第第3章章 晶体管与基本放大电路晶体管与基本放大电路第第1节节 晶体管及共射极基本放大电路晶体管及共射极基本放大电路 第第2节节 晶体管放大电路三种基本组态晶体管放大电路三种基本组态 第第3节节 场效应管及其放大电路场效应管及其放大电路 第第4节节 多级放大电路多级放大电路电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单回 退 前 进 最 后 返 回退 出 第3章 晶体管与基本放大电路 本章主要介绍构成线性放大电路的基本章主要介绍构成线性放大电路的基本放大器件本放大器件晶体三极管晶体三极管和和场效晶体场效晶体管管的伏安特性和主要参数，分析有它们的伏安特性和主要参数，分析有它们构成的构成的基本放大电路基本放大电路的工作特点、性能的工作特点、性能指标以及分立线性放大电路与集成线性指标以及分立线性放大电路与集成线性放大电路的主要区别和内在联系。放大电路的主要区别和内在联系。开 始作 ？业电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件 3.1 晶体管及共射极基本放大电路主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始晶体管的几种常见外形晶体管的几种常见外形 晶体管的符号晶体管的符号 电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件 3.1.1 晶体管的结构、工作原理和特性主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始1. 晶体管的结构（晶体管的结构（NPN管）管） 在结构图中，基区在结构图中，基区比较薄且掺杂浓度很比较薄且掺杂浓度很低；发射区掺杂浓度低；发射区掺杂浓度很高；集电区结面较很高；集电区结面较大，掺杂浓度不高。大，掺杂浓度不高。因此，一般情况发射因此，一般情况发射区和集电区不可互换区和集电区不可互换使用。使用。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件 3.1.1 晶体管的结构、工作原理和特性主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始2. 晶体管的电流分配和放大原理晶体管的电流分配和放大原理 NPN型晶体管内部型晶体管内部载流子运动如图。放载流子运动如图。放大状态下，要求发射大状态下，要求发射结为正向偏置，集电结为正向偏置，集电结为反向偏置。结为反向偏置。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件退 出作 ？业主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 3.1.1 晶体管的结构、工作原理和特性 由晶体管内部载流子运动的示意图可以由晶体管内部载流子运动的示意图可以得出得出定义定义为直流电流放大系数，由为直流电流放大系数，由此可得此可得令式中令式中为三极管为三极管CE间间反向穿透电流。反向穿透电流。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件 NPN与与PNP型晶体管共射组态直流电源型晶体管共射组态直流电源电压极性相反，如图电压极性相反，如图3.1.9所示。所示。 作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 3.1.1 晶体管的结构、工作原理和特性电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件3. 伏安特性（以伏安特性（以NPN硅管为例）硅管为例）作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 3.1.1 晶体管的结构、工作原理和特性（1）输入特性）输入特性 （2）输出特性）输出特性输出特性中基极电流输出特性中基极电流进入截止区，进入截止区，集集-射极电压射极电压进入饱和区。进入饱和区。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 3.1.1 晶体管的结构、工作原理和特性晶体管三种工作状态对比表晶体管三种工作状态对比表工作工作工作工作状态状态状态状态直流偏置条件直流偏置条件直流偏置条件直流偏置条件电位关系电位关系电位关系电位关系输出伏安特性输出伏安特性输出伏安特性输出伏安特性( (以以以以NPNNPN管为例管为例管为例管为例) )NPNNPN硅管硅管硅管硅管PNPPNP锗管锗管锗管锗管截止截止截止截止发射结：不大于死区电压发射结：不大于死区电压发射结：不大于死区电压发射结：不大于死区电压集电结：反向偏置集电结：反向偏置集电结：反向偏置集电结：反向偏置u uBEBE0.5V0.5Vu uBCBC0V0V0VI IC C=0=0，U UCE CE =V=VCCCC放大放大放大放大发射结：大于死区电压发射结：大于死区电压发射结：大于死区电压发射结：大于死区电压集电结：反向偏置集电结：反向偏置集电结：反向偏置集电结：反向偏置u uBEBE0.5V0.5Vu uBCBC0V0Vu uBEBE-0.1V0V0VI IC C= =I IB B，U UCECE=V=VCCCC-I -IC CRRC C饱和饱和饱和饱和发射结：大于死区电压发射结：大于死区电压发射结：大于死区电压发射结：大于死区电压集电结：正向偏置集电结：正向偏置集电结：正向偏置集电结：正向偏置u uBEBE0.5V0.5Vu uBCBC0V0Vu uBEBE-0.1V-0.1Vu uBCBC0VVBVE， PNP型型VCVBVE。 