電子技術(shù)基礎(chǔ)-第3章_場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路

《電子技術(shù)基礎(chǔ)-第3章_場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《電子技術(shù)基礎(chǔ)-第3章_場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路（21頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、Chap第 3章場(chǎng) 效 應(yīng) 晶 體 管 放 大 電 路成 都 理 工 大 學(xué) 工 程 技 術(shù) 學(xué) 院自 動(dòng) 化 工 程 系 雷 永 鋒2013 Chap Sect3.1、 結(jié) 型 場(chǎng) 效 應(yīng) 管3.3 場(chǎng) 效 應(yīng) 管 的 主 要 參 數(shù)3.4 場(chǎng) 效 應(yīng) 管 放 大 電 路 Chap 場(chǎng) 效 應(yīng) 管 FET與 三 極 管 BJT的 區(qū) 別 Sect 1. BJT: 是 電 流 控 制 元 件 ； FET: 是 電 壓 控 制 元 件 。2. BJT 參 與 導(dǎo) 電 的 是 電 子 空 穴 ， 因 此 稱 其 為 雙 極 型 器 件 ； FET 是 電 壓 控 制 元 件 ， 參 與 導(dǎo) 電 的

2、 只 有 一 種 載 流 子 ， 稱 為 單 級(jí) 型 器 件 。3. BJT 輸 入 電 阻 較 低 ， 一 般 102104； FET 輸 入 電 阻 高 ， 可 達(dá) 1091014場(chǎng) 效 應(yīng) 管 的 分 類 結(jié) 型 場(chǎng) 效 應(yīng) 管 JFETMOS型 場(chǎng) 效 應(yīng) 管 MOSFET 雙 極 型 三 極 管 場(chǎng) 效 應(yīng) 三 極 管噪 聲 較 大 較 小溫 度 特 性 受 溫 度 影 響 較 大 較 小 ， 可 有 零 溫 度 系 數(shù) 點(diǎn)輸 入 電 阻 幾 十 到 幾 千 歐 姆 幾 兆 歐 姆 以 上靜 電 影 響 不 受 靜 電 影 響 易 受 靜 電 影 響集 成 工 藝 不 易 大 規(guī) 模

3、 集 成 適 宜 大 規(guī) 模 和 超 大 規(guī) 模 集 成 Chap 3.1、 結(jié) 型 場(chǎng) 效 應(yīng) 管 Sect 3.1.1、 結(jié) 構(gòu) 與 工 作 原 理漏 極 D 集 電 極 C柵 極 G 基 極 B源 極 S 發(fā) 射 極 E導(dǎo) 通 條 件 ： UGS 0 UBE 0 UDS 0 UBC 0 1) 在 一 定 UDS作 用 下 , 柵 源 極 電 壓 為 負(fù) , 柵 源 極 勾 道 通 , UGS決 定 電 流 iD 的 大 小2) 溝 道 中 只 有 一 種 截 流 子 單 極 型 晶 體 管1、 結(jié) 構(gòu) Chap 2. JFET工 作 原 理 N溝 道 結(jié) 型 場(chǎng) 效 應(yīng) 三 極 管 只

4、能 工 作 在 負(fù) 柵 壓 區(qū) ， P溝 道 的 只 能 工 作 在 正 柵 壓 區(qū) ，當(dāng) UGS=0時(shí) ， 溝 道 較 寬 ， 在 UDS的 作 用 下 N溝 道 內(nèi) 的 電 子 定 向 運(yùn) 動(dòng) 形 成 漏 極 電 流 ID。當(dāng) UGS 0時(shí) ， PN結(jié) 反 偏 ， PN結(jié) 加 寬 ， 漏 源 間 的 溝 道 將 變 窄 ， ID將 減 小 ， 當(dāng) UGS繼 續(xù) 向 負(fù) 方 向 增 加 ， 溝 道 繼 續(xù) 變 窄 ， ID繼 續(xù) 減 小 直 至 為 0。 當(dāng) 漏 極 電 流 為 零 時(shí) 所 對(duì) 應(yīng) 的 柵 源 電 壓 UGS稱 為 夾 斷 電 壓 UP。P + P+NG SD UDSID D

