晶体管及其小信号放大_4

1晶体管及其小信号放大－场效应管放大电路2场效应晶体管(FET)电压控制器件多子导电输入阻抗高,噪声低,热稳定好,抗辐射,工艺简单,便于集成,…应用广泛3§4场效应晶体管及场效应管放大电路§4.1场效应晶体管(FET)N沟道P沟道增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道（耗尽型）FET场效应管JFET结型IGFET绝缘栅型4一、结构§4.1.1结型场效应管栅极漏极源极N沟道利用PN结反向电压对耗尽层宽度的控制来改变导电沟道的宽度,从而控制通过的电流5UGS二、工作原理（以N沟道为例）正常工作:UGS=0,UDS0VPN结反偏，|UGS|越大则耗尽层越宽，导电沟道越窄，电阻越大。ID初始就有沟道，是耗尽型。ID受UGS和UDS的控制6UGSUDS0但较小:IDID随UDS的增加而线性上升。(UGS固定)7NGSDUGSPPUGS负到一定值时,耗尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即使UDS0V，漏极电流ID=0A。ID夹断电压)(offGSU8UGS,但UDS增加到UGS-,即UGD=UGS–UDS=靠近漏极的沟道夹断.预夹断)(offGSU)(offGSU)(offGSUUDS增大则被夹断区向下延伸。此时，电流ID由未被夹断区域中的载流子形成，基本不随UDS的增加而增加，呈恒流特性。ID=IDSSID9三、特性曲线和电流方程const.DSDGS)(vvfi2.转移特性const.GSDDS)(vvfi)0()1(GSGS(off)2GS(off)GSDSSDvVVvIi1.输出特性夹断区)(offGSU（饱和区）UGD=)(offGSU10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。3.栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。2.在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。11最常见的绝缘栅型场效应管是MOSFET(MetalOxideSemiconductorFET)。分为增强型N沟道、P沟道耗尽型N沟道、P沟道§4.1.2绝缘栅场效应管（IGFET)12一N沟道增强型MOSFET1结构132工作原理(1)VGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。(2)VGSVGS（th)0时，形成导电沟道反型层VGS越大，沟道越宽，电阻越小。14(3)VGSVGS（th)0时，VDS0VGD=VGS－VDS＝VGS（th)时发生预夹断VDS较小时，ID随之线性上升VDS稍大后，产生横向电位梯度出现预夹断后，随着VDS继续增大，夹断点向源极方向移动，ID略有增加15输出特性曲线ID=f(VDS)VGS=const（饱和区）夹断区3N沟道增强型MOS管的特性曲线VGD=VGS（th)16转移特性曲线ID=f(VGS)VDS=constVGS（th)2GS(th)GSDOD)1(VvIiDOI)(2thGSGSVv即时的值17二N沟道耗尽型MOSFET正离子VGS为正沟道加宽VGS为负沟道变窄夹断电压)(offGSU使用方便18输出特性曲线IDUDS0UGS=0UGS0UGS0转移特性曲线2GS(off)GSDSSD)1(VvIi19P沟道MOSFETP沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。202.2.5双极型和场效应型三极管的比较双极型三极管场效应三极管结构NPN型结型（耗尽型）N沟道P沟道PNP型绝缘栅增强型N沟道P沟道绝缘栅耗尽型N沟道P沟道C与E一般不可倒置使用D与S一般可倒置使用载流子多子扩散少子漂移多子漂移输入量电流输入电压输入控制电流控制电流源CCCS(β)电压控制电流源VCCS(gm)21§4.1.4场效应管的参数和型号一场效应管的参数①开启电压VGS(th)(或VT)开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通。②夹断电压VGS(off)(或VP)夹断电压是耗尽型FET的参数，当VGS=VGS(off)时,漏极电流为零。③饱和漏极电流IDSS耗尽型场效应三极管,当VGS=0时所对应的漏极电流22④输入电阻RGS场效应三极管的栅源输入电阻的典型值，对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107Ω，对于绝缘栅型场效应三极管,RGS约是109～1015Ω。⑤低频跨导gm低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用，这一点与电子管的控制作用相似。gm可以在转移特性曲线上求取，也可由电流方程求得DSGSDmVvig⑥最大漏极功耗PDM最大漏极功耗可由PDM=VDSID决定，与双极型三极管的PCM相当。23二场效应三极管的型号场效应三极管的型号,现行有两种命名方法。其一是与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3DO6C是绝缘栅型N沟道场效应三极管。第二种命名方法是CS××#，CS代表场效应管，××以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS14A、CS45G等。24几种常用的场效应三极管的主要参数参数型号PDMmWIDSSmAVRDSVVRGSVVPVgmmA/VfMMHz3DJ2D1000.352020-4≥23003DJ7E1001.22020-4≥3903DJ15H1006～112020-5.5≥83DO2E1000.35～1.212251000CS11C1000.3～1-25-4≥225半导体三极管图片26半导体三极管图片27§4.2场效应放大电路(1)静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区，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。组成原则：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：284.2.2场效应管的直流偏置电路及静态分析一自偏压电路vGSQ点：VGS、ID、VDSvGS=2PGSDSSD)1(VvIiVDS=VDD-ID(Rd+R)-iDR注意：两组解，一组不合理（适用于耗尽型）29二分压式偏置电路SVGSVGVDDg2g1g2VRRRRID2PGSDSSD)1(VvIi（两种都适用）304.2.2场效应管的低频小信号等效模型GSD),(DSGSDuufiDSDSDGSGSDDuuiuuiiDSDSGSmurug1GSDmuig跨导DDSDSiur漏极输出电阻uGSiDuDS31GSDmuig32很大，一般可忽略场效应管的微变等效电路为：GSDuGSiDuDSSGDugsgmugsudsSGDrDSugsgmugsudsJFET相同334.2.3共源极放大电路uoUDD=20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10ksgR2R1RGRL'dRLRD微变等效电路gsmUggsU34gsiUU)//(LDgsmoRRUgULmuRgA'sgR2R1RGRL'dRLRDgsUgsmUgiUoU21//RRRrGiM0375.1ro=RD=10k