模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)3場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其基本放大電路-chen課件

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1、,場(chǎng)效應(yīng)晶體管,(Field Effect Transistor,，,FET),是電壓型,(,或電場(chǎng)型,),控制器件，利用輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制輸出回路的電流，靠多數(shù)載流子導(dǎo)電，因而是單極型晶體管。,FET,具有輸入電阻高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于集成電路中。本章主要介紹,FET,的結(jié)構(gòu)、工作原理，以及,FET,基本放大電路的分析方法。,本章簡(jiǎn)介,3,.1,結(jié),型場(chǎng)效應(yīng)晶體管,3,.,3,場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路,3,.,2,絕緣,柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管,3,場(chǎng)效應(yīng)晶體管,及其放大電路,模擬電子技術(shù)基礎(chǔ),場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Field Effect Tran,3.1.1,JFET,

2、的結(jié)構(gòu)和工作原理,1.,結(jié)構(gòu),2.,工作原理,3.1.2,N,溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的特性曲線(xiàn),1.,輸出特性,2.,轉(zhuǎn)移特性,本節(jié)內(nèi)容,3,.1,結(jié),型場(chǎng)效應(yīng)晶體管,3.1.1 JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理本節(jié)內(nèi)容3.1 結(jié)型場(chǎng),場(chǎng),效應(yīng)晶體管概述,場(chǎng)效應(yīng)管有三個(gè)極：源極（,s,）,、柵極（,g,）、漏極（,d,），對(duì)應(yīng)于晶體管的,e,、,b,、,c,；有,三個(gè)工作區(qū)域：截止區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū)，對(duì)應(yīng)于,晶體,管的截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。,g,與,s,、,d,均無(wú)電接觸,u,GS,=0,導(dǎo)電溝道已存在,u,GS,=0,無(wú)導(dǎo)電溝道存在,導(dǎo)電溝道中多數(shù)載流子為電子,導(dǎo)電溝道中多數(shù)載流子為空穴,場(chǎng)效應(yīng)

3、晶體管概述 場(chǎng)效應(yīng)管有三個(gè)極：源極（s）、柵,3.1.1 JFET,的結(jié)構(gòu)和工作原理,1.,結(jié)構(gòu)與符號(hào),導(dǎo)電溝道,漏極,源極,柵極,漏極,源極,柵極,箭頭方向表示柵,-,源極接正向偏置電壓時(shí)，柵極電流的方向是由,P,指向,N,3.1.1 JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理1.結(jié)構(gòu)與符號(hào)導(dǎo)電溝,3.1.1 JFET,的結(jié)構(gòu)和工作原理,2.,工作原理,(1),u,DS,=0,u,GS,對(duì)導(dǎo)電溝道的影響,導(dǎo)電溝道已在,耗盡層最窄,導(dǎo)電溝道最寬。,|,u,GS,|,耗盡層變寬,導(dǎo)電溝道變窄。,導(dǎo)電溝道被夾斷。,夾斷電壓,U,GS(off),:,導(dǎo)電溝道剛好消失時(shí)柵,-,源極所加電壓,u,GS,可以控制導(dǎo)電溝道的

4、寬度。為什么,g-s,必須加負(fù)電壓？,3.1.1 JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理2.工作原理(1),3.1.1 JFET,的結(jié)構(gòu)和工作原理,2.,工作原理,(2)0,u,GS,U,GS(off),（為恒定值）,u,DS,對(duì),i,D,的影響,u,GD,U,GS,（,off,）,溝道中沒(méi)有任何一處被夾斷，,u,DS,增大，,i,D,增大。,u,GD,=,U,GS,（,off,）,溝道在,d,端被夾斷,預(yù)夾斷。,u,GD,U,GS(off),),飽和漏電流,3.1.2 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的特性曲線(xiàn)2.轉(zhuǎn)移特性,3,.,2,絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管,3.2.1,增強(qiáng)型,MOSFET,1.,結(jié)構(gòu),2.,工作原理,3

