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1、Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术5 场效应管放大电路Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术 教 学 要 求1、理解场效应管的结构特点2、理解场效应管的工作原理3、掌握场效应管的特性与工作状态4、理解场效应管的模型5、掌握场效应管放大电路的分析方法Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术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 ）FET 场效应管JFET 结型MOSFET绝缘栅型(IGFET)分类 ：场效应管是一种利用电场效应(电压)来 控制其导通电流大小的
2、半导体器件。场 效 应 管Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术场效应管不仅体积小、重量轻、耗电 省、寿命长，而且还有输入阻抗高、噪声 低、温度稳定性好、抗辐射能力强、制造 工艺简单等特点。场 效 应 管场效应管与双极型晶体管不同，它是 电压控制型器件，只依靠一种载流子导电 （电子或空穴），又称单极型晶体管。Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术5.3 结型场效应管(JFET)5 场效应管放大电路Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术N基底 ：N型半导体PP两边是P+区G(栅
3、极)S源极D漏极结型场效应管（JFET ）导电沟道Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术NPPG(栅极)S源极D漏极N沟道结型场效应管DGSDGSJFET管的类型和符号Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术PNNG(栅极)S源极D漏极P沟道结型场效应管DGSDGSJFET管的类型和符号Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术UGSN沟道结型管的工作原理N GSDUDSNNPPPN结反偏 ，UGS越负 则耗尽区越 宽，导电沟 道越窄。Tan YuehengDepartment o
4、f P.&E.I.S模拟电子技术N GSDUDSNNPP当UGS较小时，耗 尽区宽度有限，存在 导电沟道。DS间相当 于线性电阻。UGS越大耗尽 区越宽，沟道越 窄，电阻越大。Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术N GSDUDSNNPPPPUGS达到一定值时 （夹断电压VP）,耗 尽区碰到一起，DS 间被夹断，漏极电 流ID=0。IDTan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术IDU DS0UGS=0V-1V-3V-4V -5VN沟道结型管的特性曲线输出特性曲线 ：Tan YuehengDepartment of P.
5、&E.I.S模拟电子技术IDU DS0UGS=0V-1V-3V-4V -5V三个工作区可变电 阻区截止区饱和 区 恒流 区 放大 区N沟道结型管的特性曲线Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术UGS0IDIDSSVP夹断电压饱和漏极电流N沟道结型管的特性曲线转移特性曲线：Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术VPN沟道结型管的特性曲线输出特性曲线到转移特性曲线的转换：Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术P沟道结型场效应管P GSDUDSUGSNNNNIDTan Yuehen
6、gDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术UGS0IDIDSSVP饱和漏极电流夹断电压P沟道结型场效应管转移特性曲线：Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术ID U DS2VUGS=0V1V3V4V5V可变电阻区夹断区恒流区0P沟道结型场效应管输出特性曲线：Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术或 夹断电压VP ： 漏极电流约为零时的VGS值 。 饱和漏极电流IDSS ：VGS=0时对应的漏极电流 。gm可以在转移特性曲线上求得:主 要 参 数 低频跨导gm：反映vGS对iD的控制作用。Tan Yu
7、ehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术 最大漏极功耗PDM 最大漏源电压V(BR)DS 最大栅源电压V(BR)GS 输出电阻rd ：主 要 参 数 直流输入电阻RGS：RGS约大于107Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术习题： P251 5.3.35.3.5课 外 作 业Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术5.1 MOS场效应管5 场效应管放大电路Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术MOS管与JFET的导电机制和电流控制原 理不同：JFET
8、利用耗尽层的宽度改变导电沟道的 宽度来控制ID,MOSFET是利用半导体表面的电场效应， 由感应电荷的多少改变导电沟道来控制电 流。MOS 场 效 应 管Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术PNNGSDP型Si衬底 电阻率较高两个N+区 ，高掺杂N沟道MOS场效应管Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术PNNGSD半导体铝SiO2绝缘层N沟道MOS场效应管Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect TransistorTan YuehengDepartment of P.&E.I
