模拟电子技术基础3场效应晶体管及其基本放大电路chen课件.ppt

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1、,场效应晶体管 (Field Effect Transistor，FET)是电压型 (或电场型)控制器件，利用输入回路的电场效应来控制输出回路的电流，靠多数载流子导电，因而是单极型晶体管。FET具有输入电阻高 、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强等优点，广泛应用于集成电路中。本章主要介绍FET的结构、工作原理，以及FET基本放大电路的分析方法。,本章简介,3.1 结型场效应晶体管,3.3 场效应晶体管放大电路,3.2 绝缘栅型场效应晶体管,3 场效应晶体管及其放大电路,模拟电子技术基础,场效应晶体管 (Field Effect Tran,3.1.1 JFET的结构和工作原理1.结构 2.工作原理

2、3.1.2 N沟道结型场效应晶体管的特性曲线 1.输出特性 2.转移特性,本节内容,3.1 结型场效应晶体管,3.1.1 JFET的结构和工作原理本节内容3.1 结型场,场效应晶体管概述,场效应管有三个极：源极（s）、栅极（g）、漏极（d），对应于晶体管的e、b、c；有三个工作区域：截止区、恒流区、可变电阻区，对应于晶体管的截止区、放大区、饱和区。,g与s、d均无电接触,uGS=0,导电沟道已存在,uGS=0,无导电沟道存在,导电沟道中多数载流子为电子,导电沟道中多数载流子为空穴,场效应晶体管概述 场效应管有三个极：源极（s）、栅,3.1.1 JFET的结构和工作原理,1. 结构与符号,导电沟

3、道,漏极,源极,栅极,漏极,源极,栅极,箭头方向表示栅-源极接正向偏置电压时，栅极电流的方向是由P指向N,3.1.1 JFET的结构和工作原理1. 结构与符号导电沟,3.1.1 JFET的结构和工作原理,2. 工作原理,(1) uDS=0, uGS对导电沟道的影响,导电沟道已在, 耗尽层最窄, 导电沟道最宽。,| uGS| 耗尽层变宽, 导电沟道变窄。,导电沟道被夹断。,夹断电压UGS(off) : 导电沟道刚好消失时栅-源极所加电压,uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必须加负电压？,3.1.1 JFET的结构和工作原理2. 工作原理(1),3.1.1 JFET的结构和工作原理,2.

4、工作原理,(2) 0uGS UGS(off) （为恒定值）, uDS对iD的影响,uGDUGS（off）沟道中没有任何一处被夹断，uDS增大，iD增大。,uGD=UGS（off）沟道在d端被夹断预夹断。,uGDUGS（off）夹断区向源极延伸,uDS增大,iD几乎不变,仅决定于uGS 。,3.1.1 JFET的结构和工作原理2. 工作原理(2),3.1.2 结型场效应晶体管的特性曲线,1. 输出特性,(1) 可变电阻区,等效为受uGS控制的可变电阻,(2) 恒流区,iD几乎仅决定于uGS,(3) 夹断区,3.1.2 结型场效应晶体管的特性曲线1. 输出特性(1),3.1.2 结型场效应晶体管的

5、特性曲线,2. 转移特性,不同型号的管子UGS（off）、IDSS将不同。,恒流区(uGSUGS(off),饱和漏电流,3.1.2 结型场效应晶体管的特性曲线2. 转移特性,3.2 绝缘栅型场效应晶体管,3.2.1 增强型MOSFET1.结构 2.工作原理3.特性曲线与电流方程3.2.2 耗尽型MOSFET 1.结构 2.工作原理3.特性曲线与电流方程,本节内容,3.2 绝缘栅型场效应晶体管3.2.1 增强型MOSFET,3.2.1 增强型MOSFET,1. 结构与符号,漏极,源极,栅极,高掺杂,虚线表示uGS=0时，导电沟道未形成,3.2.1 增强型MOSFET1. 结构与符号漏极源极栅极高

6、,3.2.1 增强型MOSFET,2. 工作原理,（1） 导电沟道的形成（s与B相连，uDS=0),1） uGS=0, iD=0，导电沟道未形成,2) uGS产生gs垂直电场,吸引电子,排斥空穴,形成耗尽层.因 uGS 较小, 导电沟道未形成, iD=0.,3) uGSUGS(th)衬底表面形成反型层将两个N+区连通, 导电沟道形成.,开启电压,3.2.1 增强型MOSFET2. 工作原理（1） 导电沟道,3.2.1 增强型MOSFET,2. 工作原理,（2） 导电沟道形成后uDS对iD的影响（uGSUGS(th),uGDUGS（th）沟道中没有任何一处被夹断，uDS增大，iD增大。,uGD=

