場(chǎng)效應(yīng)管放大電路 (2)2

1、場(chǎng)效應(yīng)管放大電路第1頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二第四章 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路1 熟悉MOSFET 、 JFET的外特性、主要 參數(shù)、使用注意事項(xiàng)。2 掌握FET放大電路的工作原理，靜態(tài)偏置電路，會(huì)用小信號(hào)模型方法分析動(dòng)態(tài)性能。3了解FET工作原理?；疽螅旱?頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二概 述4.3 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管4.1 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）4.4 砷化鎵金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管4.5 各種放大器件電路性能比較4.2 MOSFET放大電路第四章 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路第3頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二概述1、場(chǎng)效

2、應(yīng)管 利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制輸出電流的半導(dǎo)體器件 2、特點(diǎn)： 體積小、重量輕、耗電省、壽命長(zhǎng) 輸入電阻高 噪聲低 熱穩(wěn)定好 制造工藝簡(jiǎn)單，便于集成化 第4頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二N溝道P溝道增強(qiáng)型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道FET場(chǎng)效應(yīng)管JFET結(jié)型MOSFET絕緣柵型(IGFET)概述3、分類： 第5頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二概 述4.3 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管4.1 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）4.4 砷化鎵金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管4.5 各種放大器件電路性能比較主要內(nèi)容：4.2 MOSFET放大電路第6頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日

3、，11點(diǎn)36分，星期二4.1 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管漏極D 柵極和其它電極及硅片之間是絕緣的，稱絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管。金屬電極1) N溝道增強(qiáng)型管的結(jié)構(gòu)柵極G源極S4.1.1 增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管SiO2絕緣層P型硅襯底 高摻雜N區(qū)第7頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二GSD符號(hào)： 由于柵極是絕緣的，柵極電流幾乎為零，輸入電阻很高，最高可達(dá)1014 。漏極D金屬電極柵極G源極SSiO2絕緣層P型硅襯底 高摻雜N區(qū) 由于金屬柵極和半導(dǎo)體之間的絕緣層目前常用二氧化硅，故又稱金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，簡(jiǎn)稱MOS場(chǎng)效應(yīng)管。第8頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二2

4、）N溝道增強(qiáng)型管的工作原理EGP型硅襯底N+N+GSD+UGSED+ 由結(jié)構(gòu)圖可見(jiàn)，N+型漏區(qū)和N+型源區(qū)之間被P型襯底隔開，漏極和源極之間是兩個(gè)背靠背的PN結(jié)。 當(dāng)柵源電壓UGS = 0 時(shí)，不管漏極和源極之間所加電壓的極性如何，其中總有一個(gè)PN結(jié)是反向偏置的，反向電阻很高，漏極電流近似為零。SD第9頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二2）N溝道增強(qiáng)型管的工作原理EGP型硅襯底N+N+GSD+UGSED+ 當(dāng)UGS 0 時(shí)，P型襯底中的電子受到電場(chǎng)力的吸引到達(dá)表層，填補(bǔ)空穴形成負(fù)離子的耗盡層；N型導(dǎo)電溝道在漏極電源的作用下將產(chǎn)生漏極電流ID，管子導(dǎo)通。當(dāng)UGS UGS（

5、th）時(shí)，將出現(xiàn)N型導(dǎo)電溝道，將D-S連接起來(lái)。UGS愈高，導(dǎo)電溝道愈寬。ID第10頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二2）N溝道增強(qiáng)型管的工作原理EGP型硅襯底N+N+GSD+UGSED+N型導(dǎo)電溝道當(dāng)UGS UGS(th）后，場(chǎng)效應(yīng)管才形成導(dǎo)電溝道，開始導(dǎo)通，若漏源之間加上一定的電壓UDS，則有漏極電流ID產(chǎn)生。在一定的UDS下漏極電流ID的大小與柵源電壓UGS有關(guān)。所以，場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制電流的器件。 在一定的漏源電壓UDS下，使管子由不導(dǎo)通變?yōu)閷?dǎo)通的臨界柵源電壓稱為開啟電壓UGS(th）。ID第11頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二工作

