场效应管放大电路

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场效应管三种组态放大电路特点

场效应管三种组态放大电路特点

场效应管三种组态放大电路特点
场效应管有三种组态放大电路,分别是共源放大电路、共漏放大电路和共栅放大电路。

它们的特点如下:
1. 共源放大电路:
- 输入电压是输入信号的电压变化,输出电压是负载电阻上的电压变化。

- 具有电压放大和电流放大的作用,电压增益较大。

- 输入电阻高,输出电阻低。

- 可以实现单端放大,但需要外部耦合电容。

2. 共漏放大电路:
- 输入电压是输入信号的电压变化,输出电压是源极电压的变化。

- 具有电压放大和电流放大的作用,电压增益较大。

- 输入电阻低,输出电阻高。

- 适用于低频信号放大,对高频信号响应较差。

3. 共栅放大电路:
- 输入电压是栅极电压的变化,输出电压是负载电阻上的电压变化。

- 具有电压放大和电流放大的作用,电压增益较小。

- 输入电阻低,输出电阻高。

- 适用于高频信号放大,对低频信号响应较差。

这三种组态放大电路根据不同的应用需求选择,能够满足不同频率
范围、电压增益和输入输出特性的要求。

场效应管放大电路原理

场效应管放大电路原理

场效应管放大电路原理场效应管放大电路原理1. 介绍场效应管(Field Effect Transistor,简称FET)是一种常用的电子器件,广泛应用于放大、开关和调节电路中。

作为一名文章写手,我将为您详细介绍场效应管放大电路的原理。

2. 场效应管概述场效应管是由源极、栅极和漏极三个主要部分组成的。

其中,栅极与源极之间的电压可以控制漏极电流的大小,从而实现信号的放大和调节。

和双极晶体管相比,场效应管具有输入电阻高、无需偏置电流等优点,因此在电子工程中得到广泛应用。

3. 场效应管放大电路的基本原理场效应管放大电路的基本原理是利用场效应管的特性来放大输入信号。

当输入信号施加在栅极上时,栅极源极间的电压将改变栅极-源极电流的大小,从而改变漏极电流。

根据场效应管工作状态的不同,可分为共源放大器、共漏放大器和共栅放大器三种。

3.1 共源放大器共源放大器是应用最广泛的一种场效应管放大电路。

在共源放大器中,输入信号通过耦合电容施加到栅极上,当信号施加后,栅极-源极电压发生变化,控制栅极-源极电流的大小,进而改变漏极电流。

共源放大器具有放大增益高、输入输出阻抗匹配等特点,适用于多种应用场景。

3.2 共漏放大器共漏放大器是场效应管放大电路的一种重要形式。

在共漏放大器中,漏极连接到电源,源极接地,输入信号通过漏极电阻耦合到栅极。

共漏放大器具有输入电阻高、输出电阻低等特点,适用于对电压放大和阻抗转换要求较高的场合。

3.3 共栅放大器共栅放大器是场效应管放大电路的另一种形式。

在共栅放大器中,信号通过源极电阻耦合到栅极,漏极连接到电源。

共栅放大器具有输入输出阻抗匹配、频率响应宽等特点,适用于高频放大和对输入频率响应要求较高的应用。

4. 实际应用案例场效应管放大电路广泛应用于各种电子设备中。

以音频放大器为例,通过合理选择场效应管的类型和工作点,可以实现对音频信号的放大和调节,保证音频设备的音质。

5. 个人观点和理解场效应管放大电路作为一种常见的放大器,具有输入电阻高、无需偏置电流、放大增益高等技术优点。

场效应管共源放大电路

场效应管共源放大电路

54/734.2.3 场效应管三种基本放大电路场效应管放大电路的组成只能有三种连接方式:①共源极(CS, Common-Source)放大电路②共漏极(CD, Common-Drain)放大电路③共栅极(CG, Common-Gate )放大电路1. 共源放大电路•直流分析U GS = U G -U S-ID R S2G S D D SS G S,th(1)UI I U =-U GSQ 和I DQU DSQ =E D -I DQ (R S +R D )D 212E R R R+=一般r ds 较大可忽略i d GR G R 1R 2R D R L D r ds R S S U gsU i U o未接C s 时io U U U A =- g m U gs (R D //R L )U gs + g m U gs R s =- g m R 'D 1+ g m R s R 'D =R D //R L •交流分析g m U gsI d G R G R 1R 2R D R L D r ds R S g m U gs U gs U i U o S 未接C s 时U A =- g m R 'D1+ g m R sr 'i r 'i =R G +(R 1//R 2)≈R Gr 'o r 'o ≈ R D接入C s 时A U = -g m (R D //R L )r 'i =R G +(R 1//R 2)≈R Gr 'o =R D R s 的作用是提供一个直流栅源电压、引入直流负反馈来稳定工作点。

