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1、第3章 场效应晶体管及其放大电路,3.1 场效应晶体管 3.2 场效应晶体管放大电路 3.3 多级放大电路,场效应管（Field Effect Transistor，简称FET）,本章教学要求 了解场效应晶体管的结构、工作原理，掌握场效应晶体管的外特性及主要参数； 掌握场效应晶体管的共源、共漏极放大电路分析方法； 理解多级放大器的级联方式及其特点，掌握多级放大器的放大倍数、输入电阻、输出电阻的计算方法。,1.结型场效应晶体管的结构和符号,a)N沟道结构示意图 b)N沟道图形符号 c)P沟道结构示意图 d)P沟道图形符号,3.1 场效应晶体管,3.1.1 结型场效应晶体管,G: 栅极 S: 源极
2、 D: 漏极,2.结型场效应晶体管的工作原理,N沟道结型场效应晶体 管直流偏置电路,加压原则： 在栅源极之间加电压，使栅-源极间的PN结反偏，栅极电流iG0 。 在漏-源极之间加电压，使沟道中的多数载流子在电场作用下由源极向漏极作定向移动，形成漏极电流iD。,(1)当uDS0V时，uGS对导电沟道的控制作用,a）uGS=0V b）UGS(off)uGS0V c）uGSUGS(off),UGS(off)：夹断电压,(2)当UGS(off)uGS0V时，uDS对漏极电流iD的影响,a）uGS-uDS UGS(off) b）uGS-uDS= UGS(off) c）uGS-uDSUGS(off),小结
3、： 1)结型场效应晶体管栅极与沟道之间的PN结是反向偏置，因此，栅极电流 iG0，输入阻抗很高。 2)漏极电流iD受栅-源电压uGS控制，所以场效应晶体管是电压控制电流型器件。 3)预夹断前，即uDS较小时，iD与uDS间基本呈线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。,(1)输出特性曲线,1)可变电阻区 2)恒流区(饱和区、放大区) 3)击穿区 4)截止区(夹断区),3.结型场效应晶体管的特性曲线,(2)转移特性曲线,a)转移特性曲线 b)输出特性曲线,iDIDSS,（UGS(off)uGS0）,(1)结构,a)N沟道增强型MOS管结构示意图 b)N沟道增强型MOS管符号 c)P沟道增强型MOS管符
4、号,3.1.2 绝缘栅型场效应晶体管,1.N沟道增强型MOS管,（2）增强型FET加压原则： 在栅源极之间加电压，使沟道开启 在漏-源极之间加电压，使沟道中的多数载流子在电场作用下由源极向漏极作定向移动，形成漏极电流iD。,1)uGS对iD及沟道的控制作用。,a)耗尽层的形成 b)导电沟道的形成,(3)工作原理,UGS(th)：开启电压，指开始形成沟道时的栅-源极电压。,2)uDS对iD及沟道的控制作用。,a）uDSuGS-UGS(th),(3)特性曲线,a)输出特性曲线 b)转移特性曲线,iDID0,2.N沟道耗尽型MOS管,a)N沟道耗尽型MOS管结构示意图 b)N沟道耗尽型MOS管图形符
5、号 c)P沟道耗尽型MOS管图形符号,N沟道耗尽型MOS的特性曲线,1.直流参数,(1)夹断电压UGS(off)：当uDS为某一固定值，使iD等于某一微小电流，栅-源极间所加的电压即为夹断电压。 (2)开启电压UGS(th)：当uDS为某一固定值时，使iD大于零所需的最小|uGS|值 (3)饱和漏极电流IDSS：在uGS=0的条件下，场效应管发生预夹断时的漏极电流。IDSS是结型场效管管子所能输出的最大电流。 (4)直流输入电阻RGS：它是在漏-源极间短路的条件下，栅-源极间加一定电压时栅-源极间的直流电阻。JFET的RGS一般大于 ，而MOS管的大于 ,3.1.3 场效应晶体管的主要电参数及