6、原理小結(jié)1. 正常放大時(shí)各極電壓極性：G、S間加正偏壓VGG S+GD、S間外加偏壓VDDDS襯底S第12頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二2. 工作原理: (P200)(1) vGS 對(duì) iD的控制作用： vGS =0， 無(wú)導(dǎo)電溝道 iD =0 vGS 垂直電場(chǎng) vGS VT 形成導(dǎo)電溝道 vGS 導(dǎo)電溝道厚度 溝道電阻 iD 開啟電壓（剛好形成導(dǎo)電溝道時(shí)的vGS )第13頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二(2) vDS對(duì)導(dǎo)電溝道的影響作用：vDS ( =vGS-vDS=VT )vDS 夾斷區(qū)增長(zhǎng)iD不隨vDS增大而增加 vDS iD隨vDS增

7、大而增加導(dǎo)電溝道傾斜，預(yù)夾斷第14頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二3）特性曲線有導(dǎo)電溝道轉(zhuǎn)移特性曲線無(wú)導(dǎo)電溝道ID/mAUDS/V0UGS= 1VUGS= 2VUGS= 3VUGS= 4V漏極特性曲線可變電阻區(qū)恒流區(qū)截止區(qū)開啟電壓UGS(th）UDSUGS/第15頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二N型襯底P+P+GSD符號(hào)：結(jié)構(gòu)4) P溝道增強(qiáng)型 SiO2絕緣層加電壓才形成 P型導(dǎo)電溝道 增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管只有當(dāng)UGS UGS(th）時(shí)才形成導(dǎo)電溝道。第16頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二結(jié)構(gòu) 耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管GSD符

8、號(hào)：SiO2絕緣層中摻有正離子預(yù)埋了N型 導(dǎo)電溝道 如果MOS管在制造時(shí)導(dǎo)電溝道就已形成，稱為耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管。1 ) N溝道耗盡型管第17頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二2. 耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管 由于耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管預(yù)埋了導(dǎo)電溝道，所以在UGS= 0時(shí)，若漏源之間加上一定的電壓UDS，也會(huì)有漏極電流 ID 產(chǎn)生。 當(dāng)UGS 0時(shí)，使導(dǎo)電溝道變寬， ID 增大； 當(dāng)UGS 0時(shí)，使導(dǎo)電溝道變窄， ID 減??； UGS負(fù)值愈高，溝道愈窄， ID就愈小。 當(dāng)UGS達(dá)到一定負(fù)值時(shí)，N型導(dǎo)電溝道消失，ID= 0，稱為場(chǎng)效應(yīng)管處于夾斷狀態(tài)（即截止）。這時(shí)的UGS稱為夾斷電壓，用U

9、GS(off）表示。 這時(shí)的漏極電流用 IDSS表示，稱為飽和漏極電流。第18頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二2) 耗盡型N溝道MOS管的特性曲線夾斷電壓 耗盡型的MOS管UGS= 0時(shí)就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓到一定值時(shí)才能夾斷。 UGS(off)轉(zhuǎn)移特性曲線0ID/mA UGS /V-1-2-348121612UDS=常數(shù)U DSUGS=0UGS0漏極特性曲線0ID/mA16201248121648IDSS第19頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二2. 耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管3) P 溝道耗盡型管N型襯底P+結(jié)構(gòu)P+符號(hào)：GSD預(yù)埋了P型 導(dǎo)電溝

10、道SiO2絕緣層中摻有負(fù)離子第20頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二耗盡型GSDGSD增強(qiáng)型N溝道P溝道GSDGSDN溝道P溝道G、S之間加一定電壓才形成導(dǎo)電溝道在制造時(shí)就具有原始導(dǎo)電溝道源極漏極柵極第21頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二4.1.3 場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)1) 開啟電壓 UGS(th)：是增強(qiáng)型MOS管的參數(shù)2) 夾斷電壓 UGS(off)：3) 飽和漏電流 IDSS：是結(jié)型和耗盡型MOS管的參數(shù)4) 低頻跨導(dǎo) gm：表示柵源電壓對(duì)漏極電流 的控制能力極限參數(shù)：最大漏極電流、耗散功率、擊穿電壓。第22頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月2

11、0日，11點(diǎn)36分，星期二 場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較 雙極型三極管 單極型場(chǎng)效應(yīng)管 電流控制 電壓控制 控制方式電子和空穴兩種載流子同時(shí)參與導(dǎo)電載流子電子或空穴中一種載流子參與導(dǎo)電類 型 NPN和PNP N溝道和P溝道放大參數(shù) rce很高 rds很高 輸出電阻輸入電阻較低較高熱穩(wěn)定性 差 好制造工藝 較復(fù)雜 簡(jiǎn)單，成本低對(duì)應(yīng)電極 BEC GSD第23頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二概 述4.3 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管4.1 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）4.4 砷化鎵金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管4.5 各種放大器件電路性能比較4.2 MOSFET放大電路第四章 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路第24頁(yè)，共

