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1、低频电子线路课件绝对珍藏低频电子线路1第1页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路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第2页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路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）第3页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路4 1.4 场效应晶体管场效应晶体管(Field Effect Transistor)简称FET第4页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路51.4.1 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
2、种半导体器件。第5页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路6两者工作机理不同双极型晶体管（BJT）有两种载流子（多子、少子）场效应管（FET）有一种载流子（多子）第6页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路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）电压控制方式第7页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路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）第8页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路9MOS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（M
3、etalOxideSemiconductor），故称为MOSFET，简称MOS器件。第9页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路10JFET器件JFET分为两类:N沟道JFET P沟道JFET第10页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路11MOSFETMOSFET 分为:N沟道MOSFET P沟道MOSFET 第11页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路12N沟道MOSN沟道MOS又分为N沟道增强型（Enhancement）-ENMOSFETN沟道耗尽型（Depletion）-DNMOSFET第12页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路13P沟道M
4、OSP沟道MOS又分为P沟道增强型（Enhancement）-E PMOSFETP沟道耗尽型（Depletion）-D PMOSFET第13页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路141.4.2 结型场效应管（JFET）是一种利用PN结原理但与BJT截然不同的常见的FET。第14页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路151.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。第15页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路16JFET（图）第16页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路172NJFET工作原理
5、以下以N沟道为例分析JFET工作原理。第17页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路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-加反向电压第18页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路19 VGS 栅极直流电压的作用（图）第19页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路20看VGS的作用（不加VDS）横向电场作用 VGS PN结耗尽层宽度 沟道宽度 第20页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路21VDS 漏极直流电压的作用（图）第21页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路22看VDS的
6、作用（不加VGS）纵向电场作用在沟道造成楔型结构（上宽下窄）第22页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路23 VGS和VDS的综合作用仍为楔型结构（图）第23页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路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）第24页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路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。第25页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路263特性曲线有两种特性：转移特性（思考为何不叫输入特性？）输出特性第26页，共87页，编辑于2022年，星期四
7、低频电子线路27转移特性分析转移特性第27页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路28iD函数表达式第28页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路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VGSID0IDSSVGS（off)第29页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路30输出特性 第30页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路31输出特性（图）第31页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路321.4.3 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。第32页，共8
8、7页，编辑于2022年，星期四低频电子线路33MOSFET（图）第33页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路341.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。第34页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路35（1）结构与符号介绍N沟道增强型（E型）MOSFET的结构与符号第35页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路36结构与符号（图）第36页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路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“”）第37页，共87页，
9、编辑于2022年，星期四低频电子线路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第38页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路391.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）第39页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路402.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。第40页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路41iD表达式第41页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路42iD
10、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管宽长比第42页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路43（2）特性曲线特性曲线也是两种：转移特性输出特性第43页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路44转移特性（图）第44页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路45输出特性（图）第45页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路462.N沟道耗尽型MOSFET以下分析N沟道耗尽型MOSFET结构原理第46页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路47（1）结构和符号请注意管子的结构特点
11、和管子符号第47页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路48管子结构（图）第48页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路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。第49页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路50管子符号（图）见以下页面第50页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路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第51页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路52特性曲线（图）第52页，共87页，编
12、辑于2022年，星期四低频电子线路531.4.4 场效应管主要参数特性参数可分直流参数和交流参数。第53页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路541.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第54页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路55（1）夹断电压VGS(OFF)适用于JFET和MOSFET 当VGS=VGS(OFF)时 ，iD=0 第55页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路56（2）开启电压VGS(TH)适用于增强型MOSFET 当VGSVGS(th)时 ，iD0第56页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子
13、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MOSFET和JFET 第57页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路58（4）直流输入电阻rGS对JFET ：rGS 大约 108109 对MOSFET：rGS大约 10111012 通常认为rGS 第58页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路592.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第59页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路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。第60页，共87页，编辑于202
14、2年，星期四低频电子线路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。第61页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路62最大功耗PDM 管子的最大耗散功率 PDM=IDMVDS第62页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路633.交流参数交流参数与管子的工作目标（信号）有关。跨导输出电阻极间电容第63页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路64（1）跨导gm跨导gm的表达式（ms）gm反映VGS对ID的控制能力。第64页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路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）第65页，共87
15、页，编辑于2022年，星期四低频电子线路66分析对于JFET和MOSFET（耗尽层）第66页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路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第67页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路68分析对于增强型MOSFET第68页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路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 第69页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路70（2）输出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。第7
16、0页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路71恒流特性在恒流区iD几乎不随VDS变（恒流特性）第71页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路72厄利电压（图）见图第72页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路73（3）极间电容栅源电容CGS 由势垒和沟道电容组成（约0.11PF）栅漏电容CGD 由势垒和沟道电容组成（约0.11PF）漏源电容CDS 由封装和引线电容组成（约110PF）第73页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路74各种FET管子符号第74页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路753.各种场效应管特性曲线比较见P40 表1.4
17、.2第75页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路761.4.5 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。第76页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路77BJT导电机构：多子、少子（双极型）工作控制方式：流控输入阻抗：102103放大能力：大工艺：复杂使用：CE不可置换辐射光照温度特性：不好抗干扰能力：差第77页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路78 FET导电机构：多子（单极型）工作控制方式：压控输入阻抗：1081012放大能力：gm 小工艺：简单，易集成使用：DS 可置换辐射光照温度特性：好抗干扰能力：好.第78页，共
18、87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路79比较的结果 两者各有特点，现在还不能互相取代。第79页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路80使用FET的几点注意事项：保存测量焊接第80页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路81保存：注意将几个管脚短路（用金属丝捆绑）第81页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路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。第82页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路83 焊接：各电极焊接顺序为：SDG断电焊接。电烙铁要有中线。第83页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路84作业：1.211.22 第84页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路85下节课预习场效应管放大器第85页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路86本小节结束（186）谢谢！第86页，共87页，编辑于2022年，星期四低频电子线路87第87页，共87页，编辑于2022年，星期四