使uGD=uG S- uDS=UP时，在靠漏极处夹断预夹断。,预夹断前， uDSiD 。 预夹断后， iDSiD 几乎不变。,uDS再，预夹断点下移。,（3）栅源电压uGS和漏源电压uDS共同作用,iD=f（ uGS 、uDS）,可用输两组特性曲线来描绘。,（1）输出特性曲线： iD=f（ uDS ）uGS=常数,3、 结型场效应三极管的特性曲线,设：UT= -3V,四个区：,恒流区的特点： iD / uGS = gm 常数 即： iD = gm uGS （放大原理）,（a）可变电阻区（预夹断前）。,（b）恒流区也称饱和 区（预夹断 后）。,（c）夹断区（截止区）。,（d）击穿区。,可变电阻区,恒流区,截止区,击穿区,（2）转移特性曲线： iD=f（ uGS ）uDS=常数,可根据输出特性曲线作出移特性曲线。 例：作uDS=10V的一条转移特

5、性曲线：,4 .场效应管的主要参数,(1) 开启电压UT UT 是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值, 场效应管不能导通。,（2）夹断电压UP UP 是MOS耗尽型和结型FET的参数，当uGS=UP时,漏极电流为零。,（3）饱和漏极电流IDSS MOS耗尽型和结型FET, 当uGS=0时所对应的漏极电流。,（4）输入电阻RGS 结型场效应管，RGS大于107，MOS场效应管, RGS可达1091015。,（5） 低频跨导gm gm反映了栅压对漏极电流的控制作用，单位是mS(毫西门子)。,（6） 最大漏极功耗PDM PDM= UDS ID，与双极型三极管的PCM相当。,5 .双极型和场效应型三极管的比较,一. 直流偏置电路 保证管子工作在饱和区，输出信号不失真,3. 2 场效应管放大电路,1.自偏压电路,UGS =- IDR,注意：该电路产生负的栅源电压，所以只能用于需要负栅源电压的电路。,计算Q点：UGS 、 ID 、UDS,已知UP ，由,可解出Q点的UGS 、 ID,2.分压式自偏压电路,可解出Q点的UGS 、 ID,计算Q点：,已知UP ，由,该电路产生的栅源电压

6、可正可负，所以适用于所有的场效应管电路。,二. 场效应管的交流小信号模型,与双极型晶体管一样，场效应管也是一种非线性器件，在交流小信号情况下，也可以由它的线性等效电路交流小信号模型来代替。,其中：gmugs是压控电流源，它体现了输入电压对输出电流的控制作用。 称为低频跨导。 rds为输出电阻，类似于双极型晶体管的rce。,三. 场效应管放大电路,1.共源放大电路,分析： （1）画出共源放大电路的交流小信号等效电路。,（2）求电压放大倍数,（3）求输入电阻,（4）求输出电阻,则,（2）电压放大倍数,（3）输入电阻,得,分析：,（1）画交流小信号等效电路。,由,2.共漏放大电路,（4）输出电阻,所以,由图有,本章小结,1FET分为JFET和MOSFET两种，工作时只有一种载流子参与导电，因此称为单极性型晶体管。FET是一种压控电流型器件，改变其栅源电压就可以改变其漏极电流。 2FET放大器的偏置电路与BJT放大器不同，主要有自偏压式和分压式两种。 3 FET放大电路也有三种组态：共源、共漏和共栅。 电路的动态分析需首先利用FET的交流模型建立电路的交流等效电路，然后再进行计算，求出电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等量。,

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