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第3章_场效应晶体管及其放大电路.ppt

第3章_场效应晶体管及其放大电路.ppt

上传者: 艾尔小茜茜 2018-05-06 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《第3章_场效应晶体管及其放大电路ppt》,可适用于工程科技领域,主题内容包含第三章:场效应晶体管及其放大电路北京邮电大学电信院电路与系统中心Gdengnet内容提要内容提要场效应晶体管利用输入电压在管内形成的电场影响导电沟道符等。

第三章:场效应晶体管及其放大电路北京邮电大学电信院电路与系统中心Gdengnet内容提要内容提要场效应晶体管利用输入电压在管内形成的电场影响导电沟道的形状进而控制输出电流场效应管的特点:输入阻抗高抗辐射能力强热稳定性好重点介绍场效应管的结构、工作原理及其应用电路N沟道增强型场效应管的结构第一节:MOS场效应管衬底上的箭头代表PN结的正向方向MOS管的命名原因沟道的含义N沟道增强型场效应管的基本工作原理(一)第一节:MOS场效应管管子截止反型层形成出现导电沟道N沟道增强型场效应管的基本工作原理(二)第一节:MOS场效应管导电沟道变为楔形出现预夹断沟道被夹断N沟道增强型场效应管的基本工作原理(三)第一节:MOS场效应管栅源电压起着建立导电沟道和控制沟道形状的作用由于沟道电流仅由多子流构成故也称场效应管为单极型晶体管。特点:漏源电压产生输出电流并改变沟道形状温度稳定性能好抗辐射能力强增强型的含义N沟道增强型场效应管的输出特性曲线(一)第一节:MOS场效应管因此常用的特性曲线为输出特性曲线和转移特性曲线N沟道增强型场效应管的输出特性曲线(二)第一节:MOS场效应管可变电阻区饱和区击穿区可变电阻区:饱和(恒流)区:沟道长度调制效应放大区预夹断点N沟道增强型场效应管的转移特性曲线(一)第一节:MOS场效应管转移特性曲线表示漏源电压一定时漏极电流与栅源电压之间的关系曲线可由输出曲线求得转移跨导:N沟道增强型场效应管的转移特性曲线(二)第一节:MOS场效应管在相同工作点电流情况下MOS管跨导的数值通常会比双极型管的小可能小~个数量级跨导也可以由转移特性曲线图解确定MOS场效应管的击穿第一节:MOS场效应管饱和区内过大的漏源电压所产生的击穿与输出特性曲线上的击穿区对应漏源电压过大时会导致漏区与衬底间的PN结出现反向击穿饱和区内可能会出现贯通击穿当栅源电压过大时可能会导致绝缘层被击穿MOS场效应管衬底调制效应(一)第一节:MOS场效应管在MOS管工作时漏区、源区、导电沟道与衬底之间的PN结不应出现正向导通情况否则管不能正常工作MOS场效应管衬底调制效应(二)第一节:MOS场效应管背栅跨导P沟道增强型MOS场效应管(一)第一节:MOS场效应管P沟道管的结构和原理与N沟道管类似但应注意沟道极性的区别及由此带来的电流、电压方向的变化P沟道增强型MOS场效应管(二)第一节:MOS场效应管应注意特性曲线图中电流、电压的方向耗尽型MOS场效应管(一)第一节:MOS场效应管耗尽型MOS管在栅源零偏时即已存在导电沟道注意其符号与增强型的区别耗尽型MOS场效应管(二)第一节:MOS场效应管也会产生预夹断和漏极电流饱和的情况耗尽型MOS场效应管(三)第一节:MOS场效应管可变电阻区饱和区击穿区可变电阻区:饱和(恒流)区:击穿区耗尽型MOS场效应管(四)第一节:MOS场效应管P沟道型管的特性可与之类比MOS管类型总结第一节:MOS场效应管MOS管MOS管的结构注意N沟道与P沟道的