A： 是是B ， 是是E;B ：是是E ， 是是B; C： 是是E， 是是B。 电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 3.1.1 晶体管的结构、工作原理和特性参数分类参数分类参数名称参数名称性能性能参数参数1. 1. 共射极电流放大系数共射极电流放大系数和和；2.2.共基极电流放大系数共基极电流放大系数和和；3.3.极间反向饱和电流极间反向饱和电流I ICBOCBO和和I ICEOCEO；4.4.特征频率特征频率f fT T。极限极限参数参数1. 1. 集电极最大允许电流集电极最大允许电流 I ICMCM ； 2. 2. 集电极最大允许损耗功率集电极最大允许损耗功率P PCMCM；3. 3. 集集- -射极反向击穿电压射极反向击穿电压U U(BR)CEO(BR)CEO。4. 主要参数主要参数电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 3.1.1 晶体管的结构、工作原理和特性图图3.1.6晶体管的三种输入、输出组态。晶体管的三种输入、输出组态。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 3.1.1 晶体管的结构、工作原理和特性与与的关系：的关系： 共射极直流电流放大系数共射极直流电流放大系数 共射极交流电流放大系数共射极交流电流放大系数一般情况可以认为一般情况可以认为 共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数 共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 3.1.1 晶体管的结构、工作原理和特性图图3.1.7为晶体管极限参数的图示。为晶体管极限参数的图示。I C的最大值的最大值PCM线线UCE的最大值的最大值 晶体管正常放大晶体管正常放大时，应保证：时，应保证：电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 3.1.2 共射极基本放大电路1.放大电路的工作原理放大电路的工作原理（1）电路的构成）电路的构成T: NPN型晶体管；型晶体管； R b: 基极偏置电阻；基极偏置电阻；R C: 直流负载电阻；直流负载电阻；R L: 交流负载电阻；交流负载电阻；uS : 交流信号源；交流信号源； R S: 信号源内阻；信号源内阻； VCC:直流电压源；直流电压源； C 1、C 2: 耦合电容。耦合电容。 电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 3.1.2 共射极基本放大电路 基本放大电路中每个元件都有相应的基本放大电路中每个元件都有相应的作用。交流信号源作用。交流信号源u S是被放大的信号，是被放大的信号，直流电压源直流电压源VCC是给晶体管提供直流工作是给晶体管提供直流工作点，同时为信号放大提供能量。点，同时为信号放大提供能量。 在分析放大电路时，可采用线性电路在分析放大电路时，可采用线性电路叠加原理，先来分析叠加原理，先来分析VCC单独作用单独作用直直流分析；再来分析流分析；再来分析u S单独作用单独作用 交流交流分析；然后将结果叠加起来。分析；然后将结果叠加起来。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件3.1.2 共射基本放大电路主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始共射极基本放大电路共射极基本放大电路的组成及放大作用的组成及放大作用 我们可以通过动画演示理解一下信号叠我们可以通过动画演示理解一下信号叠加放大和传递过程。加放大和传递过程。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件3.1.2 共射基本放大电路主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始波形分析波形分析 ： 经过以上分析可经过以上分析可以将放大过程波形以将放大过程波形叠加放大情况整理叠加放大情况整理成图成图3.1.11。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件3.1.2 共射基本放大电路主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始2放大电路的非线性失真放大电路的非线性失真 当信号进入截止区和饱和区，电路将产当信号进入截止区和饱和区，电路将产生非线性失真。如图生非线性失真。如图3.1.123.1.12所示。所示。 Q1:电流过大，易电流过大，易产生饱和失真；产生饱和失真；Q2:电流过小，易电流过小，易产生截止失真。产生截止失真。 所以，直流工作所以，直流工作点一般设置为中点一般设置为中点。点。