电工chapter15.7起.ppt

功率放大电路是一种弱电系统，具有很高的灵敏度，很容易接受外界和内部一些 无规则信号的影响，也就是在放大器的输入端短路时，输出端仍有一些无规则的电压或 电流变化输出，利用示波器或扬声器就可觉察到。这就是功率放大器的噪声或干扰电压 。噪声所产生的影响常用噪声系数Nf表示，单位为分贝（dB），Nf越小越好，Nf=输入信 号噪声比/输出信号噪声比，晶体管的噪声来源有三种：⑴热噪声：由于载流子不规则的 热运动，通过半导体管内的体电阻时而产生；⑵散粒噪声：通常所说的三极管中的电流 只是一个平均值，实际上通过发射结注入基区的载流子数目，在各个瞬时都不相同，因 而引起发射极电流或集电极电流有一无规则的流动，产生散粒噪声；⑶颤动噪声：晶体 管产生颤动噪声的原因现在还不十分清楚，但被设想为载流子在晶体表面的产生和复合 所引起，因此与半导体材料本身及工艺水平有关。而场效应管的噪声只产生于载流子的 运动，所以场效应管的Nf比晶体管的要小。 放大器不仅其放大其输入端的噪声，而且，放大器本身也存在噪声，所以其输 出端的信噪比必然小于输入端信噪比，放大器本身噪声越大，它的输出端信噪比就越小 于输入端信噪比，Nf就越大，所以在低噪声放大器的前级通常选用场效应管，或者低噪 声晶体管。 * * * * 15.9 场效应晶体管及其放大电路 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。 结型场效应管 按结构不同场效应管有两种: 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 15.9.1 绝缘栅场效应管 漏极D 栅极和其它电极及硅片之间是绝缘的，称绝缘栅型场效应管。 金属电极 (1) N沟道增强型管的结构 栅极G 源极S 1. 增强型绝缘栅场效应管 SiO2绝缘层 P型硅衬底 高掺杂N区 G S D 符号： 由于栅极是绝缘的，栅极电流几乎为零，输入电阻很高，最高可达1014? 。 漏极D 金属电极 栅极G 源极S SiO2绝缘层 P型硅衬底 高掺杂N区 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 EG P型硅衬底 N+ N+ G S D + – UGS ED + – 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。 当栅源电压UGS = 0 时，不管漏极和源极之间所加电压的极性如何，其中总有一个PN结是反向偏置的，反向电阻很高，漏极电流近似为零。 S D EG P型硅衬底 N+ N+ G S D + – UGS ED + – 当UGS 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； N型导电沟道 在漏极电源的作用下将产生漏极电流ID，管子导通。 当UGS UGS（th）时，将出现N型导电沟道，将D-S连接起来。UGS愈高，导电沟道愈宽。 (2) N沟道增强型管的工作原理 EG P型硅衬底 N+ N+ G S D + – UGS ED + – N型导电沟道 当UGS ? UGS(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UDS，则有漏极电流ID产生。在一定的UDS下漏极电流ID的大小与栅源电压UGS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UDS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UGS(th）。 (2) N沟道增强型管的工作原理 (3) 特性曲线 有导电沟道 转移特性曲线 无导电 沟道 开启电压UGS(th） UDS UGS/ ID/mA UDS/V o UGS= 1V UGS= 2V UGS= 3V UGS= 4V 漏极特性曲线 恒流区 可变电阻区 截止区 可变电阻区：uDS与iD线性关系，对应不同的uGS， d－s 间可等效不同的电阻 恒流区：iD取决于uGS ，而与uDS无关 夹断区：uGS UGS(th)时，没有形成导电沟道，iD≈0。 N型衬底 P+ P+ G S D 符号： 结构 (4) P沟道增强型 SiO2绝缘层 加电压才形成 P型导电沟道 增强型场效应管只有当│UGS │? │UGS(th）│时才形成导电沟道。 2. 耗尽型绝缘栅场效应管 G S D 符号： 如果MOS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 SiO2绝缘层中 掺