场效应管放大电路.ppt

此时VDS 夹断区延长
沟道电阻 ID基本不变
2019年8月28
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2. 工作原理
③ VGS和VDS同时作用时
当VP <VGS<0 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
2019年8月28
已知VP ，由
vGS = - iDR
VDS = VDD - ID (Rd + R )
iD

IDSS (1
vGS VP
)2
可解出Q点的VGS 、 ID 、 VDS
2019年8月28
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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
2019年8月28
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D感谢你的观看
反映了vDS对iD的影响。
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3. 主要参数
⑤ 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。
⑥ 最大漏源电压V(BR)DS 发生雪崩击穿、iD开始急剧上升时的vDS值。
⑦ 最大栅源电压V(BR)GS 指输入PN结反向电流开始急剧增加时的vGS值。
N
N
感应出电子 P
2019年8月28
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VT称为开启电压 12
2019年8月28
VGS VDS S GD
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。
N
N
P
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2019年8月28
VGS VDS S GD
当VDS不太大 时，导电沟
道在两个N区
间是均匀的。
Vo gmVgsRd
则
AVm
gmRd 1 gmR
（3）输入电阻
Ri

Vi Ig

Vgs

(Vgs rgs Vgs

gmVgs )R
rgs (1 rgsgm )R
rgs
Ri Ri // [Rg3 ( Rg1 // Rg2 )] 通常 rgs (1 rgsgm )R [Rg3 (Rg1 // Rg2 )]
2019年8月28
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2．工作原理 （以N 沟道增强型为例）
VGS=0时
VGS VDS
S GD
ID=0
对应截止区
2019年8月28
N
N
P
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D-S 间相当于 两个反接的 PN结
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VGS>0时
VGS VDS
S GD
VGS足够大时 （VGS>VT）感 应出足够多电子，
这里出现以电子 导电为主的N型 导电沟道。
对于N沟道的JFET，VP <0。
2019年8月28
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2. 工作原理
② 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。
CB：
Re
//
1
rbe

输出电阻：
FET CS： Rg3 ( Rg1 // Rg2 )
CD： Rg3 ( Rg1 // Rg2 )
CG：
R // 1 gm
CE：
Rc
CS：
Rd
CC：Re
//
(
Rs
// Rb )
1

rbe
CD：
1 R //
gm
CB：
Rc
CG： Rd
2019年8月28
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vDS=10V
VP
Fra Baidu bibliotek
2019年?8?月?28JFET有正常放大感作谢用你的时观看，沟道处于什么状态？
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3. 主要参数
① 夹断电压VP (或VGS(off))： 漏极电流约为零时的VGS值 。
② 饱和漏极电流IDSS： 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。
③ 低频跨导gm：在vDS=常数时，iD的微变量和vGS的微变量之比。
gm

iD vGS
VDS
或
gm


2IDSS(1 VP
vGS VP
) （ 当VP

vGS

0时）
互导反映了栅源电压对漏极电流的控制能力。
④ 输出电阻rd：
2019年8月28
rd

vDS i VGS
2019年8月28
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5.2.1 FET的直流偏置电路及静态分析
1. 直流偏置电路
（1）自偏压电路
（2）分压式自偏压电路
vGS
VGS = - IDR
2019年8月28
VGS VG VS

