第4章 场效应管放大电路.ppt
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1、第4章 场效应管放大电路,4.1结形场效应管 4.2砷化镓金属-半导体场效应管 4.3金属-氧化物-半导体场效应管 4.4场效应管放大电路 4.5各种放大器件电路性能比较,4.1 场效应晶体管(FET),分类和结构: 结型场效应晶体管JFET 绝缘栅型场效应晶体管IGFET,N,P,PN结耗尽层,P,源极 门极 漏极 S G D,JFET结构,IGFET结构,N 沟 道,4.1结型场效应晶体管JFET,1) P 沟道和N沟道结构及电路符号,2)工作等效(以P沟道为例),Ugs,Is,Id,1)PN结不加反向电压(Ugs)或加的电压不足以使沟道闭合时。沟道导通,电阻很小,并且阻值随沟道的截面积减
2、少而增大。称可变电阻区 ; ID=UDs / RDs,RDS,P,N,N,G,ID,IS=ID,PN 结,PN 结,+,+,-,UGS增大耗尽层加厚。,UGS=0:ID=IDSS,电路图 等效图,2)恒流工作(电压控制电流源),PN结加反向电压(Ugs) 使沟道微闭合时电流ID与UDS无关, 称恒流区。 ID=IDSS(1 - )2,ugs,vP,电路图 等效图,3)截止工作,P,N,N,G,ID=0,IS=ID,PN 结,PN 结,+,+,-,RD,VDD,UGS,耗尽层完全闭合,沟道夹断,电子过不去,栅极电压UGS大于等 夹断电压UP时,ID=0 相当一个很大的电阻,3)、JFET的主要参
3、数,1)夹断电压VP:手册给出是ID为一微小值时的VGS 2)饱和漏极电流IDSS; VGS=0,时的ID,5)极限参数: V(BR)DS、漏极的附近发生雪崩击穿。 V(BR)GS、栅源间的最高反向击穿。 PDM 最大漏极允许功耗 ,与三极管类似。,3)、 电压控制电流系数gm=,4)交流输出电阻 rds=,4)特性曲线:,与三极管相同,场效应管也有输入和输出的特性曲线。称为转移特性曲线和输出特性曲线。以N型JFET为例:,0,ugs,(v),-4 -3 -2 -1,id,mA,5 4 3 2 1,VP,IDSS,N型JFET的转移曲线,UDS,可变电阻区,截止区IB0,UDS=UGS-VP,
4、N型JFET的输出特性曲线,-4V,-2.0V,-1V,UGS=0V,ma,(V),ID,放 大 区,0,击 穿 区,Sect,4.3 MOSFET,增强型MOSFET,耗尽型MOSFET, N沟道增强型MOS场效应管结构,4.3.1增强型MOS场效应管,漏极D集电极C,源极S 发射极E,栅极G基极B,衬底B,电极金属 绝缘层氧化物 基体半导体 因此称之为MOS管,Sect,当UGS较小时,虽然在P型衬底表面形成一层耗尽层,但负离子不能导电。 当UGS=UT时, 在P型衬底表面形成一层电子层,形成N型导电沟道,在UDS的作用下形成ID。,-,-,-,-,当UGS=0V时,漏源之间相当两个背靠背
5、的PN结,无论UDS之间加上电压不会在D、S间形成电流ID,即ID0.,当UGSUT时, 沟道加厚,沟道电阻减少,在相同UDS的作用下,ID将进一步增加,开始无导电沟道,当在UGSUT时才形成沟道, 这种类型的管子称为增强型MOS管,Sect, N沟道增强型MOS场效应管特性曲线,增强型MOS管,UDS一定时,UGS对漏极电流ID的控制关系曲线 ID=f(UGS)UDS=C,转移特性曲线,UT,在恒流区,ID与UGS的关系为,IDK(UGS-UT)2,沟道较短时,应考虑UDS对 沟道长度的调节作用:,IDK(UGS-UT)2(1+UDS),K导电因子(mA/V2),沟道调制长度系数,n沟道内电
6、子的表面迁移率 COX单位面积栅氧化层电容 W沟道宽度 L沟道长度 Sn沟道长宽比 K本征导电因子,Sect, N沟道增强型MOS场效应管特性曲线,UGS一定时, ID与UDS的变化曲线,是一族曲线 ID=f(UDS)UGS=C,输出特性曲线,1.可变电阻区: ID与UDS的关系近线性 ID 2K(UGS-UT)UDS,当UGS变化时,RON将随之变化 因此称之为可变电阻区 当UGS一定时,RON近似为一常数 因此又称之为恒阻区,Sect, N沟道增强型MOS场效应管特性曲线,输出特性曲线,2. 恒流区: 该区内,UGS一定,ID基本不随UDS变化而变,3.击穿区: UDS 增加到某一值时,I
7、D开始剧增而出现击穿。 当UDS 增加到某一临界值时,ID开始剧增时UDS称为漏源击穿电压。,Sect, 漏源电压UDS对漏极电流ID的控制作用,UDS=UDGUGS =UGDUGS UGD=UGSUDS,当UDS为0或较小时,相当 UGDUT,,此时UDS 基本均匀降落在沟道中,沟道呈斜线分布。在UDS作用下形成ID,Sect,Sect,基础知识,当UDS增加到使UGD=UT时,,当UDS增加到UGDUT时,,增强型MOS管, 漏源电压UDS对漏极电流ID的控制作用,这相当于UDS增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况,称为预夹断。此时的漏极电流ID 基本饱和,此时预夹断区域加长,伸向S极。
8、UDS增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上, ID基本趋于不变。, MOS管衬底的处理,保证两个PN结反偏,源极沟道漏极之间处于绝缘态,NMOS管UBS加一负压,PMOS管UBS加一正压,Sect, N沟道耗尽型MOS场效应管结构,4.3.2耗尽型MOS场效应管,+ + + + + + +, ,耗尽型MOS管存在 原始导电沟道,Sect, N沟道耗尽型MOS场效应管工作原理,当UGS=0时,UDS加正向电压,产生漏极电流ID, 此时的漏极电流称为漏极饱和电流,用IDSS表示 当UGS0时,将使ID进一步增加。 当UGS0时,随着UGS的减小漏极电流逐渐减小。直至ID=0。对应ID=0的UG
9、S称为夹断电压,用符号UP表示。, N沟道耗尽型MOS场效应管特性曲线,转移特性曲线,在恒流区,ID与UGS的关系为,IDK(UGS-UP)2,沟道较短时,,IDK(UGS-UT)2(1+UDS),ID IDSS(1- UGS /UP)2,常用关系式:,Sect, N沟道耗尽型MOS场效应管特性曲线,输出特性曲线,N沟道耗尽型MOS管可工作在UGS0或UGS0 N沟道增强型MOS管只能工作在UGS0,Sect,4.3.3各类绝缘栅场效应三极管的特性曲线,绝缘栅场效应管,N 沟 道 增 强 型,P 沟 道 增 强 型,Sect,绝缘栅场效应管,N 沟 道 耗 尽 型,P 沟 道 耗 尽 型,Se
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- 第4章 场效应管放大电路 场效应 放大 电路
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