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 3.1.2 共射极基本放大电路（2）静态分析（直流分析）静态分析（直流分析）VCC单独作用时等效电路单独作用时等效电路直流通路。直流通路。 此时此时uS=0，只有直流，只有直流电源电源VCC起作用，耦合起作用，耦合电容电容C 1、C 2相当于开相当于开路，图路，图3.1.10 （c）等）等效为图效为图3.1.10 （b），），称作放大电路的直流称作放大电路的直流通路。通路。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件3.1.2 共射基本放大电路主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始 直流参数计算：直流参数计算： 晶体管的基极电流晶体管的基极电流IB、集电极电流、集电极电流IC、发、发射结电压射结电压UBE和管压降和管压降UCECE, ,称为放大电路的静称为放大电路的静态工作点，记作态工作点，记作IBQ、ICQ、UBEQ和和UCEQ。 工作点计算公式工作点计算公式 在近似分析时，可认为在近似分析时，可认为UBEQ已知，硅管取已知，硅管取作作0.60.7V，锗管取作，锗管取作0.20.3V。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 3.1.2 共射极基本放大电路（3）动态分析（交流分析）动态分析（交流分析） uS单独作用时，电容单独作用时，电容C 1、C 2和直流电和直流电源源VCC相当于短路相当于短路，其等效电路其等效电路交流交流通路如图通路如图3.1.14(a)。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 3.1.2 共射极基本放大电路 由于放大状态晶体由于放大状态晶体管发射结正向偏置，管发射结正向偏置，可用可用PN结小信号模结小信号模型电阻型电阻rbe来等效；集来等效；集电结反向偏置相当于电结反向偏置相当于开路；根据输出特性开路；根据输出特性可知，放大状态晶体可知，放大状态晶体管集管集-射极可等效一射极可等效一个电流控制电流源。个电流控制电流源。 晶晶体管放大状态小信号线性模型，如体管放大状态小信号线性模型，如图图3.1.13。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回 3.1.2 共射极基本放大电路 将晶将晶体管小信号线性模型，代入图体管小信号线性模型，代入图3.1.14(a)所示交流通路中，可得晶体管放大所示交流通路中，可得晶体管放大电路微变等效电路，如图电路微变等效电路，如图3.1.14(b) 。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件3.1.2 共射基本放大电路主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始 交流参数计算：交流参数计算： 放大电路的输入电放大电路的输入电阻阻R Ri i、输出电阻、输出电阻R RO O 和和电压放大倍数电压放大倍数A Auiui及源及源电压放大倍数电压放大倍数A AuSuS，称，称为晶体管放大电路的为晶体管放大电路的交流参数。交流参数。 基本放大电路交基本放大电路交流参数计算公式：流参数计算公式：电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件3.1.2 共射基本放大电路主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始例例3.1.1 3.1.1 晶体管基本共射放大电路如图晶体管基本共射放大电路如图3.1.10(C)3.1.10(C)所示，已知晶体管的所示，已知晶体管的r rbbbb=100=100，=80，导通通时UBEQ=0.75V。（1）估算静态工作）估算静态工作点点IBQ、ICQ、UCEQ；（2）估算电路的输）估算电路的输入电阻入电阻Ri、输出电阻、输出电阻Ro和电压放大倍数和电压放大倍数Aui及及Aus。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回退 出作 ？业3.1.2 共射基本放大电路解解：（：（1）根据静态工作点计算公式可得）根据静态工作点计算公式可得 结果分析：结果分析：UBEQUCEQ(1/2)VCC，因此，因此:晶体管工作在放大状态；晶体管工作在放大状态；电流电流ICQ过过大，若信号过大将可能产生饱和失真。大，若信号过大将可能产生饱和失真。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回退 出作 ？业3.1.2 共射基本放大电路解解：（：（2）根据交流参数计算公式可得）根据交流参数计算公式可得电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回3.1.2 共射基本放大电路 结果分析：结果分析： 由于晶体管的由于晶体管的rbe较小致使放大电路的较小致使放大电路的输入电阻输入电阻Ri较小，因此当信号源内阻较小，因此当信号源内阻RS较较大时，放大倍数大时，放大倍数Aus将有较大的衰减。将有较大的衰减。 放大电路输出对负载放大电路输出对负载R RL L可以看做是信可以看做是信号源。由于放大电路输出是电流源模型，号源。