7、UGS（th）沟道在d端被夹断预夹断。,uGDUGS（th）夹断区向源极延伸,uDS增大,iD几乎不变,仅决定于uGS 。,3.2.1 增强型MOSFET2. 工作原理（2） 导电沟道,3.2.1 增强型MOSFET,3. 特性曲线与电流方程,恒流区转移特性:,3.2.1 增强型MOSFET3. 特性曲线与电流方程恒流区,3.2.2 耗尽型MOSFET,1. 结构与符号,实线表示uGS=0时，导电沟道已存在,小到一定值才夹断,加正离子,3.2.2 耗尽型MOSFET1. 结构与符号实线表示uGS,3.2.2 耗尽型MOSFET,2. 工作原理,uGSUGS(off) ,沟道完全被夹断, iD=

8、0夹断区。当uGSUGS(off) 且为确定值, uDS对iD的影响:0uGS-UGS(off)恒流区, iD的趋于饱和,不随uDS而变.,3.2.2 耗尽型MOSFET2. 工作原理uGSUGS(,3.2.2 耗尽型MOSFET,3. 特性曲线与电流方程,耗尽型MOS管在 uGS0、 uGS 0、 uGS 0时均可导通，且与结型场效应管不同，由于SiO2绝缘层的存在，在uGS0时仍保持g-s间电阻非常大的特点。,恒流区转移特性方程与JFET完全相同,3.2.2 耗尽型MOSFET3. 特性曲线与电流方程,MOS管的特性总结：,N沟道增强型MOS管,N沟道耗尽型MOS管,开启电压,夹断电压,M

9、OS管的特性总结：N沟道增强型MOS管N沟道耗尽型MOS管,P沟道增强型MOS管,P沟道耗尽型MOS管,PMOSFET外加的uDS必须是负值，增强型PMOSFET的开启电压也是负值。箭头向外表示实际的电流方向为流出漏极，与通常的假定正好相反,P沟道增强型MOS管P沟道耗尽型MOS管PMOSFET外加的,工作在恒流区时g-s、d-s间的电压极性,uGS=0可工作在恒流区的场效应管有哪几种？ uGS0才工作在恒流区的场效应管有哪几种？ uGS0才工作在恒流区的场效应管有哪几种？,3.2.3 各种FET特性比较及使用注意事项,工作在恒流区时g-s、d-s间的电压极性uGS=0可工作在恒,3.2.4

10、FET的主要参数及低频小信号等效电路模型,1.主要参数,直流参数：,交流参数：,极限参数：,3.2.4 FET的主要参数及低频小信号等效电路模型1.主,3.2.4 FET的主要参数及低频小信号等效电路模型,2.低频小信号等效电路模型及参数求取,3.2.4 FET的主要参数及低频小信号等效电路模型2.低,3.3.1 共源放大电路1.自给偏压共源放大电路 2.分压式偏置共源放大电路3.3.2 共漏放大电路,本节内容,3.3 场效应晶体管放大电路,3.3.1 共源放大电路本节内容3.3 场效应晶体管放大电,场效应管放大电路概述,设定合适的静态工作点,BJT：发射极e、基极b、集电极c，共射CE、共集

11、CC、共基CB FET：源极s、 栅极g、漏极d， 共源CS、共漏CD、共栅CG,场效应管放大电路概述设定合适的静态工作点BJT：发射极e、基,3.3.1 共源放大电路,1.自给偏压共源放大电路：由N-JFET构成,（1）静态分析,恒流区工作条件：,和,3.3.1 共源放大电路1.自给偏压共源放大电路：由N-J,3.3.1 共源放大电路,1.自给偏压共源放大电路,（2）动态分析,3.3.1 共源放大电路1.自给偏压共源放大电路（2）动态,【例3-1】,合理,不合理,【例3-1】 合理不合理,3.3.1 共源放大电路,2.分压式偏置共源放大电路： 由E-NMOSFET构成,（1）静态分析,3.3

12、.1 共源放大电路2.分压式偏置共源放大电路： 由E,3.3.1 共源放大电路,2.分压式偏置共源放大电路,（2）动态分析,3.3.1 共源放大电路2.分压式偏置共源放大电路（2）动,3.3.2 共漏放大电路,（1）静态分析,3.3.2 共漏放大电路（1）静态分析,3.3.2 共漏放大电路,（2）动态分析求增益及输入电阻,输入电阻大,输入输出电压同相且近似相等,3.3.2 共漏放大电路（2）动态分析求增益及输入电阻,3.3.2 共漏放大电路,（2）动态分析求输出电阻,输出电阻小,3.3.2 共漏放大电路（2）动态分析求输出电阻输出电,【例3-2】,合理,不合理,【例3-2】 合理不合理,【例3-3】,【例3-3】,