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1、模拟电子技术基础 Fundamentals of Analog Electronic,第五章 场效应管及其放大电路,第五章 场效应管及其放大电路,5.1 场效应管,5.2 场效应管基本放大电路,5.1 场效应管,一、结型场效应管,二、绝缘栅型场效应管,三、场效应管的分类,只有一种载流子参与导电，且利用电场效应来控制电流的三极管，称为场效应管，也称单极型三极管。,场效应管分类,结型场效应管,绝缘栅场效应管,特点,单极型器件(一种载流子导电)；,输入电阻高；,工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低。,绝缘栅型场效应管（MOSFET）,由金属、氧化物和半导体制成。称为金属-氧化物-半导体场效应管，
2、或简称 MOS 场效应管。,特点：输入电阻可达 109 以上。,类型,N 沟道,P 沟道,增强型,耗尽型,增强型,耗尽型,uGS = 0 时漏源间存在导电沟道称耗尽型场效应管；,uGS = 0 时漏源间不存在导电沟道称增强型场效应管。,一、N 沟道增强型 MOS 场效应管,1. 结构和符号,B,g,s,d,源极 s,漏极 d,衬底引线 B,栅极 g,2. 特性曲线,(a)转移特性,(b)漏极特性,uGS UGS(th) ，iD = 0；,uGS UGS(th)，形成导电沟道，随着 uGS 的增加，iD 逐渐增大。,(uGS UGS(th) ),三个区：可变电阻区、恒流区、截止区。,二、N 沟道
3、耗尽型 MOS 场效应管,0,uGS,沟道变窄，iD 减小,=0,漏源间存在导电沟道 ，iD,0,沟道加宽，iD 增大,即使 uGS = 0 ，漏源间也会形成导电沟道。,N 沟道耗尽型 MOS 管特性,工作条件： uDS 0； uGS 正、负、零均可。,uGS = UGS(off) , 感应电荷被“耗尽”，漏源间失去导电沟道，iD 0。,UGS(off)称为夹断电压,IDSS称为饱和漏极电流,场效应管的主要参数,一、直流参数,饱和漏极电流 IDSS,2. 夹断电压 UGS（off）,3. 开启电压 UGS(th),4. 直流输入电阻 RGS,为耗尽型场效应管的一个重要参数。,为增强型场效应管的
4、一个重要参数。,为耗尽型场效应管的一个重要参数。,输入电阻很高。结型场效应管一般在 107 以上，绝缘栅场效应管更高，一般大于 109 。,二、交流参数,1. 低频跨导 gm,2. 极间电容,用以描述栅源之间的电压 uGS 对漏极电流 iD 的控制作用。,单位：iD 毫安(mA)；uGS 伏(V)；gm 毫西门子(mS),这是场效应管三个电极之间的等效电容，包括 CGS、CGD、CDS。 极间电容愈小，则管子的高频性能愈好。一般为几个皮法。,三、极限参数,1. 漏极最大允许耗散功率 PDM,2. 漏源击穿电压 U(BR)DS,3. 栅源击穿电压U(BR)GS,由场效应管允许的温升决定。漏极耗散
5、功率转化为热能使管子的温度升高。,当漏极电流 iD 急剧上升产生雪崩击穿时的 uDS 。,场效应管工作时，栅源间 PN 结处于反偏状态，若uGS U(BR)GS ，PN 将被击穿，这种击穿与电容击穿的情况类似，属于破坏性击穿。,各类场效应管的符号和特性曲线,两种半导体放大器件比较,双极型半导体三极管(晶体三极管 BJT),单极型半导体三极管(场效应管 FET),两种载流子导电：双极性器件,多数载流子导电：单极性器件,内因：发射区高参杂、 基区薄、集电区面积大,外因：发射结正偏、集电结反偏,一、放大条件,BJT,栅源电压改变沟道宽度从而控制漏极电流,FET,二、电极相对应： 场效应管的s、g、d
6、电极其功能与晶体管的e、b、c相对应。,三、 控制作用,BJT：基极电流控制集电极电流并实现放大,iC = iB,电流控制器件,FET：栅源之间的电压控制漏极电流并实现放大,iD = gm uGS,电压控制器件,场效应管栅极基本不取电流，而晶体管基极总要取一定的电流，所以在只允许从信号源取极小量电流时，应选用场效应管，而在允许取一定量电流时，选用晶体管进行放大可以得到比场效应管较高的电压放大倍数。,四、温度稳定性,BJT：差,FET：好,BJT：利用多子和少子导电 FET：利用多子导电 在环境变化比较剧烈的情况下，采用场效应管比较合适。,五、场效应管的漏源极可以互换，耗尽型绝缘栅管的栅 极电压
7、可正可负，灵活性比晶体管好。,六、噪声,BJT：大,FET：小,七、集成度：FET高,八、输入电阻,BJT：小,FET：大,5.2 场效应管基本放大电路,一、场效应管静态工作点的设置方法,二、场效应管放大电路的动态分析,三、场效应管放大电路的频率响应,一、场效应管静态工作点的设置方法,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,1. 基本共源放大电路,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,即典型的Q点稳定电路,二、场效应管放大电路的动态分析 (N沟道增强型MOS管),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
8、。,与晶体管的h参数等效模型类比：,1. 场效应管的交流等效模型,用求导的方法计算 gm,在 Q 点附近，可用 IDQ 表示上式中 iD，则,一般 gm 约为 0.1 至 20 mS。 rDS 为几百千欧的数量级。当 Rd 比 rDS 小得多时，可认为等效电路的 rDS 开路。,2. 基本共源放大电路的动态分析,3. 基本共漏放大电路的动态分析,基本共漏放大电路输出电阻的分析,求解场效应管放大电路的步骤(归纳),1. 首先利用图解法或近似估算法确定放大电路的静态工作点 Q ， 2. 求出静态工作点处的微变等效电路参数。 3. 画出放大电路的微变等效电路。 4. 列出电路方程并求解动态性能指标。,
