模电课件-模电3

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13.1绝缘栅型场效应管3.2场效应管放大电路第三章场效应管及其放大电路2.

2第三章场效应管放大电路内容：1.介绍场效应管的结构、工作原理、伏安特性及主要参数。2.介绍基本放大电路。教学基本要求：1.了解场效应管的基本结构，熟练掌握场效应管的伏安特性及主要参数。2.掌握场效应管与双极型三极管的相同点和不同点。3.理解放大电路的工作原理及放大电路的分析方法。3.

3一、场效应管的分类场效应管(FET)增强型绝缘栅型(MOSFET)N沟道P沟道结型(JFET)N沟道P沟道耗尽型N沟道P沟道耗尽型概述场效应管是一种利用电场效应来控制电流大小的半导体器件。4.

4二、MOSFET与JFET的主要区别JFET：利用外加电场来控制半导体内的电场效应。通过改变PN结耗尽层的宽度，改变导电沟道的宽窄来控制输出电流。MOSFET：利用外加电场来控制半导体表面的电场效应。通过改变感生沟道的宽窄来控制输出电流。耗尽型与增强型的主要区别耗尽型：场效应管没有外加栅极电压时，已存在导电沟道。增强型：场效应管在外加栅极电压超过一定时，才有导电沟道。5.

5三、场效应管与三极管的相同点和不同点场效应管是一种利用电场效应来控制电流大小的半导体器件。*三极管利用多数载流子和少数载流子工作，起着导电作用，属于双极型器件。*场效应管只利用多数载流子的工作，起着导电作用，属于单极型器件。通过本章节的分析讨论，了解并掌握场效应管的控制特性、基本放大电路及电路特点。6.

61.基本结构图3.1.1N沟道增强型绝缘栅场效应管(a)基本结构(b)表示符号3.1.1N沟道增强型绝缘场效应管3.1绝缘栅型场效应管DBGS(b)7.

7分析：主要讨论uGS对iD的控制作用。(1)导电沟道的建立图3.1.2N沟道增强型导MOS管导电沟道的建立2.工作原理3.1.1N沟道增强型绝缘场效应管8.

8(2)uDS对iD的影响图3.1.3uDS对导电沟道和iD的影响(a)uDS较小(b)uDS=uGS-UT(c)uDS>uGS-UT3.1.1N沟道增强型绝缘场效应管2.工作原理uGD=uGS-uDS当uDS↑→uGD=uGS-uDS=UT9.

9(3)uGS对iD的控制作用MOS管在正常工作情况下，uDS、UT是确定的，式中：IDO为uGS=2UT时的iD值在满足上式的情况下，只要改变uGS的值，就有一个确定的iD与之对应，从而实现uGS对iD的控制。故称MOS管为电压控制元件。且：uDS>uGS-UT3.1.1N沟道增强型绝缘场效应管2.工作原理10.

103.特性曲线(1)转移特性表述：当漏源电压uDS为某一固定值时，栅源电压uGS和漏极电流iD之间的关系曲线，称为转移特性。也就是栅源电压uGS对漏极电流iD的控制特性。表达式：(a)转移特性图3.1.4(a)N沟道增强型绝缘栅场效应管的特性曲线3.1.1N沟道增强型绝缘场效应管11.

11(2)输出特性表述：当栅源电压uGS一定的情况下，漏极电流iD与漏源电压uDS之间的关系曲线，称为输出特性。表达式：(b)输出特性图3.1.4(b)N沟道增强型绝缘栅场效应管的特性曲线Ⅲ区Ⅰ区Ⅱ区Ⅳ区3.特性曲线3.1.1N沟道增强型绝缘场效应管12.

121.基本结构图3.1.5是N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的结构示意图。制造时在二氧化硅绝缘层中渗入大量的正离子，在它的作用下，即使uGS=0时，在两个N型区之间形成原始N型导电沟道。图3.1.5N沟道耗尽型绝缘栅场效应管(a)结构示意图(b)表示符号3.1.2N沟道耗尽型绝缘场效应管13.