由于放大电路输出是电流源模型，因此在因此在R RL L一定时，内阻一定时，内阻R RC C越大越大, ,负载电阻负载电阻R RL L中分流越大，输出电压也越高，所以电压中分流越大，输出电压也越高，所以电压放大倍数放大倍数Aui越大。越大。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回3.1.3 共射放大电路的静态工作点稳定问题1. 静态工作点稳定的必要性静态工作点稳定的必要性 电源电压的波动、元器件的老化以及电源电压的波动、元器件的老化以及因温度的变化所引起晶体管参数的变化，因温度的变化所引起晶体管参数的变化，都会造成静态工作点的不稳定，从而使动都会造成静态工作点的不稳定，从而使动态性能不稳定，甚至引起电路无法正常工态性能不稳定，甚至引起电路无法正常工作。作。 放大电路静态工作点的变化主要体现在放大电路静态工作点的变化主要体现在“扰动扰动”使集电极电流使集电极电流ICQ发生改变，因此发生改变，因此在电路设计上应采用必要的电流负反馈，在电路设计上应采用必要的电流负反馈，以保证以保证ICQ的稳定。的稳定。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件2. 典型静态工作点稳定电路典型静态工作点稳定电路作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回3.1.3 共射放大电路的静态工作点稳定问题图图3.1.18 具有稳定集电极电流具有稳定集电极电流IC的功能。的功能。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回3.1.3 共射放大电路的静态工作点稳定问题（1）稳定工作点的条件）稳定工作点的条件 在图在图3.1.18b中，合理选择电阻中，合理选择电阻Rb1和和Rb2 的值，可以满足的值，可以满足 。即即 则晶体管的基极电位则晶体管的基极电位VBQ可写作可写作电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件3.1.3 共射放大电路的静态工作点稳定问题 主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始（2）工作点的稳定过程）工作点的稳定过程 下面举例说明电路的静态分析和动态下面举例说明电路的静态分析和动态分析。分析。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件例例3.1.2 在图在图3.1.18所示的典型静态工作点所示的典型静态工作点稳定电路中，已知晶体管的输出特性曲线稳定电路中，已知晶体管的输出特性曲线如图如图3.1.19, rbb=100，UBEQ=0.7V。作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回3.1.3 共射放大电路的静态工作点稳定问题电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件解：根据解：根据题目要求和已知条件，首先目要求和已知条件，首先进行行直流分析；求得直流工作点直流分析；求得直流工作点Q(UCEQ，ICQ)后，在后，在输出特性上找到相出特性上找到相应点的点的IBQ从而从而根据根据 ICQ/ IBQ得到得到值；再；再进行交流行交流计算，算，求出交流参数。求出交流参数。作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回3.1.3 共射放大电路的静态工作点稳定问题（1）估算静态工作点）估算静态工作点IBQ、ICQ和和UCEQ；（2）估算输入电阻）估算输入电阻Ri、输出电阻、输出电阻Ro和电和电压放大倍数压放大倍数Aui； （3）若信号源内阻）若信号源内阻RS=1k,求求Aus。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回3.1.3 共射放大电路的静态工作点稳定问题（1）求静态工作点）求静态工作点 电路的直流通路如电路的直流通路如图图3.1.18(b)3.1.18(b)所示，由图可得所示，由图可得电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件（2）估算交流参数）估算交流参数 首先画出电路的微首先画出电路的微变等效电路，根据交流参数定义可求得变等效电路，根据交流参数定义可求得Ri、Ro和和Aui。作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回3.1.3 共射放大电路的静态工作点稳定问题电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回退 出作 ？业 根据放大电路输出回路方程根据放大电路输出回路方程3.1.3 共射放大电路的静态工作点稳定问题可在输出特性上画出可在输出特性上画出直流负载线直流负载线MN，如图，如图直流负载线直流负载线MN上上Q点对应的点对应的IB20mA,电流放大流放大系数系数 I CQ /IBQ=50电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回退 出作 ？