6、特点,2.交流参数,(1)低频跨导gm (2)输出电阻rd：在恒流区内，iD几乎不随uDS而变化，因此，rd数值很大，一般为几十千欧几百千欧。 (3)极间电容CGS、CGD、CDS,3.极限参数,(1)最大漏极电流IDM (2)最大漏-源电压U(BR)DS (3)最大栅-源电压U(BR)GS (4)漏极最大耗散功率PDM,例3-1 在图b所示电路中，场效应晶体管的输出特性曲线如图a所示，RD5k。试分析ui为0V、8V和10V三种情况下，uo分别为多少？,解 (1)当uGSui0V时，管子处于夹断状态，因而iD0。而uoVDD15V。 (2)当uGSuI8V时，从输出特性曲线可知，管子工作在恒
7、流区，iD1mA， 所以uOuDSVDDiDRD10V。 (3)当uGSuI10V时，假设管子工作在恒流区，则iD约为2.2mA，因而uO uDSVDDiDRD15V2.2mA5k4V。 但是，此时uDSuGSUGS(th)6V，说明管子已不工作在恒流区，而是工 作在可变电阻区。从输出特性曲线可得uGS10V时漏源间的等效电阻约 为 因而,3.2 场效应晶体管放大电路,1.直流偏置电路,(a)自给偏压电路 (b)分压式偏置电路,3.2.1 直流偏置电路及其静态分析,2.静态工作点的确定,对图a:,对图b：,3.2.2 场效应晶体管的微变等效电路,a)微变等效电路 b)简化微变等效电路 c)高频
8、模型,3.2.3 场效应晶体管的三种基本放大电路,1.共源极放大电路,共源极放大电路分析,结论： 具有电压放大能力 输出电压与输入电压反相 输入电阻Ri很大,2.共漏极放大电路,求共漏极电路的输出电阻：,结论： 没有电压放大能力 输出电压与输入电压同相 输入电阻高 输出电阻低 又称源极输出器、源极电压跟随器,3.共栅极放大电路,结论： 由于共栅极电路失去了场效应管电路高输入电阻的特点，所以极少使用。,3.3.1 多级放大电路的组成及耦合方式,3.3 多级放大电路,1.多级放大电路的组成,2.多级放大电路的耦合方式,(1) 阻容耦合 (2) 直接耦合 (3) 变压器耦合,(1) 阻容耦合,阻容耦
9、合两级放大电路,(2) 变压器耦合,变压器耦合多级放大电路,(3) 直接耦合,直接耦合两级放大电路,3.3.2 多级放大器技术指标的计算,1.电压放大倍数： 2.输入电阻： 3.输出电阻： 4.带宽:,例3-5 在图3-20所示电路中，设静态工作点合适，其中各电容器的电容量均足够大，场效应晶体管和晶体管的gm、rbe已知。试求该放大电路的 、Ri和Ro的值。,解 画出该电路的微变等效电路,RiRG3+RG1/RG2,RoRC,例：电路如图所示，试求放大倍数、输入电阻和输出电阻。已知T1管gm0.8mA/V，T2管rbe=1.2k，=100 。,例：请用三极管（=100，=300，UBEQ=0.
10、7V）设计一个两级放大电路，要求输入电阻Ri2k，输出电阻Ro100，并且当ui=0.1sintV，要求输出电压uo=sintV，已知电源电压VCC=15V，负载电阻RL=100。要求说明各级电路设计过程，并给出完整的电路图。,本章小结 1. 场效应管有结型和绝缘栅型两种类型，它们都有N沟道和P沟道两类。绝缘栅型场效应管又分为增强型和耗尽型。结型场效应管只有耗尽型。 2. 场效应管是电压控制型器件，而半导体三极管是电流控制型器件，区别在于场效应管是通过栅-源电压uGS控制漏极电流iD，体现这种控制作用的是跨导gm。 3. 场效应管可以工作于三种状态：可变电阻区、恒流区和截止区。 4. 场效应管
11、正常工作时栅极几乎没有电流通过，故输入电阻很大，适合作为多级放大电路的输入级。 5. 场效应管的直流偏置方式有自给偏压式和分压偏置式两种，前者只适用于耗尽型FET。FET静态工作点的估算有图解法和公式估算法两种，常用估算法。 6场效应管有共源极放大电路、共漏极放大电路（源极输出器）和共栅极放大电路三种组态。共源极放大电路具有电压放大能力，输出电阻较高；共漏极放大电路没有电压放大能力，输出电阻低。这两种电路都具有很高的输入电阻。共栅极电路较少使用。 7.多级放大器的极间耦合方式有阻容耦合、直接耦合和变压器耦合三种方式。阻容耦合各级Q点独立，便于调试但不利于集成化；直接耦合Q点互相牵扯，不利于调试但利于集成化。多级放大器的放大倍数是各级放大倍数的成绩。,