但它同时对交流也起负反馈作用,使电路的放大倍数降低。

接入C S 可以消除R S 对交流的负反馈作用。

(详见反馈章节)57/73共源放大电路小结:共源放大电路特点:电压增益高,输入电阻高,输出电阻较高,输出电压与输入电压反相。

A U = -g m (R D //R L )r 'i =R G +(R 1//R 2)≈R G r 'o =RD58/73制作单位:北京交通大学电子信息工程学院 《模拟电子技术》课程组。

场效应管放大电路

场效应管放大电路

这种偏置电路的特点是: 栅极直流偏压直接由电源UGG经电阻Rg供给,因为3DO1是耗 尽型MOS管,故 UGS = - UGG。由于场效应管输入电阻很大, 所以 Ig = 0 。栅偏压是由固定的外加电源供给的,故称为固 定偏置电路。此电路是共源极放大电路。
⑵ 自给栅偏压偏置电路
这种偏置电路的特点是: 在源极上接一个电阻RS,外加电压UDD产生的ID就会在RS 上产 生压降URS ,由于Ig = 0,所以可以得 :UGS = - URS = - ID RS 。 这种电路栅 偏压是由漏极电流流过源极电阻产生的,故称为 自给偏压电路。增强型MOS管不采用此种这种方式。
(mA) ID UGS = 0 V
6
击穿区
rN小
可变电阻区
5
4 3 2
UGS = -1V 放 大 区 UGS = -2V UGS = -3V UGS = -4V
4 8 12 16 20 24
rN大
1 0
截止区
BUDSS
UDS(V)
⑶ 截止区 当|UGS|≥|UP|时,导电沟道完全夹断,电阻rn最大, 漏极电流 ID = 0,管子截止。
id
T2 T1 Id0
T3
Q0
ugso
ugs
从图可以看出当 UGS选在零工作 点,则温度变化时,漏极电流 ID 不变。T1,T2,T3为不同的温度 曲线。
4. 场效应管结构对称,应用灵活 ,方便。有时漏极和源极 可以互换使用,但是当衬底与源极相连在一起是不能互换使 用的。
5. 场效应管的制造工艺简单,有利于大规模集成。 6. 由于MOS场效应管输入电阻高达10¹² KΩ,故受外界静电 场感应产生的电荷不容易泄露,会在栅极上产生很高的电场 强度会引起 SiO2绝缘层击穿损坏管子。焊接时,应将电烙铁 外壳可靠接地。 7. 由于场效应管的跨导小,组成放大电路时,在相同负载 电阻的情况下,其电压放大倍数比三极管放大电路低。

场效应管放大电路

场效应管放大电路

场效应管放大电路
一、实验要求
(1)建立场效应管放大电路。

(2)分析场效应管放大电路的性能
二、实验内容
(1)建立结型场效应管共源放大电路。

结型场效应管取理想模式。

用信号发生器产生频率为lkHz、幅值为10mV的正弦信号。

(2)打开仿真开关,用示波器观察场效应管放大电路的输入波形和输出波形。

测量输出波形的幅值,计算电压放大倍数。

(3)建立如图3-3所示的场效应管放大电路的直流通路。

打开仿真开关,利用电压表和电流表测量电路静态参数。

三、实验电路原理图
结型场效应管共源放大电路
场效应管放大电路的直流通路
四、实验结果及分析
1、函数信号发生器
输入信号输出信号波形:
分析:
共源放大电路的电压放大倍数为10。

