第3章场效应管及其放大电路ppt课件.ppt

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1、模拟电子技术,主讲：王彦武汉铁路职业技术学院二00七年四月,第3章 场效应管放大电路,本章主要内容：3.1 绝缘栅场效应管 3.2 结型场效应管 3.3 场效应管的比较 3.4 场效应管的主要参数及使用注意事项 3.5 场效应管放大电路 3.6 本章小结,3.1 绝缘栅场效应管,场效应管的分类：,3.1 绝缘栅场效应管,3.1.1 N沟道增强型MOS管3.1.2 N沟道耗尽型MOS管,3.1.1 N沟道增强型MOS管,一、结构及符号,N沟道增强型MOS管的结构示意图,3.1.1 N沟道增强型MOS管,增强型MOS管的电路符号,3.1.1 N沟道增强型MOS管,二、工作原理,N沟道增强型MOS管

2、的基本工作原理,3.1.1 N沟道增强型MOS管,由上图可以得出结论:（1）UGS对沟道的影响 UGS0时，导电沟道不存在，ID=0；UGS UT时，导电沟道不存在，ID=0；UGS UT时，导电沟道存在，ID0；,3.1.1 N沟道增强型MOS管,（2）ID与UGS、UDS之间的关系 在满足UGSUT，且UGS为某一固定值的条件下：当UDS较小（UGSUDSUT）时，沟道存在，ID随UDS线性变化。当UDS较大（UGSUDSUT）时，沟道预夹断，ID几乎不随UDS变化。,3.1.1 N沟道增强型MOS管,三、特性曲线（1）转移特性曲线 所谓转移特性曲线，就是输入电压uGS对输出电流iD的控制

3、特性曲线。,3.1.1 N沟道增强型MOS管,（2）输出特性曲线 输出特性是表示在UGS一定时，iD与uDS之间的关系，是所表示的关系曲线.,3.1.1 N沟道增强型MOS管,在输出曲线中：截止区条件：UGSUT时对应的区域。特点：无导电沟道，iD0，截止状态。可变电阻区条件：UGSUDSUT。特点：UGS一定时，iD与u DS呈现线性关系；改变UGS，即改变线性电阻大小。恒流区条件：UGSUT，且UGSUDSUT。特点：曲线呈近似水平，uDS对iD的影响很小。,3.1.2 N沟道耗尽型MOS管,N沟道耗尽型MOS管的结构示意图与电路符号,一、结构及符号,3.1.2 N沟道耗尽型MOS管,N沟

4、道耗尽型MOS管的特性曲线,二、特性曲线,3.2 结型场效应管(JFET),3.2.1 JFET结构和符号3.2.2 JFET的工作原理3.2.3 JFET伏安特性曲线,3.2.1 JFET的结构与符号,一、结构及符号,N沟道结型场效应管的结构示意图和符号,3.2.1 JFET的结构与符号,P沟道结型场效应管的结构示意图和符号,3.2.2 JFET的工作原理,一、UGS对ID的控制作用,UGS对ID的控制作用原理图,3.2.2 JFET的工作原理,（1）UGS=0时，沟道存在且很宽。（2）UPUGS0时，沟道存在但变 窄，沟道电阻增大。（3）UGS UP时，沟道夹断。,由上图可得：,3.2.2

5、 JFET的工作原理,改变栅源电压UGS的大小，可以有效地控制沟道电阻的大小。如果在漏源间加上固定电压UDS，则漏极到源极的电流ID将受到UGS的控制，|UDS|增大时，沟道电阻增大，电流ID减小。,3.2.2 JFET的工作原理,二、UDS对ID的控制作用,UDS对ID的控制作用 原理图,3.2.2 JFET的工作原理,在UGS=0时保证沟道存在的条件下：（1）UDSUP，沟道存在。（2）UDS=UP，沟道临界预夹断。（3）UDSUP，沟道夹断变深。,3.2.3 JFET的伏安特性曲线,一、转移特性曲线,转移特性曲线是输入电压uGS对输出电流iD的控制特性曲线。,3.2.3 JFET的伏安特