Rg
Rg 1
2
Rg
2
VDD
IDR
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2. 静态工作点
Q点： VGS 、 ID 、 VDS
N
N
P
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当VDS较大 时，靠近D 区的导电沟 道变窄。
14
VGS VDS
VDS增加，VGD=VT 时， 靠近D端的沟道被夹断， 称为予夹断。
S GD ID
N
N
P
夹断后，即 使VDS 继续 增加，ID仍
呈恒流特性。
2019年8月28
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15
3．特性曲线（增强型N沟道MOS管）
2019年8月28
耗尽型：当vGS＝0时，存在导电沟道，iD0。 增强型：当vGS＝0时，没有导电沟道，iD＝0。
2019年8月28
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5
5.1.1 N沟道增强型MOSFET
1．结构
S G D 金属铝 D
两个N区
N
N
P
G
P型基底 SiO2绝缘层
导电沟道
2019年8月28
N感谢沟你的道观看增强型
S
6
SG D
ID
转移特性曲线
UGS
VT 0
2019年8月28
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20
ID 0
2019年8月28
输出特性曲线
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UGS>0
UGS=0
UGS<0
U DS
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5.2 MOSFET放大电路
5.2.1 FET的直流偏置及静态分析 直流偏置电路 静态工作点
5.2.2 FET放大电路的小信号模型分析法 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
N
N
P
予埋了导 电沟道
D
G S
N 沟道耗尽型
2019年8月28
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7
SG D
P
P
N
D
G S
P 沟道增强型
2019年8月28
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8
SG D D
P
P
N
予埋了导 电沟道
G
S
P 沟道耗尽型
2019年8月28
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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。
⑧ 最大漏极功耗PDM 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。
2019年8月28
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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。
2019年8月28
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 V生P 雪崩击穿，管子不能正 感谢你的观看 常工作。
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5.3.2 JFET的特性曲线及参数
2. 转移特性 在一定的vDS下，vGS对iD的控制特性。
iD f (v ) GS vDS const. 实验表明i，D 在IVDPS≤S V(1GS≤vV0G范PS )围2 内，(即VP饱和vG区S 内 0，) 有：
vGS VP
1
0 VT
2019年8月28
UGS
ID0是vGS=2VT时 的iD值。
感谢你的观看 18
4．参数 P210表5.1.1列出了MOSFET的主要参数。
2019年8月28
感谢你的观看
19
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。
CTGU
2019年8月28
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1
5.1 金属-氧化物-半导体(MOS)场效应管 5.2 MOSFET放大电路 5.3 结型场效应管(JFET) *5.4 砷化镓金属-半导体场效应管 5.5 各种放大器件电路性能比较
2019年8月28
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2
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。
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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栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因
此iG0，输入电阻很高。
• 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？
感谢你的观看
16
3．特性曲线（增强型N沟道MOS管）
ID
可变电 阻区
输出特性曲线
线性放 大区
击穿区
UGS=5V 4V
0
2019年8月28
-3V
3V
-5V
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U DS
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3．特性曲线（增强型N沟道MOS管）
转移特性曲线
ID
在恒流区（线性
放大区，即VGS＞
VT时有：
2
iD

I D0
Vo gmVgs ( R // RL )
得
AVm
Vo Vi
gm(R // RL ) 1 gm(R // RL )
1
（3）输入电阻
R 2019年8月i 28 Rg3 ( Rg1 // Rg2 ) 感谢你的观看 30
例题
（4）输出电阻
由图有
IT Vgs
IR gmVgs VT
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1. FET小信号模型 （2）高频模型
2019年8月28
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2. 动态指标分析
（1）共源电路及其小信号模型
2019年8月28
感谢你的观看
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2. 动态指标分析
中频小信号模型：
2019年8月28
感谢你的观看
28
2. 动态指标分析
（2）中频电压增益
忽略 rD 由输入输出回路得
Vi Vgs gmVgs R Vgs (1 gmR)
N型导电沟道 符号
PP型型区区
2019年?8?月?28符号中的箭头方向感谢表你示的观什看 么？
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2. 工作原理 （以N沟道JFET为例）
① VGS对沟道的控制作用
当VGS＜0时 PN结反偏 耗尽层加厚
沟道变窄。
VGS继续减小，沟道 继续变窄
当沟道夹断时，对应
的栅源电压VGS称为夹断 电压VP （ 或VGS(off) ）。
则 Ri Rg3 ( Rg1 // Rg2 )
2019年（8月428）输出电阻
Ro 感谢R你d的观看
29
例题
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。
解：（1）中频小信号模型
（2）中频电压增益
由 Vi Vgs gmVgs( R // RL ) Vgs 1 gm ( R // RL )
2019年8月28
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5.3.2 JFET的特性曲线及参数
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
iD f (v ) DS vGSconst.
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。
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5.3 结型场效应管
5.3.1 JFET的结构和工作原理
结构 工作原理
5.3.2 JFET的特性曲线及参数
输出特性 转移特性 主要参数
2019年8月28
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5.3.1 JFET的结构和工作原理
1. 结构
栅极，用G 源极，用S或s表示或g表示
漏极，用 D或d表示

VT R
gmVgs
所以
Ro
VT IT
1
1 R

gm
R // 1 gm
2019年8月28
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3. 三种基本放大电路的性能比较
组态对应关系： BJT
FET
CE
CS
CC
CD
CB
CG
电压增益：
BJT
FET
CE：
( Rc // RL )
rbe
CC：
(1 ) ( Re // RL ) rbe (1 )( Re // RL )
2019年8月28
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场效应管分类：
FET 场效应管
JFET 结型
MOSFET (IGFET) 绝缘栅型
N沟道 （耗尽型）
P沟道
增强型
N沟道 P沟道
耗尽型
N沟道 P沟道
2019年8月28
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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。
CS： gm(Rd // RL )
CD：
1
gm(R // gm(R
RL ) // RL
)
CB：
( Rc // RL )
rbe
CG： gm(Rd // RL )
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3. 三种基本放大电路的性能比较
输入电阻：
BJT
CE： Rb // rbe
CC： Rb // rbe (1 )( Re // RL )