输出波形的幅值为100mv。

2、场效应管放大电路的直流通路大电路的直流通路
分析:
根据实验数据可得,场效应管的漏源电压为15.076V,栅源电压为0.411V,漏极电流为0。

.05mA。

电压表和电流表测到的栅源电压,漏源电压,漏极电流。

五、实验结论
与双极型晶体管放大电路的共发射极、共集电极和共基极电路相对应,场效应管放大电路也有三种基本组态:共源电路、共漏电路、共栅电路。

其电路结构与分析方法与双极型晶体管放大电路类似。

52场效应管放大电路

52场效应管放大电路

解:由于IG=0,栅极和源极上的电压分别为
VG
VS
V V G VS G S V V G S 0 V V S S ID R (1 S 0 ( 4 I1 D )V 4 0 ID )VID IV D2 G .8 2S .m 1 844 m 或 4 0 A A 1 * .2 4 .8 m 1 4 A 1 .3 RV G 6 0 不合VR理SSS 设MOS管工作在饱和区,则 ID1.41mA
反相,电压放大倍数大于1;输出电阻=RD。 (3) 场效应管源极跟随器输入输出同相,电压放
大倍数小于1且约等于1;输出电阻小。
例5.2.4:设 V D D 5 V ,R d 3 .9 k ,V G S 2 V场效应管的参数为
V T 1 V ,K n 0 .8 m A /V 2 , 0 .0 2 V 1当MOS管工作于饱和区时
VDS QVDD IDR QS
MOS场效应管放大电路分析(3)
3结、i论i共:漏放大电G 路动D态id参数计算
输出电阻Ro: Ro
G

vo
| vs 0
io
D
idRL

+VDD
(相+似1),共性漏能R电G也2路相与似V+共g。s 集电路g结mV构gs
+ RG2RG1 vgs
D gmvgs
(V2i)因为Av≈1,S-共漏电路电+ 路 也(的-称3R)O源小共极。R漏跟G电1随路器的。RRSO比共R源L 电-路Vo
5.2 场效应管放大电路
场效应管的三个电极g、s、d和三极管的 三个电极b、e、c的作用相对应。用场效应管 组成的放大电路也有相应的共源、共漏、共栅 三种不同的接法,为使场效应管放大电路能够 正常工作,也应建立合适的静态工作点,并使 静态工作点稳定,所不同的是场效应管是电压 控制器件,需要建立合适的栅源电压,也叫栅 极偏置电压(栅偏压)。

电子电工学——模拟电子技术 第五章 场效应管放大电路

电子电工学——模拟电子技术 第五章 场效应管放大电路
1. 最大漏极电流IDM
场效应管正常工作时漏极电流的上限值。
2. 最大耗散功率PDM
由场效应管允许的温升决定。
3. 最大漏源电压V(BR)DS 当漏极电流ID 急剧上升产生雪崩击穿时的vDS值。
4. 最大栅源电压V(BR)GS
是指栅源间反向电流开始急剧上升时的vGS值。
5.2 MOSFET放大电路
场效应管是电压控制器件,改变栅源电压vGS的大小,就可以控制漏极 电流iD,因此,场效应管和BJT一样能实现信号的控制用场效应管也 可以组成放大电路。
场效应管放大电路也有三种组态,即共源极、共栅极和共漏极电路。
由于场效应管具有输入阻抗高等特点,其电路的某些性能指标优于三极 管放大电路。最后我们可以通过比较来总结如何根据需要来选择BJT还
vGS<0沟道变窄,在vDS作用下,iD 减小。vGS=VP(夹断电压,截止电 压)时,iD=0 。
可以在正或负的栅源电压下工作,
基本无栅流。
2.特性曲线与特性方程
在可变电阻区 iD
Kn
2vGS
VP vDS
v
2 DS
在饱和区iD
I DSS 1
vGS VP
2
I DSS KnVP2称为饱和漏极电流
4. 直流输入电阻RGS
输入电阻很高。一般在107以上。
二、交流参数
1. 低频互导gm 用以描述栅源电压VGS对漏极电流ID的控制作用。
gm
iD vGS
VDS 常数
2. 输出电阻 rds 说明VDS对ID的影响。
rds
vDS iD
VGS 常数
3. 极间电容
极间电容愈小,则管子的高频性能愈好。
三、极限参数
D iD = 0

MOS场效应管放大电路解读

MOS场效应管放大电路解读

2.67K
五、应用举例

• 3、计算电压放大倍数 Au 。

Au
gmRS // RL
0.258 //1000
1 gmRS // RL 1 0.258 //1000
0.67
注意事项
(1)在使用场效应管时,要注意漏源电压 UDS、漏源电流ID、栅源电压UGS及耗散功率等 值不能超过最大允许值。
• 从表中可以看出,rgs和rds数值很大,可以忽略;跨 接在g~d之间的电容Cgd可以用与晶体管分析相同的方法 折合到输入和输出回路:


