模拟电子技术第四章

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1、第四章场效应管放大电路4.1结型场效应管4.2绝缘栅场效应管4.3场效应管的主要参数4.4场效应管的特点4.5场效应管放大电路4.1结型场效应管图4-1结型场效应管的结构示意图和符号4.1.2工作原理图4-2当UDS=0时UGS对导电沟道的影响示意1.UGS对导电沟道的影响2.ID与UDS、UGS之间的关系图4-3UDS对导电沟道和ID的影响4.1.3特性曲线1.输出特性曲线图4--4N沟道结型场效应管的输出特性根据工作情况,输出特性可划分为4个区域,即:可变电阻区、恒流区、击穿区和截止区。2.转移特性曲线图4-5N沟道结型场效应管的转移特性曲线图4-6由输出特性画转移特性

2、4.2绝缘栅场效应管4.2.1N沟道增强型MOS场效应管1.结构图4-7N沟道增强型MOS场效应管的结构示意图2.工作原理图4-8UGS＞UT时形成导电沟道3.特性曲线图4–9N沟道增强型MOS场效应管的特性曲线4.2.2N沟道耗尽型MOS场效应管图4-10N沟道耗尽型MOS管的结构示意图图4-11N沟道耗尽型MOS场效应管的特性曲线图4-12MOS场效应管电路符号表4-1各种场效应管的符号和特性曲线类型符号和极性转移特性输出特性uGSOIDSSiDUPuGSOIDSSiDUP－i－uDSOuGS＝0V＋1VD＋2V＋3VuGS＝UP＝＋4VuDSOuGS＝0V－1ViD

3、－2V－3VuGS＝UP＝－4VuDSOuGS＝5ViD3VuGS＝UT＝＋2V4VuGSiDOUTGSD+－iD－+GSD+－iD－+GSD+－iD－+BJFETP沟道JFETN沟道增强型NMOSuGSOiDUPIDSSiDOUTuGSuGSOIDSSiDUPuDSOuGS＝0ViD－2VuGS＝UP＝－4V＋2V－iD－5VuGS＝UT＝－3VO－uDS－4VuGS＝－6V－iD－2VuGS＝UP＝＋4VO－uDS＋2VuGS＝0VGSD+－iDB+－GSD+－iD－+BGSD+－iDB－+耗尽型NMOS增强型PMOS耗尽型PMOS表4-1续表4.3场效应管的主要参数4

4、.3.1直流参数1.饱和漏极电流IDSSIDSS是耗尽型和结型场效应管的一个重要参数,它的定义是当栅源之间的电压UGS等于零,而漏、源之间的电压UDS大于夹断电压UP时对应的漏极电流。2.夹断电压UPUP也是耗尽型和结型场效应管的重要参数,其定义为当UDS一定时,使ID减小到某一个微小电流(如1μA,50μA)时所需的UGS值。3.开启电压UTUT是增强型场效应管的重要参数,它的定义是当UDS一定时,漏极电流ID达到某一数值(例如10μA)时所需加的UGS值。4.直流输入电阻RGSRGS是栅、源之间所加电压与产生的栅极电流之比。由于栅极几乎不索取电流,因此输

5、入电阻很高。结型为106Ω以上,MOS管可达1010Ω以上。4.3.2交流参数1.低频跨导gm跨导gm的单位是mA/V。它的值可由转移特性或输出特性求得。4-13根据场效应管的特性曲线求gm2.极间电容场效应管三个电极之间的电容,包括CGS、CGD和CDS。这些极间电容愈小,则管子的高频性能愈好。一般为几个pF。4.3.3极限参数1.漏极最大允许耗散功率PDmPDm与ID、UDS有如下关系:这部分功率将转化为热能,使管子的温度升高。PDm决定于场效应管允许的最高温升。2.漏、源间击穿电压BUDS在场效应管输出特性曲线上,当漏极电流ID急剧上升产生雪崩击穿时的U

6、DS。工作时外加在漏、源之间的电压不得超过此值。3.栅源间击穿电压BUGS结型场效应管正常工作时,栅、源之间的PN结处于反向偏置状态,若UGS过高,PN结将被击穿。对于MOS场效应管,由于栅极与沟道之间有一层很薄的二氧化硅绝缘层,当UGS过高时,可能将SiO2绝缘层击穿,使栅极与衬底发生短路。这种击穿不同于PN结击穿,而和电容器击穿的情况类似,属于破坏性击穿,即栅、源间发生击穿,MOS管立即被损坏。4.4场效应管的特点(1)场效应管是一种电压控制器件,即通过UGS来控制ID。(2)场效应管输入端几乎没有电流,所以其直流输入电阻和交流输入电阻都非常高。(3)由于场效应

7、管是利用多数载流子导电的,因此,与双极性三极管相比,具有噪声小、受幅射的影响小、热稳定性较好而且存在零温度系数工作点等特性。(4)由于场效应管的结构对称,有时漏极和源极可以互换使用,而各项指标基本上不受影响,因此应用时比较方便、灵活。(5)场效应管的制造工艺简单,有利于大规模集成。(6)由于MOS场效应管的输入电阻可高达1015Ω,因此,由外界静电感应所产生的电荷不易泄漏,而栅极上的SiO2绝缘层又很薄,这将在栅极上产生很高的电场强度,以致引起绝缘层击穿而损坏管子。(7)场效应管的跨导较小,当组成放大电路时,在相同