低频电子线路课件绝对珍藏

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1、低频电子线路 1 低频电子线路 山东大学 信息科学与工程学院 刘志军 低频电子线路 2 上节课回顾 静态工作点稳态电路 Q点不稳定的因素 基极分压式射极电阻共射放大电路 晶体管放大器的三种组态 低频电子线路 3 本节课内容 场效应晶体管 结型场效应管（ JFET） 绝缘栅场效应管（ IGFET） 低频电子线路 4 1.4 场效应晶体管 场效应晶体管 (Field Effect Transistor ) 简称 FET 低频电子线路 5 1.4.1 场效应管简介 场效应管是一种不同于前述双极型晶体 管（ BJT）的一种半导体器件。 低频电子线路 6 两者工作机理不同 双极型晶体管（ BJT） 有两

2、种载流子（多子、少子） 场效应管（ FET） 有一种载流子（多子） 低频电子线路 7 控制方式的不同 双极型晶体管（ BJT） 电流控制方式 场效应管（ FET） 电压控制方式 ii cb iV Dgs g in 低频电子线路 8 场效应管分类 分为两大类： 结型场效应管（ JFET） 绝缘栅场效应管（ IGFET） 低频电子线路 9 MOS场效应管（ MOSFET） 在绝缘栅场效应管（ IGFET）结构的器件 中，最常见为金属 氧化物 半导体结 构 （ Metal Oxide Semiconductor）， 故称为 MOSFET，简称 MOS器件 。 低频电子线路 10 JFET器件 JFE

3、T分为两类 : N沟道 JFET P沟道 JFET 低频电子线路 11 MOSFET MOSFET 分为 : N沟道 MOSFET P沟道 MOSFET 低频电子线路 12 N沟道 MOS N沟道 MOS又分为 N沟道 增强型（ Enhancement ） - ENMOSFET N沟道 耗尽型（ Depletion ） - DNMOSFET 低频电子线路 13 P沟道 MOS P沟道 MOS又分为 P沟道 增强型（ Enhancement ） -E PMOSFET P沟道 耗尽型（ Depletion ） -D PMOSFET 低频电子线路 14 1.4.2 结型场效应管（ JFET） 是一种

4、利用 PN结原理但与 BJT截然不同 的常见的 FET。 低频电子线路 15 1. 符号和结构 注意场效应管的结构、原理和符号都不 同于 BJT。 以下注意看结型场效应管（ JFET）的情 况。 低频电子线路 16 JFET（图） 低频电子线路 17 2 NJFET工作原理 以下以 N沟道为例分析 JFET工作原理。 低频电子线路 18 外加偏置 管子工作要求外加电源保证静态设置： VDS 漏极直流电压 -加正向电压 VGS 栅极直流电压 -加反向电压 低频电子线路 19 VGS 栅极直流电压的作用（图） 低频电子线路 20 看 VGS的作用（不加 VDS ） 横向电场作用 VGS PN 结耗

5、尽层宽度 沟道宽度 低频电子线路 21 VDS 漏极直流电压的作用（图） 低频电子线路 22 看 VDS的作用（不加 VGS ） 纵向电场作用 在沟道造成楔型结构（上宽下窄） 低频电子线路 23 VGS和 VDS的 综合作用 仍为楔型结构（图） 低频电子线路 24 楔型结构 a点（顶端封闭） 预夹断 b点（底端封闭） 全夹断（夹断） VVV o f fGSGSDS )( o f fGSGS VV 低频电子线路 25 说明 随沟道宽窄变化，使通过的载流子数量 发生变化，即 iD变化。 VGS对 iD的控制作用。 低频电子线路 26 3特性曲线 有两种特性： 转移特性（思考为何不叫输入特性？） 输