Cgs Cgs (1 K )Cgd , (K gm RL )

Cds
Cds
K

1
C
gd
,
K

(K gm RL )
场效应管的高频等效模型
• 由于输出回路的时间常数比输入回路小得多,可忽
1.08
0
解之,得:ID1 1.52mA, ID2 0.535mA
由于I D1
1.52mA
I

DSS
不合
题意,舍去。故:
IDQ 0.535mA
UGSQ 1.08V
U DSQ VDD I DQ (RD RS )
16 0.535 (10 8) 6.37V
五、应用举例
• 2、计算输入电阻Ri和输出电阻RO Ri RG RG1 // RG2 1 0.16 // 0.04 1.03M RO RD 10K
(2)场效应管从结构上看漏源两极是对称 的,可以互相调用,但有些产品制作时已将衬 底和源极在内部连在一起,这时漏源两极不能 对换用。
(3)结型场效应管的栅源电压UGS不能加 正向电压,因为它工作在反偏状态。通常各极 在开路状态下保存。

第5章场效应管放大电路分析

第5章场效应管放大电路分析

如果接有外负载RL
Rg1
Rd d Vo
g sb
RL
Vi Rg2
Rg3 R
AV gm (Rd // RL )
Ri Rg3 Rg1 // Rg 2
g
Vi
Rg3 gmVgs R’g
d Rd Vo RL
Ro Rd
s R’g=Rg1//Rg2
27
源极电阻上无并联电容:
AV
Vo Vi
Vgs
gmVgs Rd gmVgs R
10
(2) 转移特性曲线 iD= f (vGS)|vDS= 常数
表征栅源电压vGS对漏极电流的控制作用, 场效应管是电压控制器件。
在饱和区内,FET可看
作压控电流源。
IDSS
转移特性方程:
iD=IDSS(1-vGS/VP)2
vGS VP- 0.8 – vG
0.4
S
11
(3)主要参数
夹断电压:VP 当导电沟道刚好完全被关闭时,栅源所对应的电
s
gd
N+ PN+
18
3 、特性曲线
4区:击穿

3区
截止区
vGS<V
T
vGD<V
T
VT
1区:可变电阻区: vGS>VT vGD>VT 沟道呈电阻性,iD随vDS
的增大而线性增大。
iD=0 2区:恒流区(线性放大区)
vGS>VT vGD<VT iD=IDO{(vGS/VT)-1}2 IDO是vGS=2VT时,iD的值。
VT R
g
m
(VT
)
VT R
VT
(gm
1) R

场效应管基本放大电路高级教学

场效应管基本放大电路高级教学

gm
2 U GS (th)
I DO I DQ
RG g
d

gm U gs


Ui
U gs
Rd

UO
2 10 2.5 2.5mA/V _ 4
_S
_

Au gmRd 2.5 3 7.5
Ro Rd 3K
精编课件
31
3、基本共漏放大电路的动态分析
(1)、估算静态工作点:
+VDD
VGG=UGSQ+IDQRS
精编课件
38
四、布置作业
1、P143 2.16
UGS(th)=2V IDO=4mA代替图(b)
2、预习:2. 7 2.8
精编课件
39
精编课件
40
Ro
Rs
//
1 gm
交流等效电路
RG
g

U
gs
S
_


Ui
gm U gs
Rs

UO
_
d
_

Rg
_

UO
IO
g
S

I RS

gm UO
Rs
d

UO
_
精编课件
35
例2.6.2
解:(1)、首先求出gm:
+VDD
gm
2 U GS (th)
I DO I DQ
2
Rg
T
u1_
Rs
VGG
u
_
O
8 2.5 2.98mS
uO
_
G u gs
id D