9、.S模拟电子技术PNNGSDUDDUGSMOS管利用G、S极电压的大小，改变半导体 表面感生电荷的多少，来控制D极电流的大小 。N沟道MOS场效应管Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术UGS=0时 ID=0对应截止区D、S间电阻很大，没有形成导电沟道，ID=0PNNGSDUDDUGSD-S间相当 于两个反接 的PN结N沟道MOS场效应管Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术PNNGSDUDDUGSUGS0时感应出电子当VGS0，G、P间是 以SiO2为介质的平板 电容C电场E排斥 P型Si中的多子从而 在表面留下
10、带负电的 离子组成的耗尽层， 同时吸引少子到衬底 表面。N沟道MOS场效应管Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术PNNGSDUDDUGSUGS0时感应出电子UGS足够大时, 感应出足够多的 电子在衬底表面 形成N型薄层,称 为反型层，将两 个N+区相连通， 从而形成N型的 导电沟道。N沟道MOS场效应管Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术PNNGSDUDDUGSUGS越大, 感应 电子越多，导电 沟道越厚，电阻 越小。在VDD作用下将有ID产生，一般在漏源电压作 用下开始导电时的栅源电压叫做开启电压。N沟道MO
11、S场效应管Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术GSD增强型PNNGSDN沟道增强型MOS管的符号Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术0IDUGSVT转移特性曲线N沟道增强型MOS管的特性曲线Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术PNNGSD予埋了导 电沟道 N沟道耗尽型MOS管的符号GSD耗尽型Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术结构与增强型相同， 只是绝缘层SiO2中掺有 大量的正离子。这样， 当VGS=0时,在正离子的 作用下
12、，P型衬底上感 应出较多的电子,形成N 沟道。N沟道耗尽型MOS管的工作原理Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术当VGS0时，PN结 虽处于正向偏置， 但绝缘层的存在不 会产生正向电流， 而是在沟道中感应 出更多的负电荷， 在VDS作用下ID更大 。N沟道耗尽型MOS管的工作原理Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术 N沟道耗尽型MOS管的工作原理当VGS0时,沟道中感 应电荷，从而在VDS 作用下，iD；当VGS 小到一定值时（负值 ），反型层消失，D- S间失去导电沟道。此 时的VGS=VP（与JFET类 似
13、，故为耗尽型）。Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电 沟道，加反向电压才能夹断。0IDUGS VP转移特性曲线N沟道耗尽型MOS管的特性曲线Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术P耗尽型NPPGSDGSD予埋导电沟道 P沟道耗尽型MOS管的符号GSDP增强型Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术MOS管的主要参数MOS管的主要参数与JFET基本相同。只 是在增强型中不用夹断电压VP，而用开启 电压VT，而耗尽型用夹断电压VP。参见P208
14、_209Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术绝 缘 栅 场 效 应 管N 沟 道 增 强 型P 沟 道 增 强 型MOS管的比较Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术绝 缘 栅 场 效 应 管N 沟 道 耗 尽 型P 沟 道 耗 尽 型MOS管的比较Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术 场效应管的符号比较Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术习题： P249 5.1.15.1.2课 外 作 业Tan YuehengDepartmen
15、t of P.&E.I.S模拟电子技术5.2 场效应管放大电路5 场效应管放大电路Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术 直 流 偏 置 电 路（1）自偏压电路vGS = -IDR自偏压不适用 于增强型MOSFETTan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术（1）自偏压电路vGS = VDS =已知VP ，由VDD- ID (Rd + R )-IDR可解出VGS 、ID 、VDS Q点直 流 偏 置 电 路Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术（2）分压式自偏压电路直 流 偏 置
16、电 路Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术（1）FET小信号低频模型FET放大电路的小信号模型Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术（1）FET小信号低频模型FET放大电路的小信号模型Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术 FET放大电路的小信号模型（2）FET小信号高频模型Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术 共源放大器小信号等效电路Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术电压增益：则动 态 指 标 分 析Tan YuehengDepartment of P.&E.I.S模拟电子技术 动 态 指 标 分 析输入电