6、出特性 低频电子线路 27 转移特性 分析转移特性 V V GS CD fi DS 低频电子线路 28 iD函数表达式 V V Ii of fGS GS D S SD 1 2 低频电子线路 29 转移特性（图） N沟道 JFET转移特性曲线 其中： IDSS 为饱和电流 VGS（ off) 为夹断电压 VGS ID 0 IDSS VGS（ off) 低频电子线路 30 输出特性 CGSDSD VVfi )( 低频电子线路 31 输出特性（图） 低频电子线路 32 1.4.3 MOS场效应管 MOS场效应管是绝缘栅场效应管的 一种主要形式，应用十分广泛。 低频电子线路 33 MOSFET（图）

7、低频电子线路 34 1 . N沟道增强型（ E型） MOSFET 以 N沟道增强型 MOSFET为例介绍 MOS 管的工作原理。 低频电子线路 35 （ 1）结构与符号 介绍 N沟道增强型（ E型） MOSFET的结 构与符号 低频电子线路 36 结构与符号（图） 低频电子线路 37 外加偏置 VGS ： 所加栅源电压 垂直电场作用（注意为“”） VDS ： 所加漏源电压 横向电场作用（注意也为“”） 低频电子线路 38 工作原理分析 两种电场的作用： 垂直电场作用 横向电场作用 低频电子线路 39 1. VGS垂直电场作用 （ 向下 ） VGS 垂直电场作用 （ 向下 ） 吸引 P衬底中自由

8、电子向上运动 形成反型层 （ 在 P封底出现 N型层 ） 从而连通两个 N+区 （ 形成沟道 ） 低频电子线路 40 2. VDS横向电场作用 使沟道成楔型 （ 左宽右窄 ） VGSVGS(th) -iD0 其中 VGS(th)为开启电压 。 低频电子线路 41 iD表达式 2 D 2i thGSGS oxn VV L WC 低频电子线路 42 iD表达式 其中符号含义 COX -单位面积栅极电容 n -沟道电子的迁移率 W -沟道宽度 L -沟道长度 W/L -MOS管宽长比 低频电子线路 43 （ 2） 特性曲线 特性曲线 也是两种： 转移特性 输出特性 低频电子线路 44 转移特性 （图

9、） 低频电子线路 45 输出特性 （图） 低频电子线路 46 2. N沟道耗尽型 MOSFET 以下分析 N沟道耗尽型 MOSFET结构 原理 低频电子线路 47 （ 1）结构和符号 请注意管子的结构特点和管子符号 低频电子线路 48 管子结构（图） 低频电子线路 49 结构特点 SiO2中掺有钠离子，可以形成正电场，从 P衬底中吸引电子向上运动，形成反型层 （原始就有）。 加 VGS（可正可负）后，可改变沟道宽窄， VDS压降使沟道形成楔形。 低频电子线路 50 管子符号（图） 见以下页面 低频电子线路 51 （ 2）特性曲线 有两种特性曲线 转移特性曲线 输出特性曲线 低频电子线路 52

10、特性曲线（图） 低频电子线路 53 1.4.4 场效应管主要参数 特性参数可分直流参数和交流参数。 低频电子线路 54 1.直流参数 直流参数与管子的工作条件有关 夹断电压 开启电压 漏极饱和电流 直流输入电阻 低频电子线路 55 （ 1）夹断电压 VGS(OFF) 适用于 JFET和 MOSFET 当 VGS=VGS(OFF)时 ， iD=0 低频电子线路 56 （ 2）开启电压 VGS(TH) 适用于增强型 MOSFET 当 VGSVGS(th)时 ， iD0 低频电子线路 57 （ 3）漏极饱和电流 IDSS 当 VGS=0时（ VDSVGS(off) ）， ID=IDSS 适用于耗尽型

11、 MOSFET和 JFET 低频电子线路 58 （ 4）直流输入电阻 rGS 对 JFET ： rGS 大约 108 109 对 MOSFET ： rGS大约 1011 1012 通常认为 rGS 低频电子线路 59 2.极限参数 极限参数值是不允许超过的参数。 漏极击穿电压 栅源击穿电压 最大功耗 低频电子线路 60 漏源击穿电压 V(BR)DS 指对管子 漏源间所允许加的最大电压。 低频电子线路 61 栅源击穿电压 V(BR)GS 指对管子 栅源间所允许加的最大电压。 低频电子线路 62 最大功耗 PDM 管子的最大耗散功率 PDM=IDMVDS 低频电子线路 63 3.交流参数 交流参数