场效应管放大电路

场效应管放大电路

场效应管放大电路场效应管放大电路与双极型晶体管放大电路类似,也有与之对应的三种基本组态:共源(共射)、共漏(共集)和共栅极(共基极)。

1.直流偏置及静态分析场效应管放大电路有两种常用的直流偏置方式:自给偏压和分压式偏置。

由于耗尽型(包括结型)管子在时就有漏极电流,利用这一电流在源极电阻上产生的电压给管子供应直流偏置,因此自给偏压仅适合于耗尽型管子。

分压式偏置方式,利用分压电阻供应的栅极直流电位和源极电阻上产生的直流压降共同建立栅源间极的直流偏置。

调整分压比可以使偏置电压为正或为负,使用敏捷,适合于各种场效应管。

场效应管放大电路的静态分析有图解法和解析法两种。

图解法与双极型晶体管放大电路的图解法类似,读者可对比学习。

解析法是依据直流偏置电路分别列出输入、输出回路电压电流关系式,并与场效应管工作在恒流区(放大区)漏极电流和的关系联立求解获得静态工作点。

2.动态分析场效应管放大电路的动态分析也有图解法和微变等效电路法两种。

它与双极型晶体管放大电路的分析法类似,读者可对比学习。

在双极型晶体管放大电路动态分析中,通常给出了管子的β值,而在场效应管放大电路分析中则需要利用解析法计算跨导gm。

例如耗尽型管子的由下式求得:上式表明gm与IDQ有关,IDQ越大,gm也就越大。

3.三种基本放大电路的特点场效应管放大电路的组态判别与双极型晶体管放大电路类似此处不再赘述。

三种基本放大电路的性能特点如表1所示。

表1 场效应管三种基本放大电路的性能特点共源极共漏极共栅极输入电阻大大小输出电阻较大小较大电压放大倍数大小于等于1大uo与ui的相位关系反相同相同相。

场效应管的三种放大电路

场效应管的三种放大电路

和半导体三极管一样,场效应管的电路也有三种接法即共源极电路、
共漏极电路和共栅极电路。

1.共源极电路
共源极电路除有图16-13 所示的接法外,还可采用图16-14 所示的电路。

这种电路的栅偏压是由负电压UG经偏置电阻RG提供的。

该电路虽然简单.但R G不易取得过大.否则会在栅漏泄电流流过时产生较大的压降,使栅偏压发生变化.造成工作点的偏离。

共源极基本放大电路的主要参数,可由以下各式确定:
2. 共漏极电路(源极输出器)
共漏极电路如图16-15 所示。

该电路中除有源极电阻Rs提供的自偏压外,还有由R1和R2组成的分压器为栅极提供的固定栅偏压。

共漏极电路的输出与输入同相,可起到阻抗变换器的作用。

共漏极基本放大电路的主要参数可由以下各式确定:
3. 共栅极电路
共栅极电路如图16-16 所示。

偏置电路为自给偏置,当ID流经Rs 时产生压降ID·Rs,由于栅极接地,相当于源极电位比栅极高出一个ID·Rs值。

这种方法简单.栅极电压也会随信号自动调节,对工作点的稳定有好处C 该电路有良好的放大特性。

共栅极电路的输入电阻和输出电阻由下式确定:。

MOS场效应管放大电路

MOS场效应管放大电路

电源抑制比
偏置电路应具有较高的电 源抑制比,以提高放大电 路对电源噪声的抑制能力。
调整方便性
偏置电路应易于调整,以 满足不同工作条件下的需 要。
Part
04
mos场效应管放大电路的性 能分析
电压放大倍数
总结词
电压放大倍数是mos场效应管放大电路的重要性能指标,表示输出电压与输入电压的比 值。
详细描述
促进电子技术发展
研究mos场效应管放大电 路有助于推动电子技术的 发展,促进相关领域的技 术创新。
Part
02
mos场效应管放大电路的基 本原理
mos场效应管的工作原理
金属-氧化物-半导体结构
mos场效应管由金属、氧化物和半导体材料组成,形成导电沟道。
电压控制器件
mos场效应管通过外加电压控制导电沟道的开闭,实现电流的放大 或开关作用。
02
结果表明,mos场效应管放大电路具有高放大倍数、高输入电阻和低噪声等优 点,适用于低频信号放大和高增益要求的应用场景。
03
本文还对mos场效应管放大电路的稳定性进行了分析,并提出了改进措施,以 提高电路的稳定性和可靠性。
对未来研究的展望
未来研究可以进一步探索mos场效应管放大电路在高频、宽带和低噪声等方面的性能优化,以满足更 广泛的应用需求。
VS
详细描述
失真性能是衡量mos场效应管放大电路性 能的重要指标之一,失真越小,电路的性 能越好。失真性能主要受到静态工作点、 跨导、源极电阻和负载电阻等因素的影响 。
Part
05
mos场效应管放大电路的应 用
在音频放大器中的应用
音频放大器是mos场效应 1
管放大电路的重要应用领 域之一。