业根据交流参数计算公式可得根据交流参数计算公式可得3.1.3 共射放大电路的静态工作点稳定问题电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件3.2 晶体管放大电路三种基本组态主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始3.2.1 三种组态电路的主要特点和典型应用1. 结构特点结构特点图图3.2.1 共射基本放大电路共射基本放大电路电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件3.2.1 三种组态电路的主要特点和典型应用主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始图图3.2.2 共集基本放大电路共集基本放大电路电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始图图3.2.3 共基基本放大电路共基基本放大电路3.2.1 三种组态电路的主要特点和典型应用电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始2. 性能特点性能特点表表3.2.1 晶体管三种组态放大电路的指标比较晶体管三种组态放大电路的指标比较3.2.1 三种组态电路的主要特点和典型应用电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始3. 典型应用典型应用 共射放大电路常作为多极放大器的中间级，共射放大电路常作为多极放大器的中间级，是中、低频电压放大电路的首选单元电路。是中、低频电压放大电路的首选单元电路。 共集放大电路常作为隔离器或阻抗变换器，共集放大电路常作为隔离器或阻抗变换器，用于多级放大器的输入级或输出级。它也是恒用于多级放大器的输入级或输出级。它也是恒压源电路、测量放大电路、功率放大电路的首压源电路、测量放大电路、功率放大电路的首选单元电路。选单元电路。 共基放大电路是实现宽频放大电路的首选方共基放大电路是实现宽频放大电路的首选方案，可用于无线电通信系统，常用来实现恒流案，可用于无线电通信系统，常用来实现恒流源输出。源输出。3.2.1 三种组态电路的主要特点和典型应用电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件3.2.2 基本共集、共基放大电路的分析实例主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始共集电极电路的分析共集电极电路的分析共集电极电路的应用共集电极电路的应用电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件3.3 场效晶体管及其放大电路 主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始3.3.1 场效晶体管的结构、工作原理和特性 场场效效晶晶体体管管是是利利用用极极间间电电压压产产生生的的电电场场效效应应来来控控制制输输出出电电流流的的半半导导体体器器件件，所所以以是是一一种种电电压压控控制制电电流流型型器器件件（简简称称压压控控器器件件）。又又因因为为其其工工作作电电流流主主要要由由多多数数载载流流子子的的漂漂移移运运动动形形成成，因因此此又又称称为为单单极极型型晶晶体体管管。与与双双极极型型晶晶体体管管相相比比，它它具具有有输输入入阻阻抗抗高高、热热稳稳定定性性好好、噪噪声声低低、抗抗辐辐射射能能力力强强和和制制造造工工艺艺简简单单、易易于于大大规规模模集集成成等等优优点点，得得到到了了广广泛泛的应用。的应用。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件3.3 场效晶体管及其放大电路 主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始3.3.1 场效晶体管的结构、工作原理和特性 根据结构与制造工艺的不同，场效晶体根据结构与制造工艺的不同，场效晶体管可分为管可分为N沟道沟道场效晶体管场效晶体管结型结型绝缘栅型绝缘栅型N沟道沟道P沟道沟道P沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型增强型增强型耗尽型耗尽型电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始3.3.1 场效晶体管的结构、工作原理和特性1绝缘栅型场效应管的结构与工作机理绝缘栅型场效应管的结构与工作机理 （1）基本结构）基本结构 在此以在此以N沟道沟道增强增强型型绝缘栅绝缘栅场效晶体场效晶体管为例，管为例，介绍结构介绍结构和工作原和工作原理。理。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始3.3.1 场效晶体管的结构、工作原理和特性（2）工作机理）工作机理 通常衬底通常衬底B与源极与源极S相连，栅相连，栅-源电压源电压u uGSGS将使栅极与衬底间产生方向向下的静电将使栅极与衬底间产生方向向下的静电场，在衬底靠近绝缘层处感应出电子层，场，在衬底靠近绝缘层处感应出电子层，使两个使两个N+区连通，形成区连通，形成N型导电沟道，见型导电沟道，见图图3.3.2所示。所示。