武汉理工大学模电课件第4章fet
51页1、第四章 单极型场效应管及其放大电路,信息工程学院 电子技术基础课程组,4. 场效应管放大电路,三极管,三极管放大电路,分析方法,图解法 估算法 微变等效电路法,场效应管,场效应管放大电路,小 结,作业,引言,场效应管的分类,JFET,MOSFET,FET放大电路,MESFET,各类FET放大电路性能比较,引言,三极管(BJT),电流控制器件(基极电流),输入阻抗不高,双极型器件(两种载流子:多子少子均参与导电),噪声高,场效应管(Field Effect Transistor),电压控制器件(栅、源极间电压),输入阻抗极高,单极型器件(一种载流子:多子参与导电),噪声小,缺点是速度慢(有寄生电容效应),场效应管(和三极管相比):优点多、应用广泛,基本概念,电压控制器件 电流控制器件 单极型器件 双极型器件 感生沟道 导电沟道 增强型 耗尽型 夹断电压 开启电压 预夹断 全夹断 饱和漏极电流 栅电流 输出特性 转移特性 自偏压电路 分压式自偏压电路 反相电压放大器 电压跟随器 电流跟随器,FET分类,结型场效应管JFET,(按导电沟道类型),P沟道,N沟道,绝缘栅型场效应管MOSFET,
2、耗尽型,(按导电沟道形成机理),增强型,P沟道,N沟道,P沟道,N沟道,按基本结构,结型场效应管,一、结构和工作原理,二、特性曲线和参数,结构与符号,工作原理,外部工作条件,vGS对iD的控制作用,vDS对iD的影响,输出特性和转移特性,主要参数,例题,JFET结构与符号,N沟道结型场效应管,P+,P+,N,g,耗尽层,三个区域:一个N区,两个P+区,三个电极:源极s,漏极d,栅极g,一个导电沟道:N型,电路符号,箭头方向:栅结正偏时栅极电流的方向,(P沟道?),JFET结构(P沟道),P沟道结型场效应管,三个区域:一个P区,两个N+区,三个电极:源极s,漏极d,栅极g,一个导电沟道:P型,电路符号,箭头方向:,工作原理(1、2),P+,P+,N,g,外部工作条件 vGS为负值 vDS为正值,vGS对iD的控制作用,为便于讨论,先假设漏源极间所加的电压vDS=0,(a) 当vGS=0时,沟道较宽,其 电阻较小。,(b) 当vGS0时,PN结反偏,沟道变窄,其电阻增大。,(c) 当vGS进一步减小到一定程度( vGS VP),沟道消失,失去导电能力。全夹断,工作原理(3),vDS对iD的
3、影响(假设vGS值固定,且VPvGS0),P+,P+,g,VGG,VDD,(a)当漏源电压vDS从零开始增大时,沟道中有电流iD流过。,(b) 在vDS较小时,iD随vDS增加而几乎呈线性地增加。,(c) 随着vDS的进一步增加,出现楔形沟道,(d)当vDS增加到vDS=vGS-VP,即VGD=vGS -vDS=VP(夹断电压)时,预夹断,(e) 继续增加,饱和,继而发生击穿,JFET特性曲线,输出特性,场效应管的输入电流iG 0,输入特性无意义,故用输出特性和转移特性描述伏安特性(本质为同一个物理过程)。,0,10,20,可变电阻区,放大(饱和)区,截止区,三个工作区域,JFET输出特性上的工作区域,可变电阻区,恒流区,夹断区,击穿区,放大区,截止区,JFET转移特性曲线,转移特性,10,(transfer characteristic),在图示电路中,已知场效应管的 ;问在下列三种情况下,管子分别工作在那个区?,(b),(c),(a),例题,G,D,S,解(a)因为vGSVP,管子工作在截止区。,(b)因,管子工作在放大区。,(c)因,管子工作在可变电阻区。,(1) 夹断电压VP:
4、,(2)饱和漏极电流IDSS (也称为零偏漏极电流),(3) 跨导gm 也称为互导。其定义为:,当管子工作在放大区时,由于,求解管子的跨导,JFET主要参数,(5) 直流输入电阻RGS:,(4)输出电阻rd:,(6) 最大漏源电压V(BR)DS JFET发生击穿时对应的漏源电压,(7) 最大栅源电压V(BR)GS,当栅源电压增大,栅极与沟道的PN结反向击穿,栅极电流急剧上升时的栅源电压,JFET主要参数,JFET的极限参数,当漏极功耗超过最大漏极功耗PDM时,管子发热,温度过高导致器件损坏。,(8) 最大漏极功耗PDM,栅源电容Cgs,栅漏电容Cgd,漏源电容Cds,JFET主要参数,(10) 噪声系数、高频参数、极间电容等,金属-氧化物-半导体场效应管,一、N沟道增强型MOSFET (E型NMOS),二、N沟道耗尽型MOSFET (D型NMOS),结构与符号,工作原理,结构与符号,工作原理,特性曲线,三、主要参数,MOSFET结构与符号(N沟道增强型),N+,s,g,d,N+,半导体 Semiconductor,氧化物 Oxide(SiO2),金属 Metal(Al),B,(P沟道增
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