模电ppt课件模电.ppt

《模电ppt课件模电.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模电ppt课件模电.ppt（27页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

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

2、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

3、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)

4、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

5、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

6、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

7、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 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

8、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,(UGSQ、IDQ

9、、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=IDQUGSQ=-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,