5、P+ P+NG S UDSIDUGS 預(yù) 夾 斷UGS=UP夾 斷 狀 態(tài)ID=0 Sect導(dǎo) 電 溝 道 Chap 3.1.2 JFET特 性 曲 線U P 轉(zhuǎn) 移 特 性 曲 線輸 出 特 性 曲 線 Sect)( DSD Ufi const GSU 1. 輸 出 特 性 曲 線 ：l 可 變 電 阻 區(qū) l 線 性 放 大 區(qū) ID=gm UGSl 擊 穿 區(qū)I DSS： 飽 和 柵 極 漏 極 電 流 , UGS=0UP： 預(yù) 夾 斷 電 壓 , iD=0 UT： 開 啟 電 壓 , 不 通 轉(zhuǎn) 通2. 轉(zhuǎn) 移 特 性 曲 線 ： 2PGSDSSD )(1 UUII UT Chap S

6、ect 3.2.1. N溝 道 增 強(qiáng) 型 MOS場(chǎng) 效 應(yīng) 管漏 極 D集 電 極 C源 極 S發(fā) 射 極 E 柵 極 G基 極 B 襯 底 B電 極 金 屬絕 緣 層 氧 化 物基 體 半 導(dǎo) 體稱 之 為 MOS管 類 型 ： N溝 道 增 強(qiáng) 型 P溝 道 耗 盡 型 退 出 1. 結(jié) 構(gòu) 和 工 作 原 理 Chap 當(dāng) UGS較 小 時(shí) ， 雖 然 在 P型 襯 底 表 面 形 成 一 層 耗 盡 層 ， 但 負(fù) 離 子 不 能 導(dǎo) 電 。 當(dāng) UGS=UT時(shí) , 在 P型 襯 底 表 面 形 成 一 層 電 子 層 ， 形 成 N型 導(dǎo) 電 溝 道 在 UDS的 作 用 下 形

7、成 ID。 UDS ID+ +- -+ +- + - - -UGS反 型 層 當(dāng) UGS=0V時(shí) ， 漏 源 之 間 相 當(dāng) 兩 個(gè) 背 靠 背 的 PN結(jié) ， 無 論 UDS之 間 加 上 電 壓 不 會(huì) 在 D、 S間 形 成 電 流 ID,即 ID0.當(dāng) UGSUT時(shí) , 溝 道 加 厚 ， 溝 道 電 阻 減 少 ， 在 相 同 UDS的 作 用 下 I D將 進(jìn) 一 步 增 加開 始 無 導(dǎo) 電 溝 道 ， 當(dāng) 在 UGSUT時(shí)才 形 成 溝 道 ,這 種 類 型 的 管 子 稱 為增 強(qiáng) 型 MOS管 Sect N溝 道 增 強(qiáng) 型 MOS工 作 原 理 Chap 2.N溝 道 增

8、 強(qiáng) 型 MOS特 性 曲 線 UDS一 定 時(shí) ， UGS對(duì) 漏 極 電 流 ID的 控 制 關(guān) 系 曲 線 ID=f(UGS)UDS=C 1). 轉(zhuǎn) 移 特 性 曲 線 UDSUGS-UTUGS(V)ID(mA)U T在 恒 流 區(qū) ， ID與 UGS的 關(guān) 系 為IDK(UGS-UT)2溝 道 較 短 時(shí) ， 應(yīng) 考 慮 UDS對(duì) 溝 道 長(zhǎng) 度 的 調(diào) 節(jié) 作 用 ：IDK(UGS-UT)2（ 1+UDS) K導(dǎo) 電 因 子 （ mA/V2)溝 道 調(diào) 制 長(zhǎng) 度 系 數(shù)LWCK OXn2 LWK 2 nSK 2 DSUL Ln溝 道 內(nèi) 電 子 的 表 面 遷 移 率COX單 位 面

9、 積 柵 氧 化 層 電 容W溝 道 寬 度L溝 道 長(zhǎng) 度Sn溝 道 長(zhǎng) 寬 比K本 征 導(dǎo) 電 因 子 Sect Chap 2). 輸 出 特 性 曲 線2. 恒 流 區(qū) ：U GS一 定 ， ID基 本 不 隨 UDS變 化 而 變3.擊 穿 區(qū) ： UDS 增 加 到 某 一 值 時(shí) ， ID開 始 劇 增 而 出現(xiàn) 擊 穿 。 ID開 始 劇 增 時(shí) UDS稱 為 漏 源 擊 穿電 壓 。 UGS=6VUGS=4V UGS=5VUGS=3VUGS=UT=3VUGS(V)ID(mA) Sect UGS一 定 時(shí) ， ID與 UDS的 變 化 曲 線 ， 是 一 族 曲 線 ID=f(U