区别注意增强型与耗尽型的区别结型场效应管的结构第二节:结型场效应管结型场效应管(JFET:JunctionFieldEffectTransistor)根据沟道类型不同亦可分类结型场效应管的基本工作原理(一)结型场效应管存在着内建初始导电沟道这一点与耗尽型管类似结型场效应管也是通过控制导电沟道的形态改变输出电流结型场效应管输入信号及输出电流、电压的选择与MOS管类似第二节:结型场效应管结型场效应管的基本工作原理(二)耗尽层增厚导电沟道变薄沟道电阻增大沟道全夹断漏极电流为零第二节:结型场效应管结型场效应管的基本工作原理(三)导电沟道变为楔型此时对应于输出特性曲线饱和区第二节:结型场效应管结型场效应管的特性曲线恒流区击穿区可变电阻区第二节:结型场效应管大功率管的作用第三节:VDMOS和IGBT管横向结构场效应管的漏源击穿电压和最大耗散功率、最大容许工作电流不能同时增大VDMOS型场效应管第三节:VDMOS和IGBT管VDMOS的结构说明VDMOS中沟道的产生VDMOS中的三极管及器件符号IGBT型管第三节:VDMOS和IGBT管请自行参阅课本MOS场效应管的瞬态模型第四节:场效应管放大电路MOS场效应管的微变信号模型第四节:场效应管放大电路结型场效应管的微变信号模型第四节:场效应管放大电路场效应管放大电路的要点第四节:场效应管放大电路分析方法与三极管放大电路相同仍然是先静态后动态既可以使用图解法又可以使用等效电路法注意偏置电路的设置(对于不同的场效应管来说有不同的设置需求)由于栅极电流为零因此在等效模型中的栅极为悬空。受控电流源所反映的为栅源电压对漏极电流的控制作用跨导一般较小从而使得场效应管放大电路的具体参数与三极管放大电路相比有一些不同之处偏置变量的相关回顾第四节:场效应管放大电路所谓偏置就是给器件加一定的电压(或电流)使其工作点偏离原点以便器件能够在电路中按照人们的要求工作。对于放大运用来说器件应工作于放大(恒流饱和)区当大信号工作时静态工作点的位置及动态运用的范围影响非线性失真当小信号运用时只要是在放大区静态工作点的位置并不影响非线性失真但将影响放大量(动态范围)和功率消耗偏置电路应兼顾静态工作点的稳定、功率消耗。大信号运用时静态工作点的不稳定还影响动态运用范围和功率损耗后者将牵涉到器件的安全运用分压式偏置第四节:场效应管放大电路管状态的分析过程与三极管类似即先假定管处于饱和状态并展开分析看结果是否一致对于不同类型的管子来说应注意:N沟道增强型N沟道耗尽型N沟道结型P沟道型管电源电压应为负值自给偏压式偏置(一)第四节:场效应管放大电路静态时靠源极电阻上的电压为栅-源提供一个负的偏压故称自给偏压增强型场效应管为同极性偏置结型场效应管为反极性偏置耗尽型MOS场效应管两者均可自给偏压适用于结型或耗尽型管自给偏压式偏置(二)第四节:场效应管放大电路偏置电阻对交流信号有损耗作用也降低了放大电路的输入电阻在集成电路中本级放大电路的输入端直流偏置通常由前级电路的输出提供必要时加入直流电平移动单元称这种偏置方式为直接偏置场效应管的三种基本组态放大电路第四节:场效应管放大电路共源与共射对应共漏与共集对应共栅与共基对应场效应管基本共源放大电路第四节:场效应管放大电路基本特性及应用范围同共射电路场效应管基本共栅放大电路第四节:场效应管放大电路基本特性及应用范围同共基电路场效应管基本共漏放大电路第四节:场效应管放大电路基本特性及应用范围同共集电路场效应管基本电流源(一)第四节:场效应管放大电路场效应管基本电流源(二)第四节:场效应管放大电路合理设计T、T管的宽长比即可得到符合要求的参考电流场效应管串联电流源第四节:场效应管放大