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始3.3.1 场效晶体管的结构、工作原理和特性 若在若在漏漏-源极之间加上电压源极之间加上电压u uDSDS，则会，则会产生漏极电流产生漏极电流i iD D。通过增加电压。通过增加电压u uGSGS的大的大小，可增加导电沟道的宽窄，从而实现小，可增加导电沟道的宽窄，从而实现控制漏极电流控制漏极电流i iD D大小的目的，故称此种大小的目的，故称此种场效应管为增强型场效应管为增强型N沟道场效应管。沟道场效应管。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始3.3.1 场效晶体管的结构、工作原理和特性2增增强强型型N N沟沟道道绝绝缘缘栅栅型型场场效效应应管管的的符符号号和伏安特性和伏安特性 电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始3.3.1 场效晶体管的结构、工作原理和特性（1 1）漏极特性）漏极特性 漏极特性是在电压漏极特性是在电压UGS为常数的条件为常数的条件下，表示漏极电流与漏下，表示漏极电流与漏-源电压间函数关源电压间函数关系的曲线，也称作输出特性。它有系的曲线，也称作输出特性。它有夹断断区区、恒流区恒流区、可可变电阻区阻区三个工作区，三个工作区，如图如图3.3.3（C C）所示。）所示。 电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始3.3.1 场效晶体管的结构、工作原理和特性（2 2）转移特性转移特性 图图3.3.3（b）为场效晶体管转移特性。）为场效晶体管转移特性。当当场效晶体管工作在恒流区时，由于输出特性场效晶体管工作在恒流区时，由于输出特性可近似为平行于横坐标轴的一组曲线，电流可近似为平行于横坐标轴的一组曲线，电流iD D 的大小只与的大小只与uGSGS有关，与有关，与uDSDS无关，所以可用无关，所以可用一条转移特性曲线代替恒流区的所有曲线。一条转移特性曲线代替恒流区的所有曲线。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始3.3.1 场效晶体管的结构、工作原理和特性3. . N沟道沟道耗尽型绝缘栅型场效应管的结耗尽型绝缘栅型场效应管的结构与工作机理构与工作机理 （1）基本结构）基本结构 制造时制造时耗尽型耗尽型绝缘栅场效晶体绝缘栅场效晶体管时，在管时，在SO2 2绝绝缘层中加入正电缘层中加入正电荷荷, 因此在因此在uGSGS=0时时,D-S间已存在间已存在导电沟道导电沟道,如图如图。导电沟道导电沟道SO2中的正电荷中的正电荷电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始3.3.1 场效晶体管的结构、工作原理和特性 下图为耗尽型下图为耗尽型N N沟道绝缘栅场效晶体管沟道绝缘栅场效晶体管的符号和转移特性。当反向栅的符号和转移特性。当反向栅-源源u uGSGSGSGS电压电压达到一定值时，导电沟道被夹断。达到一定值时，导电沟道被夹断。UP:夹断电压，夹断电压， (UP0)；IDSS:漏极饱和漏极饱和电流。电流。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始3.3.1 场效晶体管的结构、工作原理和特性4结型场效应管的结构与工作原理结型场效应管的结构与工作原理 N N沟道结型场效应管沟道结型场效应管在结构上与绝缘栅型在结构上与绝缘栅型场效应管不同。其结场效应管不同。其结构是在一块构是在一块N型半导型半导体的两侧扩散两个高体的两侧扩散两个高浓度的浓度的P+区，形成两区，形成两个背靠背的个背靠背的PN结。结。 VGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用漏源漏源电压对沟道的控制作用电压对沟道的控制作用电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始3.3.1 场效晶体管的结构、工作原理和特性 下图为下图为N N沟道结型场效晶体管的符号沟道结型场效晶体管的符号和转移特性。当反向栅和转移特性。当反向栅-源源u uGSGSGSGS电压达到电压达到一定值时，导电沟道被夹断。一定值时，导电沟道被夹断。UP:夹断电压，夹断电压， (UP0)；IDSS:漏极饱和漏极饱和电流。电流。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始3.3.1 场效晶体管的结构、工作原理和特性 各种类型的各种类型的场效晶体场效晶体管的符号和转移特管的符号和转移特性，如表性，如表3.3.1所示。所示。增强型增强型N沟道沟道增强型增强型P沟道沟道耗尽型耗尽型N沟道沟道结型结型N沟道沟道结型结型P沟道沟道耗尽型耗尽型P沟道沟道电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始3.3.1 场效晶体管的结构、工作原理和特性 为了使场效晶体管电路正常放大，需要为了使场效晶体管电路正常放大，需要设置合适且稳定的静态工作点。表设置合适且稳定的静态工作点。表3.3.3列列出了各类场效应管工作在放大区时对偏置出了各类场效应管工作在放大区时对偏置电压电压UGSQ和和UDSQ的极性要求。的极性要求。 