(整理)场效应管及其放大电路.
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场效应管放大电路原理场效应管放大电路原理1. 介绍场效应管(Field Effect Transistor,简称FET)是一种常用的电子器件,广泛应用于放大、开关和调节电路中。
作为一名文章写手,我将为您详细介绍场效应管放大电路的原理。
2. 场效应管概述场效应管是由源极、栅极和漏极三个主要部分组成的。
其中,栅极与源极之间的电压可以控制漏极电流的大小,从而实现信号的放大和调节。
和双极晶体管相比,场效应管具有输入电阻高、无需偏置电流等优点,因此在电子工程中得到广泛应用。
3. 场效应管放大电路的基本原理场效应管放大电路的基本原理是利用场效应管的特性来放大输入信号。
当输入信号施加在栅极上时,栅极源极间的电压将改变栅极-源极电流的大小,从而改变漏极电流。
根据场效应管工作状态的不同,可分为共源放大器、共漏放大器和共栅放大器三种。
3.1 共源放大器共源放大器是应用最广泛的一种场效应管放大电路。
在共源放大器中,输入信号通过耦合电容施加到栅极上,当信号施加后,栅极-源极电压发生变化,控制栅极-源极电流的大小,进而改变漏极电流。
共源放大器具有放大增益高、输入输出阻抗匹配等特点,适用于多种应用场景。
3.2 共漏放大器共漏放大器是场效应管放大电路的一种重要形式。
在共漏放大器中,漏极连接到电源,源极接地,输入信号通过漏极电阻耦合到栅极。
共漏放大器具有输入电阻高、输出电阻低等特点,适用于对电压放大和阻抗转换要求较高的场合。
3.3 共栅放大器共栅放大器是场效应管放大电路的另一种形式。
在共栅放大器中,信号通过源极电阻耦合到栅极,漏极连接到电源。
共栅放大器具有输入输出阻抗匹配、频率响应宽等特点,适用于高频放大和对输入频率响应要求较高的应用。
4. 实际应用案例场效应管放大电路广泛应用于各种电子设备中。
以音频放大器为例,通过合理选择场效应管的类型和工作点,可以实现对音频信号的放大和调节,保证音频设备的音质。
5. 个人观点和理解场效应管放大电路作为一种常见的放大器,具有输入电阻高、无需偏置电流、放大增益高等技术优点。
4.8 结型场效应管4.8.1 JFET的结构和工作原理 4.8.2 JFET的特性曲线及参数 4.8.3 JFET放大电路的小信号模型分析法4.8.1 JFET的结构和工作原理1. 结构漏极栅极N沟道JFET P源极符号中的箭头方向表示什么? 箭头:P → NN符号比较N沟道JFETSiO2绝缘层SiO2绝缘层N沟道增强型MOSFETN沟道耗尽型MOSFET2. 工作原理 (以N沟道JFET为例)耗尽层① vGS对沟道的控制作用当vGS<0时( PN结加反压)导电沟道d+PN结反偏 耗尽层加厚 沟道变窄。
| vGS | ↑ ,沟道继续变窄。
gP++vDSP+耗尽层碰上,沟道夹断,--- VGG vGSN对应的栅源电压vGS称为夹断电压 VPVP ( 或VGS(off) )。
s对于N沟道的JFET,VP <0。
注:g、s间加反偏电压, iG=0,rgs= 107, ,② vDS对沟道的影响当vGS=0时, vDS iD s d 电位逐渐升高, G、D间PN结的反压增 加,靠近漏极处的耗尽 层加宽,沟道变窄,从 上至下呈楔形分布。
当vDS ,使vGD=VP 时,靠漏极处出现预夹 断。
此时vDS 夹断区延长 沟道电阻iD=IDSS基本不变iD/mAIDSSVPvGS=0 vDS/V③ vGS和vDS同时作用时iD条件:g、s间加反偏电压 | vGS | ↑(g、s越负)导电沟道变窄,vDS 不变 iD↓dvGDgvGS对iD有控制作用P++在预夹断处 VGD=VGS-VDS =VPVGG vGSN+vDSP+Vs综上分析可知139页• 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电, 所以场效应管也称为单极型三极管。
• JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的,因此iG0,输入电阻很高。
• JFET是电压控制电流器件,iD受vGS控制。
• 预夹断前:iD与vDS呈近似线性关系; 预夹断后:iD 趋于饱和。
场效应管及其基本放大电路3.2.3.1 场效应管( FET )1.场效应管的特色场效应管出生于 20 世纪 60 年月,它主要拥有以下特色:①它几乎仅靠半导体中的多半载流子导电,故又称为单级型晶体管。
②场效应管是利用输入回路的电场效应来控制输出回路的电流,并以此命名。
③输入回路的内阻高达 107 -1012Ω;此外还拥有噪声低、热稳固性好、抗辐射能力强、耗电小,体积小、重量轻、寿命长等特色,因此宽泛地应用于各样电子电路中。
场效应管分为结型和绝缘栅型两种不一样的构造,下边分别加以介绍。