6、性曲线,二、输出特性曲线,输出特性表示在UGS一定时，iD与uDS之间的关系曲线.,3.2.3 JFET的伏安特性曲线,N沟道结型场效应管的三种工作区：（1）夹断区条件：UGSUP特点：沟道不存在，ID=0。（2）恒流区条件：UGS-UDS UP特点：ID 不随UDS变化，而受UGS控制。（3）可变电阻区条件：UGS-UDS UP特点：ID受UDS控制，且成线性关系。,3.2.3 JFET的伏安特性曲线,结论：（1）结型效应管工作时，其栅极与沟道之间的PN结外加反向偏置，以保证有较高的输入电阻。（2）结型效应管是电压控制电流器件，iD受uGS控制。（3）预夹前，iD随uDS线性变化；预夹断后，

7、iD趋于饱和。,3.3 场效应管的比较,3.3.1 场效应管与三极管的比较,3.3.1 场效应管和三极管比较,（1）场效应管是一种压控器件，由栅源电压UGS来控制漏极电流ID；而晶体三极管是电流控制器件，通过基极电流IB控制集电极电流IC。（2）场效应管参与导电的载流子只有多子，称为单极性器件；而晶体三极管除了多子参与导电外，少子也参与导电，称为双极性器件。因此，场效应管受温度、辐射等激发因素的影响小，噪声系数低；而晶体三极管容易受温度、辐射等外界因素影响，噪声系数也大。,3.3.1 场效应管和三极管比较,（3）场效应管直流输入电阻和交流输入电阻都非常高，可达数百兆欧以上；三极管的发射结始终处

8、于正向偏置，总是存在输入电流，因此基极b与发射极e间的输入电阻较小，一般只有几百欧至几十千欧。（4）场效应管的跨导较小，当组成放大电路时，在相同的负载电阻下，电压放大倍数比晶体三极管低。,3.3.1 场效应管和三极管比较,（4）场效应管的结构对称，漏极和源极可以互换使用，而各项指标基本上不受影响。如果制造时场效应管的衬底与源极相连，其漏极与源极是不可以互换使用的。但晶体三极管的集电极与发射极是不能互换使用的。（5）场效应管的制造工艺简单，有利于大规模集成。特别是MOS电路，每个MOS场效应管的硅片上所占的面积只有晶体三极管的5%，因此集成度更高。此外，场效应管还有制造成本低、功耗小等优点。,3

9、.4 场效应管主要参数及使用注意事项,3.4.1 场效应管的主要参数3.4.2 场效应管的检测及注意事项,3.4.1 场效应管的主要参数,1夹断电压UP2开启电压UT3漏极饱和电流IDSS4击穿电压U（BR）DS5直流输出电阻RGS,3.4.1 场效应管的主要参数,6交流输出电阻rd输出电阻的定义用公式表示为：,7低频互导（跨导）gm,3.4.1 场效应管的主要参数,8最大耗散功率PDM PDM=iDuDS,除了以上参数外，场效应管还有噪声系数、高频参数、极间电容等其他参数。一般情况下，场效应管的噪声系数很小，极间电容较大。,3.4.2 场效应管的检测及 使用注意事项,一、检测 由于绝缘栅型（

10、MOS）场效应管输入电阻很高，不宜用万用表测量，必须用测试仪测量，而且测试仪必须良好接地，测试结束后应先短接各电极放电，已防外来感应电势将栅极击穿。,3.4.2 场效应管的检测及 使用注意事项,二、使用注意事项（1）在MOS管中，有的产品将衬底引出，这种管子有4个管脚，应注意衬底的使用。（2）注意MOS管的漏极和源极是否可互换使用。（3）存放时应将各电极引线短接。,3.4.2 场效应管的检测及 使用注意事项,（4）焊接时，电烙铁必须有外接地线，以屏蔽交流电场，防止损坏管子。（5）结型场效应管栅极与源极之间的PN结不能加正向电压，否则烧坏管子。（6）在使用场效应管时，要注意漏-源电压、漏极电流及