电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始3.3.1 场效晶体管的结构、工作原理和特性 例：试分析图示各电路能否正常放大，例：试分析图示各电路能否正常放大， 并说明理由。并说明理由。 (a)不能；不能；N沟道结型沟道结型UGS应为负应为负偏压。偏压。(b)能；能；(c) 不能；不能；(d)不能。不能。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回参数分类参数分类参数名称参数名称直流直流参数参数1.1.开启电压开启电压开启电压开启电压U U U UT T T T；2.2.夹断电压夹断电压夹断电压夹断电压U U U UP P P P；3 3. . . .饱和漏极电流饱和漏极电流饱和漏极电流饱和漏极电流I I I IDSSDSSDSSDSS；4 4. . . .直流输入直流输入直流输入直流输入电阻电阻电阻电阻R R R RGSGSGSGS。交流交流参数参数1.1.低频跨导（互导）低频跨导（互导）低频跨导（互导）低频跨导（互导）g gm m ；2.2.极间电容极间电容极间电容极间电容C C gs gs、C Cgd gd 。极限极限参数参数1.1.最大漏极电流最大漏极电流最大漏极电流最大漏极电流I IDMDM；2.2.2.2.栅栅栅栅- - - -源击穿电压源击穿电压源击穿电压源击穿电压U U U U(BR)GS(BR)GS(BR)GS(BR)GS；3.3.3.3.漏漏漏漏- - - -源击穿电压源击穿电压源击穿电压源击穿电压U U U U(BR)DS(BR)DS(BR)DS(BR)DS。3.3.1 场效晶体管的结构、工作原理和特性5 5场效应管的主要参数场效应管的主要参数 电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始3.4 多级放大电路 单管放大电路的放大倍数只有几十单管放大电路的放大倍数只有几十倍，输入电阻和输出电阻也难于满足要倍，输入电阻和输出电阻也难于满足要求，故常采用多个单管放大电路的级联，求，故常采用多个单管放大电路的级联，组成多级放大电路，以改善放大电路的组成多级放大电路，以改善放大电路的各项性能指标，满足设计要求。各项性能指标，满足设计要求。 各级放大电路级联方式，称为耦合方式，各级放大电路级联方式，称为耦合方式，主要有阻容耦合方式、变压器耦合方式、主要有阻容耦合方式、变压器耦合方式、直接耦合方式和光电耦合方式四种。直接耦合方式和光电耦合方式四种。 电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始3.4.1 多级放大电路的耦合方式 1阻容耦合方式阻容耦合方式 电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始2变压器耦合方式变压器耦合方式 3.4.1 多级放大电路的耦合方式 电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始3直接耦合方式直接耦合方式 3.4.1 多级放大电路的耦合方式 电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始4光电耦合光电耦合 3.4.1 多级放大电路的耦合方式 电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始3.4.2 多级放大电路的指标分析计算 以两级放大电路为例，分析交流指标的计以两级放大电路为例，分析交流指标的计算。图算。图3.4.6为两级级联为两级级联交流等效电路图。交流等效电路图。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始3.4.2 多级放大电路的指标分析计算 因为前级电路的输出电压因为前级电路的输出电压Uo1就是后级就是后级电路的输入电压电路的输入电压Ui2，所以两级放大电路，所以两级放大电路的电压放大倍数的电压放大倍数Au可表示为。可表示为。电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始3.4.2 多级放大电路的指标分析计算 根根据据放放大大电电路路输输入入、输输出出电电阻阻的的定定义义，多多级级放放大大电电路路的的输输入入电电阻阻就就是是第第一一级级的的输输入电阻，入电阻，即即 多级放大电路的输出电阻就是最末级的多级放大电路的输出电阻就是最末级的输出电阻，输出电阻，即即 电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件主菜单回 退 前 进 最 后 返 回 作 ？业退 出开 始3.4.2 多级放大电路的指标分析计算 分析多级放大电路指标的基本步骤与分析多级放大电路指标的基本步骤与单级放大电路基本相同，只要注意各级单级放大电路基本相同，只要注意各级间的负载效应就可以了。间的负载效应就可以了。 电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回第第3章章 晶体管与基本放大电路晶体管与基本放大电路本章作业本章作业3.1、3.3、3.4、3.5、3.8、3.10、3.11、3.14电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件结束END 第1章 绪论作 ？业退 出主菜单开 始 回 退 前 进 最 后 返 回电子技术基础刘继承课件电子技术基础刘继承课件