10、DS)UGS=C 1.可 變 電 阻 區(qū) ： 近 線 性 ID 2K(UGS-UT)UDS可 變 電 阻 區(qū) :當(dāng) UGS變 化 時(shí) ， RON將 隨 之 變 化恒 阻 區(qū) : 當(dāng) UGS一 定 時(shí) ， RON近 似 為 一 常 數(shù) 2K1UU 1dIdUR TGS0dUDDSon GS Chap 3.2.2 N溝 道 耗 盡 型 MOS場(chǎng) 效 應(yīng) 管+ + + + + + + 耗 盡 型 MOS管 存 在原 始 導(dǎo) 電 溝 道 Sect 1. 工 作 原 理當(dāng) UGS=0時(shí) ， UDS加 正 向 電 壓 ， 產(chǎn) 生 漏 極 電 流 ID,此 時(shí) 的 漏 極 電 流 稱 為 漏 極 飽 和 電

11、 流 IDSS當(dāng) UGS 0時(shí) ， 將 使 ID進(jìn) 一 步 增 加 。當(dāng) UGS 0時(shí) ， UGS的 減 小 漏 極 電 流 逐 漸 減 小 。 直 至 ID=0。 對(duì) 應(yīng) ID=0的 UGS稱 為 夾 斷 電 壓 UP 退 出 Chap 2. 特 性 曲 線轉(zhuǎn) 移 特 性 曲 線 UGS(V)ID(mA)UP在 恒 流 區(qū) IDK(UGS-UP)2溝 道 較 短 時(shí) IDK(UGS-UT)2（ 1+UDS)ID IDSS(1- UGS /UP)2常 用 關(guān) 系 式 ： Sect輸 出 特 性 曲 線 ID(mA)N溝 道 耗 盡 型 MOS管 可 工 作 在 UGS0或 UGS0 N溝 道

12、增 強(qiáng) 型 MOS管 只 能 工 作 在 UGS0 Chap 各 類 場(chǎng) 效 應(yīng) 三 極 管 的 特 性 曲 線 Chap 3.3 場(chǎng) 效 應(yīng) 管 的 主 要 參 數(shù) Sect 1. 開 啟 電 壓 UT MOS增 強(qiáng) 型 管 的 參 數(shù) ， 柵 源 電 壓 小 于 開 啟 電 壓 的 絕 對(duì) 值 ,場(chǎng) 效 應(yīng) 管 不 能 導(dǎo) 通 。2. 夾 斷 電 壓 UP 夾 斷 電 壓 是 耗 盡 型 FET的 參 數(shù) ， 當(dāng) UGS=UP 時(shí) ,漏 極 電 流 為 零 。3. 飽 和 漏 極 電 流 IDSS 耗 盡 型 場(chǎng) 效 應(yīng) 三 極 管 當(dāng) UGS=0時(shí) 所 對(duì) 應(yīng) 的 漏 極 電 流 。4.

13、 直 流 輸 入 電 阻 RGS柵 源 間 所 加 的 恒 定 電 壓 UGS與 流 過 柵 極 電 流 IGS之 比結(jié) 型 場(chǎng) 效 應(yīng) 管 ， 反 偏 時(shí) RGS約 大 于 107， 絕 緣 柵 場(chǎng) 效 應(yīng) 管 RGS約 是 109 10155. 漏 源 擊 穿 電 壓 BU DS 使 ID開 始 劇 增 時(shí) 的 UDS。6.柵 源 擊 穿 電 壓 BUGSJFET： 反 向 飽 和 電 流 劇 增 時(shí) 的 柵 源 電 壓 MOS： 使 SiO2絕 緣 層 擊 穿 的 電 壓7. 低 頻 跨 導(dǎo) gm 低 頻 跨 導(dǎo) 反 映 了 柵 壓 對(duì) 漏 極 電 流 的 控 制 作 用)1(2 PGS

14、PDSSconstGSDm DS UUUIUIg u Chap 3.4 場(chǎng) 效 應(yīng) 管 放 大 電 路1、 靜 態(tài) 值 ： 3.4.1 共 源 組 態(tài) 基 本 放 大 電 路 GU SU 2CdRDDV 1C sRVT Csui DIg2Rg1R VT VDDui C1 C2Rd RL uoRg1 CsRg2 GU RsSU VT VDDui C1 C2Rd RL uoRs CsRg22CdRDDV 1C + + gR sRVT Csui uo+(1). 分 壓 偏 置 電 路 g2g1 DDg2G RR VRU )(1 2PGSDSSD UUII UGS= UG US= UG IDRSUDS