5、.,特性曲線(xiàn)與電流方程,3.2.2,耗盡型,MOSFET,1.,結(jié)構(gòu),2.,工作原理,3.,特性曲線(xiàn)與電流方程,本節(jié)內(nèi)容,3.2 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管3.2.1 增強(qiáng)型MOSFET,3.2.1,增強(qiáng)型,MOSFET,1.,結(jié)構(gòu)與符號(hào),漏極,源極,柵極,高摻雜,虛線(xiàn)表示,u,GS,=0,時(shí)，導(dǎo)電溝道未形成,3.2.1 增強(qiáng)型MOSFET1.結(jié)構(gòu)與符號(hào)漏極源極柵極高,3.2.1,增強(qiáng)型,MOSFET,2.,工作原理,（,1,）,導(dǎo)電溝道的形成（,s,與,B,相連，,u,DS,=0),1,）,u,GS,=0,i,D,=0,，導(dǎo)電溝道未形成,2),u,GS,產(chǎn)生,g,s,垂直電場(chǎng),吸引電子,排斥空穴,

6、形成耗盡層,.,因,u,GS,較小,導(dǎo)電溝道未形成,i,D,=0.,3),u,GS,U,GS(th),襯底表面形成反型層將兩個(gè),N,+,區(qū)連通,導(dǎo)電溝道形成,.,開(kāi)啟電壓,3.2.1 增強(qiáng)型MOSFET2.工作原理（1）導(dǎo)電溝道,3.2.1,增強(qiáng)型,MOSFET,2.,工作原理,（,2,）,導(dǎo)電溝道形成后,u,DS,對(duì),i,D,的影響（,u,GS,U,GS(th),),u,GD,U,GS,（,th,）,溝道中沒(méi)有任何一處被夾斷，,u,DS,增大，,i,D,增大。,u,GD,=,U,GS,（,th,）,溝道在,d,端被夾斷,預(yù)夾斷。,u,GD,U,GS,（,th,）,夾斷區(qū)向源極延伸,u,DS,

7、增大,i,D,幾乎不變,僅決定于,u,GS,。,3.2.1 增強(qiáng)型MOSFET2.工作原理（2）導(dǎo)電溝道,3.2.1,增強(qiáng)型,MOSFET,3.,特性曲線(xiàn)與電流方程,恒流區(qū)轉(zhuǎn)移特性,:,3.2.1 增強(qiáng)型MOSFET3.特性曲線(xiàn)與電流方程恒流區(qū),3.2.2,耗盡型,MOSFET,1.,結(jié)構(gòu)與符號(hào),實(shí)線(xiàn)表示,u,GS,=0,時(shí)，導(dǎo)電溝道已存在,小到一定值才夾斷,加正離子,3.2.2 耗盡型MOSFET1.結(jié)構(gòu)與符號(hào)實(shí)線(xiàn)表示uGS,3.2.2,耗盡型,MOSFET,2.,工作原理,u,GS,U,GS(off),溝道完全被夾斷,i,D,=0,夾斷區(qū)。,當(dāng),u,GS,U,GS(off),且為確定值,u

8、,DS,對(duì),i,D,的影響,:,0,u,DS,u,GS,-,U,GS(off),恒流區(qū),i,D,的趨于飽和,不隨,u,DS,而變,.,3.2.2 耗盡型MOSFET2.工作原理uGSUGS(,3.2.2,耗盡型,MOSFET,3.,特性曲線(xiàn)與電流方程,耗盡型,MOS,管在,u,GS,0,、,u,GS,0,、,u,GS,0,時(shí)均可導(dǎo)通，且與結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管不同，由于,SiO,2,絕緣層的存在，在,u,GS,0,時(shí)仍保持,g-s,間電阻非常大的特點(diǎn)。,恒流區(qū)轉(zhuǎn)移特性方程與,JFET,完全相同,3.2.2 耗盡型MOSFET3.特性曲線(xiàn)與電流方程,MOS,管的特性總結(jié)：,N,溝道增強(qiáng)型,MOS,管,N,