2.结型场效应管⑴结型场效应管的符号和N 沟道结型场效应管的构造结型场效应管(JFET)有 N 沟道和 P 沟道两种种类,图3-62(a) 所示为它们的符号。
N沟道结型场效应管的构造如图 3-62(b) 所示。
它在同一块 N型半导体上制作两个高混杂的P 区,并将它们连结在一同,引出电极,称为栅极 G; N 型半导体的两头分别引出两个电极,一个称为漏极 D,一个称为源极 S。
P 区与 N 区交界面形成耗尽层,漏极与源极间的非耗尽层地区称为导电沟道。
(a) 符号(b)N 沟道管的构造表示图图 3-62 结型场效应管的符号和构造表示图⑵结型场效应管的工作原理为使 N沟道结型场效应管正常工作,应在其栅 - 源之间加负向电压(即U GS0),以保证耗尽层蒙受反向电压;在漏- 源之间加正向电压u DS , 以形成漏极电流i D。
下边经过栅-源电压 u GS和漏-源电压 u DS对导电沟道的影响,来说明管子的工作原理。
①当 u DS=0V(即D、S短路)时, u GS对导电沟道的控制作用ⅰ当 u GS=0V时,耗尽层很窄,导电沟道很宽,如图3-63(a)所示。
ⅱ当 u GS增大时,耗尽层加宽,沟道变窄(图(b) 所示),沟道电阻增大。
ⅲ当u GS增大到某一数值时,耗尽层闭合,沟道消逝(图(c) 所示) , 沟道电阻趋于无穷大,称此时u GS的值为夹断电压U GS( off )。
第2章基本放大电路
2.11 场效应管及其放大电路
场效应晶体管是利用电场效应来控制电流的一种半导体器件,即是电压控制元件。
它的输出电流决定于输入电压的大小,基本上不需要信号源提供电流,所以它的输入电阻高,且温度稳定性好。
按结构不同场效应管有两种:
结型场效应管
绝缘栅型场效应管
本节仅介绍绝缘栅型场效应管
按工作状态可分为:增强型和耗尽型两类
每类又有N沟道和P沟道之分
2.11.1绝缘栅场效应管
1.增强型绝缘栅场效应管
(1)N沟道增强型管的结构
由于金属栅极和半导体之间的绝缘层目前常用二氧化硅,故又称金属-氧化物-半导体场效应管,简称MOS场效应管。
(2)N沟道增强型管的工作原理
由结构图可见,N+型漏区和N+型源区之间被P型衬底隔开,漏极和源极之间是两个背靠背的PN 结。
当U GS > 0 时,P型衬底中的电子受到电场力的吸引到达表层,填补空穴形成负离子的耗尽层;
当U GS U GS(th)后,场效应管才形成导电沟道,开始导通,若漏–源之间加上一定的电压U DS,则有漏极电流I D产生。
在一定的U DS下漏极电流I D的大小与栅源电压U GS有关。
所以,场效应管是一种电压控制电流的器件。
在一定的漏–源电压U DS下,使管子由不导通变为导通的临界栅源电压称为开启电压U GS(th)。
(3)特性曲线
(4)P沟道增强型
2.耗尽型绝缘栅场效应管
?如果M O S管在制造时导电沟道就已形成,称为耗尽型场效应管。
(1)N沟道耗尽型管
由于耗尽型场效应管预埋了导电沟道,所以在U GS= 0时,若漏–源之间加上一定的电压U DS,也
会有漏极电流I D 产生。
这时的漏极电流用I D S S表示,称为饱和漏极电流。
当U G S>0时,使导电沟道变宽,I D增大;
当U G S<0时,使导电沟道变窄,I D减小;U G S负值愈高,沟道愈窄,I D就愈小。
当U GS达到一定负值时,N型导电沟道消失,
I D= 0,称为场效应管处于夹断状态(即截止)。
这时的U GS称为夹断电压,用U GS(off)表示。
(2)耗尽型N沟道M O S管的特性曲线
耗尽型的MOS管U GS= 0时就有导电沟道,加反向电压到一定值时才能夹断。
(3)P沟道耗尽型管
3.场效应管的主要参数
(1)开启电压U G S(t h):是增强型M O S管的参数
(2)夹断电压U G S(o f f):
(3)饱和漏电流I D S S:
是结型和耗尽型
M O S管的参数
(4)低频跨导g m
:表示栅源电压对漏极电流的控制能力
极限参数:最大漏极电流、耗散功率、击穿电压。
场效应管与晶体管的比较
2.11.3场效应管放大电路
场效应晶体管具有输入电阻高、噪声低等优点,常用于多级放大电路的输入级以及要求噪声低的放大电路。
???
场效应管的源极、漏极、栅极相当于双极型晶体管的发射极、集电极、基极。
场效应管的共源极放大电路和源极输出器与双极型晶体管的共发射极放大电路和射极输出器在结构上也相类似。
???
场效应管放大电路的分析与双极型晶体管放大电路一样,包括静态分析和动态分析。
1.自给偏压式偏置电路
T为N沟道耗尽型场效应管
U G S=–R S I S
=–R S I D
栅源电压U G S是由场效应管自身的电流提供的,故称自给偏压。
增强型M O S管因U G S=0时,I D 0,故不能采用自给偏压式电路。
静态分析可以用估算法或图解法(略)
估算法:
列出静态时的关系式
对增强型M O S管构成的放大电路需用图解法来确定静态值。
2.分压式偏置电路
(1)静态分析
(2)动态分析
3.源极输出器
当场效应管工作在可变电阻区时,漏源电阻:
应用举例:。