模电幻灯片-模电3

1、,3.1 绝缘栅型场效应管,3.2 场效应管放大电路,第三章 场效应管及其放大电路,第三章 场效应管放大电路,内容： 1.介绍场效应管的结构、工作原理、伏安特性及主要参数。 2.介绍基本放大电路。 教学基本要求： 1.了解场效应管的基本结构，熟练掌握场效应管的伏安特性及主要参数。 2.掌握场效应管与双极型三极管的相同点和不同点。 3. 理解放大电路的工作原理及放大电路的分析方法。,一、场效应管的分类,场效应管 (FET),增强型,绝缘栅型 (MOSFET),结 型 (JFET),耗尽型,概 述,场效应管是一种利用电场效应来控制电流大小的半导体器件。,二、MOSFET与JFET的主要区别 JFET：利用外加电场来控制半导体内的电场效应。 通过改变PN结耗尽层的宽度，改变导电沟道的宽窄来控制输出电流。 MOSFET：利用外加电场来控制半导体表面的电场效应。通过改变感生沟道的宽窄来控制输出电流。,耗尽型与增强型的主要区别 耗尽型：场效应管没有外加栅极电压时，已存在导电沟道。 增强型：场效应管在外加栅极电压超过一定时，才有导电沟道。,三、场效应管与三极管的相同点和不同点 场效应管是一种利用电场

2、效应来控制电流大小的半导体器件。 * 三极管利用多数载流子和少数载流子工作，起着导电作用，属于双极型器件。 * 场效应管只利用多数载流子的工作，起着导电作用，属于单极型器件。 通过本章节的分析讨论，了解并掌握场效应管的控制特性、基本放大电路及电路特点。,1. 基本结构,图3.1.1 N沟道增强型绝缘栅场效应管 (a) 基本结构 (b)表示符号,3.1.1 N 沟道增强型绝缘场效应管,3.1 绝缘栅型场效应管,分析：主要讨论 uGS对iD 的控制作用。 (1)导电沟道的建立,图3.1.2 N沟道增强型导MOS管导电沟道的建立,2. 工作原理,3.1.1 N 沟道增强型绝缘场效应管,(2) uDS对iD的影响,图3.1.3 uDS对导电沟道和iD的影响,(a) uDS较小,(b) uDS=uGS-UT,(c) uDSuGS-UT,3.1.1 N 沟道增强型绝缘场效应管,2. 工作原理,uGD=uGS - uDS,当uDSuGD=uGS-uDS=UT,(3) uGS对iD的控制作用,MOS管在正常工作情况下，uDS、UT是确定的，,式中：IDO为uGS = 2UT时的iD值,在满足上式的情况

3、下，只要改变uGS的值，就有一个确定的iD与之对应，从而实现uGS对iD的控制。故称MOS管为电压控制元件。,且：uDS uGS -UT,3.1.1 N 沟道增强型绝缘场效应管,2. 工作原理,3. 特性曲线,(1) 转移特性 表述：当漏源电压uDS为某一固定值时，栅源电压uGS和漏极电流iD之间的关系曲线，称为转移特性。也就是栅源电压uGS 对漏极电流iD 的控制特性 。 表达式：,3.1.1 N 沟道增强型绝缘场效应管,(2) 输出特性,表述：当栅源电压uGS 一定的情况下，漏极电流iD与漏源电压uDS之间的关系曲线，称为输出特性。 表达式：,3. 特性曲线,3.1.1 N 沟道增强型绝缘场效应管,1. 基本结构 图3.1.5是N 沟道耗尽型绝缘栅场效应管的结构示意图。制造时在二氧化硅绝缘层中渗入大量的正离子，在它的作用下，即使uGS =0 时，在两个N型区之间形成原始N型导电沟道。,图3.1.5 N沟道耗尽型 绝缘栅场效应管 (a)结构示意图 (b) 表示符号,3.1.2 N 沟道耗尽型绝缘场效应管,2. 工作原理 分析：在uDS 为常数， 1) 当uGS =0 时，漏源极间已导