模电第10讲 场效应管及其放大电路

模电第10讲 场效应管及其放大电路

三、场效应管放大电路的动态分析
1. 场效应管的交流等效模型
与晶体管的h参数等效模型类比:
近似分析时可认 为其为无穷大!
iD gm uGS
U DS
根据iD的表达式或转移特性可求得gm。
i D 2 I DSS 1 uGS gm uGS U U GS(off) U GS(off)

U
DS
2 I
2 DSS
1 uGS U GS(off) U GS(off)

2
U DS
2 U GS(off)
2 U GS(off)
2 UGS(th)
I DSS iD
当小信号作用时,可以用来 I DQ近似id,所以
gm
I DSS I DQ
同理,对于增强型MOS管
gm
I DO I DQ
2. 基本共源放大电路的动态分析
• 例2.7.1 已知图中所示电路 VGG 6V VDD 12V Rd 3kΩ
VGS(th) 4V I DO 10mA
试估算电路的Q点
Au
Ro
解:(1)求Q:
VGS VGG 6V 2 U GSQ I DQ I DO 1 2.5mA U GS(th) UDSQ VDD I DQ Rd 4.5V
优点:输入电阻高、噪声系数低、温度稳定性好、 抗辐射能力强、便于集成化。缺点:放大能力差。
输入 输出 公共极
Au
gm Rd 大 倒相
Ri
Ro
共源 g
d
s
很大 大几千欧 几倍~几十倍
gm Rs 1 gm Rs 小同相

场效应管放大电路及多级放大电路

场效应管放大电路及多级放大电路

展望
随着电子技术的不断发展,场效应管放大电路和多级放大电路的性能将不 断提升,应用领域也将不断扩大。
未来研究将更加注重电路的集成化、小型化和智能化,以提高系统的可靠 性和稳定性。
在实际应用中,需要不断优化电路设计,提高放大倍数、降低噪声、减小 失真等性能指标,以满足不断增长的技术需求。
THANKS
高增益
多级放大电路具有较高的电压和 功率放大倍数,能够实现较大的 信号增强。
复杂性高
多级放大电路结构复杂,设计和 调试难度较大,同时对元件性能 要求较高。
稳定性好
通过负反馈和动态平衡机制,多 级放大电路具有较好的稳定性。
适应性强
多级放大电路可以根据实际需求 灵活设计各级的组成和参数,以 适应不同应用场景。
放大电路的重要性
放大电路是电子系统中的重要组成部 分,用于将微弱的信号放大到足够的 幅度,以满足各种应用需求。
在通信、音频处理、自动控制系统等 领域,放大电路发挥着至关重要的作 用。
Part
02
场效应管放大电路
场效应管的工作原理
电压控制器件
场效应管依靠电场效应控 制半导体导电能力,输入 电压控制输出电流。
STEP 03
偏置电路
为场效应管提供合适的偏 置电压,以调整放大电路 的性能。
将放大的信号从漏极输出, 通过负载电阻转换成电压 信号。
场效应管放大电路的特点
高输入阻抗
场效应管具有很高的输入阻抗, 减小了信号源的负担。
易于集成
场效应管易于集成在集成电路中, 减小了电路体积并提高了稳定性。
低噪声性能
场效应管内部热噪声较低,提高 了放大电路的信噪比。
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场效应管放大电路
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饱 和