15、= VDD ID(Rd+RS)(2). 自 給 偏 壓 電 路 )(1 2PGSDSSD UUII UGS= -IS RS = -ID RSUDS= VDD ID(Rd+RS)自 給 偏 置 電 路 ： 適 合 結(jié) 型 管 和 耗 盡 型 MOS管外 加 偏 置 電 路 ： 適 合 增 強(qiáng) 型 MOS管 采 用 結(jié) 型 場(chǎng) 效 應(yīng) 管 采 用 絕 緣 柵 場(chǎng) 效 應(yīng) 管 退 出 Chap 2、 微 變 等 效 電 路1、 場(chǎng) 效 應(yīng) 管 微 變 等 效 電 路 受 控 源 ： 電 壓 控 制 電 流 源 輸 入 電 阻 ： rgs 很 大 忽 略 輸 出 電 阻 ： rds 很 大 忽 略 g

16、sdconstGSDm DS uiUIg u 2. 共 源 組 態(tài) 放 大 電 路 微 變 等 效 電 路 ID S Drdvgs+- +-vdsG iDgmvgssR g1R g2R dR LRdsrgsU oUsU iU gsmUg s dgiI oI Chap 電 壓 放 大 倍 數(shù) LddsL / RRrR Lmgs Lddsgsm )/( RgV RRrVgAv Lddsgsmo )/( RRrVgV 3. 交 流 分 析 輸 入 電 阻 g2g1. i.ii /RRIVr 輸 出 電 阻 計(jì) 算 Ro的 電 路 模 型ddsooo /= RrIVr gsi UU Chap 例 3.

17、3.1 用 EWB分 析 圖 共 源 結(jié) 型 場(chǎng) 效 應(yīng) 管 基 本 放 大 電 路 的 靜 態(tài) 工 作 點(diǎn) 和 電 壓 放 大 倍 數(shù) ， 并與 理 論 計(jì) 算 相 比 較 。 已 知 gm=0.69mA/V ,IDSS=1mA、 UP= -2V。 (1) 靜 態(tài) 工 作 點(diǎn) 仿 真 ， 結(jié) 果 列 在 圖 中 。(2) 靜 態(tài) 工 作 點(diǎn) 理 論 計(jì) 算 。 UDS VDD （ RS R ） ID 上 述 方 程 組 代 入 數(shù) 據(jù) 得 兩 組 解 ： I D 0.46 mA， UGS 0.6 V， UDS 6.8 V。 SDg2g1 g2DDGS RIRR RVU 2PGS )1( UU

18、II DSSD (3) 動(dòng) 態(tài) 計(jì) 算 。 列 方 程 Ui Ugs Uo gmUgsRL 求 解 得 ： Au gm RL = 3.45 (4) 電 壓 放 大 倍 數(shù) 的 仿 真 。 Au 465/100= 4.65， 比計(jì) 算 值 大 ， 這 主 要 是 由 三 極 管 參 數(shù) 差 異 造 成 的 。 如 果實(shí) 際 安 裝 ， 實(shí) 測(cè) 值 一 般 與 計(jì) 算 值 也 會(huì) 有 差 別 ， 需 要 通過 調(diào) 試 使 電 子 電 路 的 技 術(shù) 指 標(biāo) 符 合 要 求 。 Chap 3.4.2 共 漏 組 態(tài) 基 本 放 大 電 路 電 壓 放 大 倍 數(shù) Lm Lmio 1 RgRgVVAv

19、 (1)直 流 分 析 VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2) VGSQ= VG VS= VG IDQR IDQ= IDSS1 (VGSQ /VGS(off)2 VDSQ= VDD IDQR(2)交 流 分 析 輸 入 電 阻 )/( g2g1gi RRRr 輸 出 電 阻 )/1/(/)/( mdsogsmdso.o grRUUgrRUI gso UU mmmdsooo 1/1)/1/(/ gRRgRgrRIUr 退 出 Chap 3.4.3 共 柵 組 態(tài) 基 本 放 大 電 路 電 壓 放 大 倍 數(shù)(2)交 流 分 析 輸 入 電 阻 輸 出 電 阻 (1)直 流 分 析與 共 源 組 態(tài) 放 大 電 路 相 同 VT VDDCg C2RdRg1 Rs CsRg2 RLsRsU oUGU oUiI Rd RLRg sdgsmUg gsUiUsRsULmLdmgs Ldgsmiou )/()/( RgRRgU RRUgUUA mmgsmgs gsiii 1/1 1 gRgRUgRU UIUr ro Rd Chap 雙 極 型 和 場(chǎng) 效 應(yīng) 三 極 管 的 三 種 組 態(tài) 基 本 放 大 電 路 的 比 較 )1( )1 ( = Lbe Lu Rr RA