11、耗散功率等，不要超过规定的最大允许值。,3.5 场效应管放大电路,3.5.1 场效应管的直流偏置电路及 静态工作点3.5.2 场效应管微变等效电路分析,3.5.1 场效应管的直流偏置电 路及静态工作点,根据输入、输出回路公共端选择不同，将场效应管放大电路分成共源、共漏和共栅3种组态。由于场效应管具有输入电阻高的特点，一般很少将场效应管接成共栅组态的放大电路。通常场效应管设置偏置的方式有两种，即自给偏压电路和分压式偏置电路。,3.5.1 场效应管的直流偏置电 路及静态工作点,一、自给偏压电路,通过Rg将Rs两端的直流电压加到G-S之间，因栅极电流IG0:UGS=VGIDRs IDRs,3.5.1

12、 场效应管的直流偏置电 路及静态工作点,确定静态一般可采用两种方法：图解法和估算法。（1）图解法 思路：ID与UGS是线性关系，通过作图求出Q点坐标值（UGSQ，IDQ），然后再列出输出回路的电压方程：UDSQ=VCCIDQ（Rd+Rs）,3.5.1 场效应管的直流偏置电 路及静态工作点,具体步骤：,图解法分析静态工作点,3.5.1 场效应管的直流偏置电 路及静态工作点,（2）计算法静态时有：（A）由输入回路得：UGS=VGIDRs IDRs（B）由A、B即可求得静态时的IDQ和UGSQ值，再由输出回路列出电压方程，代入之后即可求得UDSQ值。,3.5.1 场效应管的直流偏置电 路及静态工作点

13、,二、分压式偏置电路,该放大电路静态工作点的计算仍可采用图解法或计算法求出。,3.5.2 场效应管的微变等效 电路分析,一、场效应管的微变等效电路,场效应管微变等效电路,由伏安特性曲线可得：,3.5.2 场效应管的微变等效 电路分析,二、共源极放大电路 典型共源放大电路的微变等效电路如图。,3.5.2 场效应管的微变等效 电路分析,（1）电压放大倍数Au（2）输入电阻ri（3）输出电阻ro ro=Rd,3.5.2 场效应管的微变等效 电路分析,三、共漏极放大电路（源极输出器）,3.5.2 场效应管的微变等效 电路分析,（1）电压放大倍数Au（2）输入电阻ri（3）输出电阻ro,3.6 本章小结

14、,一、场效应管的特点、种类和工作原理（1）基本特点是一种电压控制器件，利用栅源电压来控制漏极电流的。输入电阻非常大。场效应管仅有一种载流子（多数载流子）参与导电，其温度稳定性高，噪声系数小。,3.6 本章小结,（2）主要类型（3）基本工作原理 通过外加电压uGS来改变导电沟道的宽窄，从而来控制电流iD的大小。,3.6 本章小结,二、场效应管的特性曲线（1）转移特性曲线反映栅源电压uGS对漏极电流iD的控制作用，其斜率反映了控制能力并用跨导gm表示。（2）输出特性曲线反映漏极电流iD与漏源电压uDS之间的变化关系。它分为可变电阻区、恒流区、击穿区和夹断区4个区域，作放大器件使用时工作在恒流区。,3.6 本章小结,三、场效应管的主要参数 主要参数有跨导gm、输出电阻ro、夹断电压UP（或开启电压UT）、漏极饱和电流IDSS、极间电容等。,3.6 本章小结,四、场效应管的放大电路 利用场效应管栅-源电压能够控制漏极电流的特点可以实现信号的放大。场效应管放大电路有共源、共漏、共栅3种组态，与双极性三极管的共射、共集、共基3种组态相对应。偏置方式有两种：自给偏置方式、分压式偏置方式。,