132.工作原理分析：在uDS为常数，1)当uGS=0时，漏源极间已导通，iD≠0；2)uGS＞0时，沟道变宽，iD↑；3)uGS＜0时，沟道变窄，iD↓；4)当uGS达到一定负值时，沟道被夹断，iD≈0；MOS管截止，uGS=UP值称为夹断电压3.1.2N沟道耗尽型绝缘场效应管14.

143.特性曲线图3.1.6N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的转移特性和输出特性3.1.2N沟道耗尽型绝缘场效应管15.

153.1.3场效应管的主要参数1.直流参数(1)开启电压UT定义：当漏源电压uDS为某一常数时，使管由截止变为导通时的临界栅源电压uGS，称为开启电压UT。(2)夹断电压UP定义：当漏源电压uDS为某一常数时，使管由导通变为截止时的临界栅源电压uGS，称为夹断电压UP。(3)饱和漏极电流IDSS表述：当uGS=0时，场效应管处于预夹断状态的漏源电压(即│uDS│≥│UP│)时的漏极电流，称为饱和漏极电流IDSS。16.

163.1.3场效应管的主要参数2.交流参数(1)互导gm定义：当漏源电压uDS为某一常数时，漏极电流iD与栅源电压uGS的变化量之比，称为互导gm。表达式：(2)极间电容是指场效应管三个极间的电容，即CGS、CGD、CDS。17.

173.2场效应管放大电路(1)静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区(放大区)，场效应管的偏置电路相对简单。(2)动态：能为交流信号提供通路。静态分析：估算法、图解法。动态分析：微变等效电路法。分析方法：场效应管是电压控制器件。它利用栅源电压来控制漏极电流的变化。它的放大作用以跨导来体现，在场效应管的漏极特性的水平部分，漏极电流iD的值主要取决于uGS，而几乎与uDS无关。18.

183.2.1场效应管的微变等效电路1.输入端:由于场效应管是利用场效应原理工作的，不向信号源取用电流，故输入端呈开路状态。2.输出端:由伏安特性可知(电压控制的恒流源)19.

19图3.2.1FET的微变等效电路及高频模型(a)低频模型(c)高频模型(b)低频模型3.2.1场效应管的微变等效电路20.

201.放大电路的组成以N沟道耗尽型绝缘栅场效应管组成的分压式偏压电路为例，电路如图3.2.2所示。图3.2.2分压式场效应管放大电路3.2.2共源放大电路21.

212.静态分析图3.2.3直流通路(UGSQ、IDQ、UDSQ)1）解析法3.2.2共源放大电路22.

22(1)放大电路的放大倍数(2)输入电阻和输出电阻图3.2.4放大电路的微变等效电路3.动态分析3.2.2共源放大电路23.

234.举例分析例3.5.1：共源极放大电路，场效应管的UP=-1V,IDSS=0.5mA，UDD=18V,RG1=47kΩ，RG2=2MΩ，RG=10MΩ，RS=2kΩ，RD=30kΩ，RL=30kΩ。1）求放大电路的静态工作点；2）求放大电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。解1）根据电路的直流通路，有IDQ1=1.6mA[舍去]；IDQ2=0.32mA=IDQUGSQ=-0.23V；UDSQ=7.76V解得：上式联立解得24.

244.举例分析解2)先求gm，再求Auriro解得：图3.2.4放大电路的微变等效电路25.

25本章小结场效应管是一种电压控制器件。和半导体三极管相比，场效应管由多数载流子参与导电，所以温度稳定性好、抗辐射能力强、噪声低。场效应管主要优点有输入电阻非常高。场效应管分为结型和绝缘栅型两类，每类都有N沟道和P沟道两种。对于绝缘栅型场效应管，还有增强型和耗尽型两种形式。场效应管有可变电阻区、恒流区、截止区三个工作区，当组成放大电路时，应工作在恒流区。26.

26第三章作业3.10；3.1327.