9、溝道耗盡型,MOS,管,開(kāi)啟電壓,夾斷電壓,MOS管的特性總結(jié)：N溝道增強(qiáng)型MOS管N溝道耗盡型MOS管,P,溝道增強(qiáng)型,MOS,管,P,溝道耗盡型,MOS,管,PMOSFET,外加的,u,DS,必須是負(fù)值，增強(qiáng)型,PMOSFET,的開(kāi)啟電壓也是負(fù)值。箭頭向外表示實(shí)際的電流方向?yàn)榱鞒雎O，與通常的假定正好相反,P溝道增強(qiáng)型MOS管P溝道耗盡型MOS管PMOSFET外加的,工作在恒流區(qū)時(shí),g-s,、,d-s,間的電壓極性,u,GS,=0,可工作在恒流區(qū)的場(chǎng)效應(yīng)管有哪幾種？,u,GS,0,才工作在恒流區(qū)的場(chǎng)效應(yīng)管有哪幾種？,u,GS,0,才工作在恒流區(qū)的場(chǎng)效應(yīng)管有哪幾種？,3.2.3,各種,FET

10、,特性比較及使用注意事項(xiàng),工作在恒流區(qū)時(shí)g-s、d-s間的電壓極性u(píng)GS=0可工作在恒,3.2.4 FET,的主要參數(shù)及低頻小信號(hào)等效電路模型,1.,主要參數(shù),直流參數(shù)：,交流參數(shù)：,極限參數(shù)：,3.2.4 FET的主要參數(shù)及低頻小信號(hào)等效電路模型1.主,3.2.4 FET,的主要參數(shù)及低頻小信號(hào)等效電路模型,2.,低頻小信號(hào)等效電路模型及參數(shù)求取,3.2.4 FET的主要參數(shù)及低頻小信號(hào)等效電路模型2.低,3.3.1,共源放大電路,1.,自給偏壓共源放大電路,2.,分壓式偏置共源放大電路,3.3.2,共漏放大電路,本節(jié)內(nèi)容,3,.,3,場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路,3.3.1 共源放大電路本節(jié)內(nèi)容3

11、.3 場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電,場(chǎng)效應(yīng)管放大電路概述,設(shè)定合適的靜態(tài)工作點(diǎn),BJT,：發(fā)射極,e,、基極,b,、集電極,c,，共射,CE,、共集,CC,、共基,CB FET,：源極,s,、柵極,g,、漏極,d,，共源,CS,、共漏,CD,、共柵,CG,場(chǎng)效應(yīng)管放大電路概述設(shè)定合適的靜態(tài)工作點(diǎn)BJT：發(fā)射極e、基,3.3.1,共源放大電路,1.,自給偏壓共源放大電路：由,N-JFET,構(gòu)成,（,1,）靜態(tài)分析,恒流區(qū)工作條件：,和,3.3.1 共源放大電路1.自給偏壓共源放大電路：由N-J,3.3.1,共源放大電路,1.,自給偏壓共源放大電路,（,2,）動(dòng)態(tài)分析,3.3.1 共源放大電路1.自給偏壓共

12、源放大電路（2）動(dòng)態(tài),【,例,3-1】,合理,不合理,【例3-1】合理不合理,3.3.1,共源放大電路,2.,分壓式偏置共源放大電路：由,E-NMOSFET,構(gòu)成,（,1,）靜態(tài)分析,3.3.1 共源放大電路2.分壓式偏置共源放大電路：由E,3.3.1,共源放大電路,2.,分壓式偏置共源放大電路,（,2,）動(dòng)態(tài)分析,3.3.1 共源放大電路2.分壓式偏置共源放大電路（2）動(dòng),3.3.2,共漏放大電路,（,1,）靜態(tài)分析,3.3.2 共漏放大電路（1）靜態(tài)分析,3.3.2,共漏放大電路,（,2,）動(dòng)態(tài)分析,求增益及輸入電阻,輸入電阻大,輸入輸出電壓同相且近似相等,3.3.2 共漏放大電路（2）動(dòng)態(tài)分析求增益及輸入電阻,3.3.2,共漏放大電路,（,2,）動(dòng)態(tài)分析,求輸出電阻,輸出電阻小,3.3.2 共漏放大電路（2）動(dòng)態(tài)分析求輸出電阻輸出電,【,例,3-2】,合理,不合理,【例3-2】合理不合理,【,例,3-3】,【例3-3】,