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1、场效应管放大电路,重点难点,重点：共源（CS）、共栅（CG）、共漏（CD）三 种组态放大器的分析方法及性能比较。 难点：结型和绝缘栅型场效应管的结构和工作原理,1 结型场效应管,2 场效应管放大电路,场效应管及放大电路,场效应管放大电路,N沟道,P沟道,增强型,耗尽型,N沟道,P沟道,N沟道,P沟道,（耗尽型）,分类：,1 结型场效应管, 结构, 工作原理, 输出特性, 转移特性, 主要参数,（1 ）JFET的结构和工作原理,（2） JFET的特性曲线及参数,源极，用S或s表示,N型导电沟道,漏极，用D或d表示,（1） JFET的结构和工作原理,1. 结构,# 符号中的箭头方向表示什么？,（1
2、） JFET的结构和工作原理,1. 结构,2. 工作原理, VGS对沟道的控制作用,当VGS0时,（以N沟道JFET为例）,当沟道夹断时，对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP （ 或VGS(off) ）。,对于N沟道的JFET，VP 0。,PN结反偏,耗尽层加厚,沟道变窄。,VGS继续减小，沟道继续变窄, VDS对沟道的控制作用,当VGS=0时，,VDS,ID ,G、D间PN结的反向电压增加，使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增加到使VGD=VP 时，在紧靠漏极处出现预夹断。,此时VDS ,夹断区延长,沟道电阻,ID基本不变, VGS和VDS同时作用时,当VP
3、VGS0 时，,导电沟道更容易夹断，,对于同样的VDS ， ID的值比VGS=0时的值要小。,在预夹断处,VGD=VGS-VDS =VP,栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用,沟道最宽,uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必须加负电压？,UGS（off）,漏-源电压对漏极电流的影响,uGSUGS（off）且不变，VDD增大，iD增大。,预夹断,uGDUGS（off）,VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻，iD几乎不变，进入恒流区，iD几乎仅仅决定于uGS。,场效应管工作在恒流区的条件是什么？,uGDUGS（off）,uGDUGS（off）,综上分析可知,沟道中只有一种类型的多数载流子参
4、与导电， 所以场效应管也称为单极型三极管。,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。,# 为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？,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有正常放大作用时，沟道处于什么状态？,（2） JFET的特性曲线及参数,2. 转移特性,VP,1. 输出特性, 夹断电压VP (或VGS(off)：, 饱和漏极电流IDSS：, 低频跨导gm：,或,漏极电流约为零时的VGS值 。,VGS=0时对应的漏极电流。,低频跨导反映了vGS对iD的控制作用。gm可以在转移特性
5、曲线上求得，单位是mS(毫西门子)。, 输出电阻rd：, 直流输入电阻RGS：,对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107。,MOS场效应管,增强型MOS场效应管,耗尽型MOS场效应管,MOS场效应管分类,MOS场效应管,N沟道增强型的MOS管,P沟道增强型的MOS管,N沟道耗尽型的MOS管,P沟道耗尽型的MOS管, N沟道增强型MOS场效应管结构,增强型MOS场效应管,漏极D集电极C,源极S发射极E,栅极G基极B,衬底B,电极金属 绝缘层氧化物 基体半导体 因此称之为MOS管,当UGS较小时，虽然在P型衬底表面形成一层耗尽层，但负离子不能导电。 当UGS=UT时, 在P型衬底表面形成一层