12、与管子的工作目标（信号）有关。 跨导 输出电阻 极间电容 低频电子线路 64 （ 1）跨导 gm 跨导 gm的表达式 （ ms） gm反映 VGS对 ID的控制能力。 常数 GSV GS D m V ig 低频电子线路 65 跨导 gm（图） 见图 是转移特性曲线上 Q点的斜率值（与 Q点 有关） 低频电子线路 66 分析 对于 JFET和 MOSFET（耗尽层） 2 )( 1 o f fGS GS D S SD V V Ii 低频电子线路 67 分析 对应工作点 Q的 gm为 式中 IDQ 为直流工作点电流，增大 IDQ可提高 gm D S S DQ O F FGS D S S O F FG

13、S GS O F FGS D S S Q GS D m I I V I V V V I dV di g )( )()( 2 1 2 D S S DQ o f fGS D S S o f fGS GS o f fGS D S S Q GS D m I I V I V V V I dV di g )( )()( 2 1 2 低频电子线路 68 分析 对于增强型 MOSFET 2 D 2i thGSGS oxn VV L WC 低频电子线路 69 分析 对应工作点 Q的 gm为 可见增大场效应管的宽长比和工作电流 可提高 gm DQ oxn m I L WC g 2 低频电子线路 70 （ 2）输出

14、电阻 表达式 输出电阻 rds反映了 VDS对 iD的影响。 是共源输出特性曲线某一点切线斜率的 倒数。 常数 GSV D DSVr ids 低频电子线路 71 恒流特性 在恒流区 iD几乎不随 VDS变（恒流特性） DQ A ds I V r 低频电子线路 72 厄利电压（图） 见图 低频电子线路 73 （ 3）极间电容 栅源电容 CGS 由势垒和沟道电容组成（约 0.1 1PF） 栅漏电容 CGD 由势垒和沟道电容组成（约 0.1 1PF） 漏源电容 CDS 由封装和引线电容组成（约 1 10PF） 低频电子线路 74 各种 FET管子符号 低频电子线路 75 3.各种场效应管特性曲线比较

15、 见 P40 表 1.4.2 低频电子线路 76 1.4.5 场效应管和双极型晶体管比较 这两种晶体管有很大的不同，应用时请 注意它们的特点。 低频电子线路 77 BJT 导电机构 ： 多子、少子（双极型） 工作控制方式 ： 流控 输入 阻抗： 102 103 放大能力 ： 大 工艺： 复杂 使用： C E不可置换 辐射光照温度特性： 不好 抗干扰能力 ： 差 CB ii 低频电子线路 78 FET 导电机构： 多子（单极型） 工作控制方式 ： 压控 输入 阻抗： 108 1012 放大能力： gm 小 工艺 ： 简单，易集成 使用： D S 可置换 辐射光照温度特性： 好 抗干扰能力： 好

16、. DgGS iV m 低频电子线路 79 比较的结果 两者各有特点，现在还不能互相取代。 低频电子线路 80 使用 FET的几点注意事项： 保存 测量 焊接 低频电子线路 81 保存： 注意将几个管脚短路 （ 用金属丝捆绑 ） 低频电子线路 82 测量： 1. 一般不可测 （ MOS） 。 （ 为什么 ？ ） 2. JFET用万用表测试要小心谨慎 。 低频电子线路 83 焊接： 各电极焊接顺序为： S D G 断电焊接 。 电烙铁要有中线 。 低频电子线路 84 作业： 1.21 1.22 低频电子线路 85 下节课预习 场效应管放大器 低频电子线路 86 本小节结束（ 186） 谢谢！ 低频电子线路 87