N型导电 沟道
衬底 B
(c)
衬底 B
图4-3 N沟道增强型 MOSFET的基本工作原理示意图
(a)
uDS = 常数 的条件下, 从输出特性曲线上
用作图法求出。 增强型 MOSFET 的转移特性同样以
(c) u GS > U GS(th) , u DS较 小 时,i D 迅速 增 大 (d ) u GS > U GS(th) , u DS较 大 时 出 现 夹断,i D 趋于饱 和
场效应管的结构及类型 场效应管的工作原理 1.结型场效应管 转移特性和输出特性 主要参数 MOS 场效应管的结构及类型 MOS 场效应管的工作原理 2.MOS 场效应管 转移特性和输出特性 主要参数 MOS 场效应管的使用注意事项 静态分析 3.场效应管放大电路的分析方法 动态分析 场效应管的小信号模型 各参数的物理意义 三种组态放大电路的分析
导 电沟道
d
N+
铝 电极
所示。耗尽型 MOSFET 的符号如图 4-4b 所示。N 沟 道耗尽型 MOSFET 的结构与增强型 MOSFET 结构相 似,不同之处在于 N 沟道耗尽型 MOSFET 在制造过 程中在栅源之间的 SiO2 中注入一些离子(图中 4-9 中用 “ +” 表示),使漏源之间的导电沟道在 uGS = 0 时导电 沟道就已经存在了,这一沟道称为初始沟道。因此称 电流 iD 。 2) N 沟道耗尽型 MOSFET 的特性曲线 N 沟道耗尽型 MOSFET 的漏极电流可近似表示为
第 4 章 场效应管放大电路
第 4 章 场效应管放大电路
4.1 教学基本要求
主 要 知 识 点
场效应管的结构与类型 场效应管 场效应管的工作原理 场效应管的伏安特性及主要参数 场效应管放大器的的结构、微变等效电路 场效应管放大 电路 场效应管放大电路的静态分析 场效应管放大电路的动态分析 场效应管三种基本放大电路 √ √ √ √ √ √ 教 学 基 本 要 求 熟练掌握 正确理解 一般了解 √
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第 4 章 场效应管放大电路
4.4 主要内容 4.4.1 场效应管
场效应管(FET)也是具有放大作用的三极管,但其工作原理与 BJT 不同。 场效应管根据结构和工作原理的不同,分为两大类:结型场效应管和金属-氧化物-半导体场 效应管,后者包括耗尽型和增强型。场效应管放大电路也有 3 种组态:共源极、共漏极和共栅极放 (off) , 即 uGD = uGS − uDS = U GS(off) 时, 靠近漏极端的耗尽层出现预夹断。 这时 uDS 增
大也不会使 iD 有明显的增大。沟道中相应电位差用夹断电压 U GS(off) 表示。预夹断处 A 点的电压
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第 4 章 场效应管放大电路
iD = 0
s
g
d
N+
s
N+
g
⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅
P
d
N+
时,靠近漏极端的沟道厚度为零,出现预 夹 断 。 若 uDS 继 续 增 大 , 使
P
u DS > (uGS − U GS(th) ) , 导电沟道的夹断点
向源极方向移动,夹断区域向源极方向延 伸,沟道电阻增大,电流 iD 趋于饱和,基 本不随 uDS 的变化而变化,仅取决于 u GS 。 3) N 沟道增强型 MOSFET 的特性曲线 N 沟道增强型 MOSFET 的特性曲线 也分为输出特性和转移特性。输出特性同 样分为可变电阻区、放大区( 饱和区) 、击 穿区和截止区。转移特性同样是在 s
iD = I DSS (1 −
uGS 2 ) U GS(off)
(U GS(off) ≤ u GS ≤ 0)
37
(4-6)
第 4 章 场效应管放大电路
式中。 I DSS 是 u GS = 0 时的漏极电流。 表 4-1 各种场效应管特性比较
结 构 N 沟 道 J F E T P 沟 道 J F E T 工作 方式 符号 转移特性
(4-3)
由于输出特性和转移特性都是用来描述 FET 的电压与电流之间关系,因此,转移特性可以直 接从输出特性上通过作图法求得。在 U GS(off) ≤ u GS ≤ 0 的范围内, iD 随 uGS 的增加(负数减小)近似 按平方律上升,即
i D = I DSS (1 −
u GS 2 ) U GS(off)
d g s B
N沟道耗尽 型 MOSFET
I DSS
-1V -2V -3V
uDS
uGS V
0
U GS(off)
0
N沟道MOS耗尽型
N+
衬底 B
(a)
衬底 B
(b)
UDD
U GG
iD
U DD
g
⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ ⋅⋅⋅ ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ ⋅⋅⋅ ⋅⋅ ⋅⋅⋅ ⋅ ⋅⋅
P
d
N+
迅 速 增 大
U GG
iD
s
N+
g
⋅⋅ ⋅⋅⋅ ⋅ ⋅⋅ ⋅⋅ ⋅⋅⋅⋅⋅ ⋅⋅⋅⋅⋅ ⋅⋅ ⋅⋅ ⋅⋅⋅⋅⋅⋅ ⋅⋅⋅⋅⋅⋅
P
(d)
d
N+
夹断区
36
第 4 章 场效应管放大电路
当 uGS ≥ U GS(th) 导 电沟道形成 ,此 时 外加漏源电压 uDS 将产生漏极电流 iD 。 当 uDS 较小时, iD 随 uDS 增大而迅速 增 大 。 当 uDS 增 加 到 u DS = u GS − U GS(th)
N+
UDD
iD = 0
U GG
(a) (b)
(Source)
P 沟道
(c)
s
图4-1 结型场效应管的结构及符号
(a) N沟道 JFET的结构 (b) P沟道 JFET的结构
(c) JFET的 符号
如图 4-1a 所示,FET 也有三个电极分别称为栅极 G、源极 S 和漏极 D。两个 PN 结之间的 N 型区域称为 N 型导电沟道,简称 N 沟道,其符号如图 4-1c 所示。 如图 4-1b 所示为 P 型沟道 JFET 的结构示意图,其符号如图 4-1c 所示。 2) N 沟道结型场效应管的工作原理 (1) uGS 对导电沟道和 iD 的控制作用 当 uGS = 0 时, 导电沟道未受任何电场的作用, 导电沟道最宽, 当外加 uDS 时, iD 最大; 当 u GS 由零向负值增大时,在 u GS 的反向偏置电压作用下,耗尽层将加宽,导电沟道变窄,沟道电阻增大, 外加 uDS 时,iD 将减小;当│ u GS │= U GS(off) 时 ,两侧的耗尽层在中间完全合拢, 导电沟道被夹断; 相应的栅-源极之间的电压称为夹断电压 U GS(off) 。 可见, 改变 u GS 的大小可以有效控制导电沟道电 阻的大小。 3) u DS 对导电沟道和 iD 的控制作用 当 u GS 为某一固定值,且 U GS(off) < u GS < 0 时,若 u DS = 0 则 iD = 0 。增大 uDS ,沟道中的 DS 之间的电位梯度将发生变化,在电场的作用下导电沟道中形成的沟道电流 iD 也增大。当 uDS 增大到
4.2 重点和难点
一、重点
1.理解场效应管的结构、工作原理;场效应管与双极型三极管的区别。 2.场效应管放大电路的小信号模型分析方法。
二、难点
1.正确理解结型场效应管和 MOS 场效应管的工作原理。 2.场效应管放大电路的静态分析和小信号模型分析方法(三种基本组态、微变等效电路、主要 参数计算)。
4.3 知识要点
uGS = 0时, 无 导 电 沟道
(b) u GS ≥ U GS(th) 时, 出 现 沟道
uDS 为参变量时,漏极电流 iD 随栅源电压 uGS 变化的关系曲线。漏极电流 iD 的近似表达式为 u iD = I DO ( GS − 1) 2 (uGS > U GS(th) ) (4-5) U GS(th)
uGS 对 iD 的控制作用
a. uGS = 0 时,没有 N 型导电沟道 b. uGS ≥ U GS(th) 时,出现 N 沟道。 可以通过 uGS 控制 N 型沟道的厚度,此时在 uDS 的作用下将产生漏极电流 iD 。显然 uGS 越大导 电沟道越厚, 沟道电阻值越小通常将在 uDS 作用下开始导电时的 uGS 成为开启电压, 用 U GS(th) 表示。 也正是由于这种场效应管在 uGS ≥ U GS(th) 时才形成导电沟道,才称之为增强型场效应管。 (2) uDS 对 iD 的影响
0
iD mA 0
P沟道JFET +3V
0
iD
uDS
U GS(off)
uGS V
P沟道 JFET
耗 尽 型
d g s
+2V +1V 0V
I DSS
uDS = uGS − U GS(off)
u DS = uGS − U GS(th)
+5V +4V
iD mA
iD mA
u DS > u GS − U GS(th)
耗尽型 N 沟道
P 衬底
半导体 材料
衬底 B
耗尽 型 P 沟道
(a)
(b)
图4-4 耗尽型 MOSFET 的结构及其符号
(a) N沟道耗尽 型MOSFET 的结构示意 图 (b) 耗尽型 MOSFET的符号
为 N 沟道耗尽型 MOSFET。 由于 uGS = 0 时就存在初始导电沟道, 所以只要加上 uDS 就能形成漏极
式中, I DO 是 uGS = 2U GS(th) 时的漏极电流 iD 。
2
N 沟道耗尽型 MOSFET
1) N 沟道耗尽型 MOSFET 的结构 N 沟道耗尽型 MOSFET 的结构示意图如图 4-4a
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