4、通， iD0 ； 2) uGS0 时，沟道变宽，iD ； 3) uGS0 时，沟道变窄，iD； 4) 当uGS 达到一定负值时，沟道被夹断， iD0 ； MOS管截止， uGS = UP 值称为夹断电压,3.1.2 N 沟道耗尽型绝缘场效应管,3. 特性曲线,图3.1.6 N沟道耗尽型绝缘栅场效 应管的转移特性和输出特性,3.1.2 N 沟道耗尽型绝缘场效应管,3.1.3 场效应管的主要参数,1. 直流参数,(1) 开启电压UT 定义：当漏源电压uDS为某一常数时，使管由截止变为导通时的临界栅源电压uGS ，称为开启电压UT 。,(2) 夹断电压UP 定义：当漏源电压uDS为某一常数时，使管由导通变为截止时的临界栅源电压uGS ，称为夹断电压UP 。,(3) 饱和漏极电流 IDSS 表述：当uGS =0时，场效应管处于预夹断状态的漏源电压 (即uDSUP)时的漏极电流，称为饱和漏极电流IDSS 。,3.1.3 场效应管的主要参数,2. 交流参数,(1) 互导gm 定义：当漏源电压uDS 为某一常数时，漏极电流iD与栅源电压uGS的变化量之比，称为互导gm 。 表达式：,(2) 极间电容

5、 是指场效应管三个极间的电容，即CGS、CGD、CDS 。,3.2 场效应管放大电路,(1) 静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区 (放大区)，场效应管的偏置电路相对简单。,(2) 动态：能为交流信号提供通路。,静态分析：估算法、图解法。,动态分析：微变等效电路法。,分析方法：,场效应管是电压控制器件。它利用栅源电压来控制漏极电流的变化。它的放大作用以跨导来体现，在场效应管的漏极特性的水平部分，漏极电流 iD 的值主要取决于uGS，而几乎与uDS无关。,3.2.1 场效应管的微变等效电路,1. 输入端: 由于场效应管是利用场效应原理工作的，不向信号源取用电流，故输入端呈开路状态。 2. 输出端: 由伏安特性可知,(电压控制的恒流源),图3.2.1 FET的微变等效电路及高频模型,(a) 低频模型,(c) 高频模型,(b) 低频模型,3.2.1 场效应管的微变等效电路,1. 放大电路的组成 以N沟道耗尽型绝缘栅场效应管组成的分压式偏压电路为例，电路如图3.2.2所示。,图3.2.2 分压式场效应管放大电路,3.2.2 共源放大电路,2.静态分析,图3.2.3 直流通路,(UGS

6、Q、 IDQ 、UDSQ ),1）解析法,3.2.2 共源放大电路,(1) 放大电路的放大倍数,(2) 输入电阻和输出电阻,图3.2.4 放大电路的 微变等效电路,3. 动态分析,3.2.2 共源放大电路,4. 举例分析,例3.5.1 ：共源极放大电路，场效应管的UP = -1V, IDSS= 0.5mA， UDD=18V, RG1=47k，RG2=2M，RG=10M，RS=2k， RD=30k，RL=30k。 1）求放大电路的静态工作点； 2）求放大电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。,解 1）根据电路的直流通路，有,IDQ1=1.6mA舍去 ； IDQ2=0.32mA= IDQ UGSQ=-0.23V； UDSQ=7.76V,解得：,上式联立解得,4. 举例分析,解 2) 先求gm ，再求Au ri ro,解得：,图3.2.4 放大电路的 微变等效电路,本章小结,场效应管是一种电压控制器件。 和半导体三极管相比，场效应管由多数载流子参与导电，所以温度稳定性好、抗辐射能力强、噪声低。 场效应管主要优点有输入电阻非常高。 场效应管分为结型和绝缘栅型两类，每类都有N沟道和P沟道两种。对于绝缘栅型场效应管，还有增强型和耗尽型两种形式。 场效应管有可变电阻区、恒流区、截止区三个工作区，当组成放大电路时，应工作在恒流区 。,第三章 作业 3.10；3.13,

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