6、电子层，形成N型导电沟道，在UDS的作用下形成ID。, N沟道增强型MOS场效应管工作原理,增强型MOS管,-,-,-,-,当UGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的PN结，无论UDS之间加上电压不会在D、S间形成电流ID,即ID0.,当UGSUT时, 沟道加厚，沟道电阻减少，在相同UDS的作用下，ID将进一步增加,开始无导电沟道， 当在UGSUT时才形 成沟道,这种类型的管 子称为增强型MOS管,增强型MOS管uDS对iD的影响,用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。N沟道增强型MOS管工作在恒流区的条件是什么？,iD随uDS的增大而增大，可变电阻区,uGDUGS（th）,预夹断,iD
7、几乎仅仅受控于uGS，恒流区,刚出现夹断,uGS的增大几乎全部用来克服夹断区的电阻,耗尽型MOS管,耗尽型MOS管在 uGS0、 uGS 0、 uGS 0时均可导通，且与结型场效应管不同，由于SiO2绝缘层的存在，在uGS0时仍保持g-s间电阻非常大的特点。,加正离子,小到一定值才夹断,uGS=0时就存在导电沟道, N沟道增强型MOS场效应管特性曲线,增强型MOS管,UGS一定时， ID与UDS的变化曲线，是一族曲线 ID=f(UDS)UGS=C,输出特性曲线,1.可变电阻区： ID与UDS的关系近线性 ID 2K(UGS-UT)UDS,当UGS变化时，RON将随之变化 因此称之为可变电阻区
8、当UGS一定时，RON近似为一常数 因此又称之为恒阻区, N沟道增强型MOS场效应管特性曲线,增强型MOS管,输出特性曲线,2. 恒流区： 该区内，UGS一定，ID基本不随UDS变化而变,3.击穿区： UDS 增加到某一值时，ID开始剧增而出现击穿。 当UDS 增加到某一临界值时，ID开始剧增时UDS称为漏源击穿电压。,MOS管的特性,1)增强型MOS管,2)耗尽型MOS管,开启电压,夹断电压,3. 场效应管的分类工作在恒流区时g-s、d-s间的电压极性,uGS=0可工作在恒流区的场效应管有哪几种？ uGS0才工作在恒流区的场效应管有哪几种？ uGS0才工作在恒流区的场效应管有哪几种？,场效应
9、管放大电路, 直流偏置电路, 静态工作点, FET小信号模型, 动态指标分析, 三种基本放大电路的性能比较,（1） FET的直流偏置及静态分析,（2） FET放大电路的小信号模型分析法,(1)静态工作点的设置方法 1. 基本共源放大电路,根据场效应管工作在恒流区的条件，在g-s、d-s间加极性合适的电源,2. 自给偏压电路,由正电源获得负偏压 称为自给偏压,3. 分压式偏置电路,为什么加Rg3?其数值应大些小些？,即典型的Q点稳定电路,近似分析时可认为其为无穷大！,根据iD的表达式或转移特性可求得gm。,与晶体管的h参数等效模型类比：,基本共源放大电路的动态分析,若Rd=3k， Rg=5k，
10、gm=2mS，则 与共射电路比较。,基本共漏放大电路的动态分析,若Rs=3k，gm=2mS，则,基本共漏放大电路输出电阻的分析,若Rs=3k，gm=2mS，则Ro=?,3. 三种基本放大电路的性能比较,组态对应关系：,CE,BJT,FET,CS,CC,CD,CB,CG,BJT,FET,CE：,CC：,CB：,CS：,CD：,CG：,3. 三种基本放大电路的性能比较,CE：,CC：,CB：,CS：,CD：,CG：,CE：,CC：,CB：,CS：,CD：,CG：,小 结,结型有N沟道和P沟道两种， N沟道在UGS0下工作,绝缘栅场效应管有N沟道增强型、 N沟道耗尽型、 P沟道增强型、P沟道耗尽型四种类型。增强型不存在原始导电沟道，UGS只在单一极性或正或负工作；而耗尽型存在原始沟道，UGS可正可负。,2. 场效应管是单极型电压控制器件，具有输入电阻高，一 般可达109。,小 结,3. 场效应管放大电路主要有共源、共栅和共漏三种基本组态放大器。 静态偏置电路主要有自给偏置电路和外置偏置电路两种。自给偏置电路适用于结型和耗尽型场效应管。而对增强型场效应管只能采用外置偏置电路。 静态分析可采用计算法和图解法 动态分析与三极管基本相似，主要采用微变等效电路法进行分析。,