12、36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二4.2 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路 場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有輸入電阻高、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，常用于多級(jí)放大電路的輸入級(jí)以及要求噪聲低的放大電路。 場(chǎng)效應(yīng)管的源極、漏極、柵極相當(dāng)于雙極型晶體管的發(fā)射極、集電極、基極。 場(chǎng)效應(yīng)管的共源極放大電路和源極輸出器與雙極型晶體管的共發(fā)射極放大電路和射極輸出器在結(jié)構(gòu)上也相類似。 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的分析與雙極型晶體管放大電路一樣，包括靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析。 第25頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二4.2.1. 自給偏壓式偏置電路 柵源電壓UGS是由場(chǎng)效應(yīng)管自身的電流提供的，故稱自給偏壓。UGS = RSIS =

13、 RSID+UDD RSCSC2C1RDRG+T+_+_uiuOIS +_UGST為N溝道耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管 增強(qiáng)型MOS管因UGS=0時(shí)， ID 0，故不能采用自給偏壓式電路。第26頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二+UDD RSCSC2C1RDRG+T+_+_uiuOIS +_UGS靜態(tài)分析可以用估算法或圖解法( 略 )估算法：UGS = RSID將已知的UGS(off)、IDSS代入上兩式，解出UGS、ID; 由 UDS= UDD ID（RD+ RS）解出UDS列出靜態(tài)時(shí)的關(guān)系式 對(duì)增強(qiáng)型MOS管構(gòu)成的放大電路需用圖解法來(lái)確定靜態(tài)值。第27頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5

14、月20日，11點(diǎn)36分，星期二+UDD RSCSC2C1RDRG+T+_+_uiuOIS +_UGS例：已知UDD =20V、RD=3k、 RS=1k、 RG=500k、UGS(off)= 4V、IDSS=8mA，確定靜態(tài)工作點(diǎn)。解：用估算法UGS = 1 IDUDS= 20 2（ 3 + 1 ）= 12 V列出關(guān)系式解出 UGS1 = 2V、UGS2 = 8V、ID1=2mA、ID2=8mA 因UGS2 UGS(off) 故舍去 ，所求靜態(tài)解為UGS = 2V ID=2mA、第28頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二 分壓式偏置電路1) 靜態(tài)分析+UDD RSCSC2C

15、1RG1RDRG2RG+RLuiuo估算法：將已知的UGS(off)、IDSS代入上兩式，解出UGS、ID; 由 UDS= UDD ID（RD+ RS）解出UDS列出靜態(tài)時(shí)的關(guān)系式流過(guò) RG 的電流為零第29頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二2) 動(dòng)態(tài)分析電壓放大倍數(shù)RG1RDRG2RG+RL+SDGT交流通路輸入電阻輸出電阻 RG是為了提高輸入電阻ri而設(shè)置的。第30頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二4.2.3 源極輸出器+UDD RSC2C1RG1RG2RG+RLuiuo+RG1RSRG2RG+RL+SDGT+交流通路電壓放大倍數(shù)特點(diǎn)與晶體管

16、的射極輸出器一樣第31頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)管工作在可變電阻區(qū)時(shí)，漏源電阻： 場(chǎng)效應(yīng)管可看作由柵源電壓控制的可變電阻。U DS1V1.5VUGS=0.5V0ID/mA162012481216482V2.5V| UGS |愈大， RDS愈大。N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性第32頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二（Junction type Field Effect Transistor-JFET）4.3 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管( P225 P230 自學(xué) )要求：了解JFET結(jié)構(gòu)、工作原理；掌握J(rèn)FET特性、符號(hào)。掌握J(rèn)FET工作在放大區(qū)時(shí)外加電壓極性：4. 熟悉P237 表5.5. 1第33頁(yè)，共36頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)36分，星期二P234（不要求）各種FET的特性及使用注意事項(xiàng) (P236 自學(xué) 了解)一、各種FET的特性比較 (P237 表5.5.1)二、使用注意事項(xiàng)4.4 砷化鎵金屬半導(dǎo)體FET4.5 各種放大器的特性及使用注意事項(xiàng)1、襯底處理：襯底源極S2、D、S