电路T、T特性相同输出电流几乎不受电流源输出端电压的影响从而使输出电阻大为提高保证了良好的恒流特性场效应管威尔逊电流源第四节:场效应管放大电路三管均工作在饱和区具有很高的输出电阻由于串联电流源和威尔逊电流源在输出回路中串联有两个MOS管且要求两管均工作于饱和区从而在电源电压一定的情况下减小了输出端电压变化的动态范围MOS管有源电阻第四节:场效应管放大电路注意伏安特性曲线的做法也可用P沟道管构成类似电阻NMOS管共源EE型放大电路第四节:场效应管放大电路放大管与负载管均为增强型MOS管的放大电路称为EE放大电路NMOS管共源ED型放大电路第四节:场效应管放大电路以增强型MOS管(称为E管)作为放大管耗尽型MOS管(称为D管)作为负载管的放大电路称为ED放大电路CMOS共源放大电路第四节:场效应管放大电路没有衬底调制效应的原因T为放大管T为负载管三种单级放大电路的主要性能比较第四节:场效应管放大电路从输出曲线变化范围比较从线性放大区特性的斜率比较场效应管差分放大电路综述第四节:场效应管放大电路场效应管差分放大电路的形式、基本特性及分析方法与BJT差放一样场效应管差放具有输入电阻大、输入电流小、输入线性范围大等优点场效应管差放通常也有微变增益低、偏差失调大的缺点MOS管基本差分放大电路(一)第四节:场效应管放大电路电路结构说明差模微变增益的求解:MOS管基本差分放大电路(二)第四节:场效应管放大电路MOS管差放的传输特性与三极管类似但其非限幅区范围比三极管差放宽许多MOS管基本差分放大电路(三)第四节:场效应管放大电路共模交流通路:MOS管有源负载差分放大电路(一)第四节:场效应管放大电路EE型放大电路MOS管有源负载差分放大电路(二)第四节:场效应管放大电路以电流源作为有源负载的CMOS差放MOS管有源负载差分放大电路(三)第四节:场效应管放大电路以镜像电流源作为有源负载的CMOS差放可类比三极管差放电路差放中的衬底调制效应第四节:场效应管放大电路请自行阅读课本模拟开关综述第五节:场效应管模拟开关模拟开关:用于控制信号的通断一个理想的模拟开关接通时电阻为零关断时电阻为无穷大。开关的工作速度要快且对其它电路的性能的影响要小实际的模拟开关是由工作在开关状态的晶体管或场效应管组成外加控制电压使晶体管交替工作在饱和区和截止区或使场效应管交替工作在可变电阻区和截止区单管MOS模拟开关(一)第五节:场效应管模拟开关由于N沟道MOS管的导通电阻小单沟道模拟开关一般使用NMOS管单管MOS模拟开关(二)第五节:场效应管模拟开关为使开关能正常工作MOS管各极之间的电压必须满足一定条件漏极与衬底、源极与衬底之间的PN结要保持反偏状态所以图中MOS管的衬底接地且不能输入负电位信号开关的输入端与输出端可以互易使用单管MOS模拟开关(三)第五节:场效应管模拟开关单管MOS开关的缺点:在开关的接通状态接通电阻随输入信号变化较大单管MOS模拟开关(四)第五节:场效应管模拟开关单管PMOS模拟开关CMOS传输门第五节:场效应管模拟开关当控制信号为高电平时当控制信号为低电平时CMOS传输门也可实现信号的可控传输输入输出端可互换使用CMOS模拟开关第五节:场效应管模拟开关由CMOS传输门(T、T)和CMOS反相器(T、T)组成。T、T两管的栅极施加反相的控制信号使之开关工作CMOS模拟开关扩大了输入信号的幅度范围,同时又保持了较小的导通电阻及其变化CMOS模拟开关的应用举例第五节:场效应管模拟开关单刀双掷模拟开关彩色电视机中的AV开关电路

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