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1、下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第第第第3 3 3 3章章章章 放大电路基础放大电路基础放大电路基础放大电路基础 单极型三极管及其放大电路单极型三极管及其放大电路 单极型三极管又称场效应管，是利用电场效应来控制电流单极型三极管又称场效应管，是利用电场效应来控制电流的一种半导体器件，即是的一种半导体器件，即是电压控制元件电压控制元件电压控制元件电压控制元件。它的输出电流决定。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，所以它的的输入电阻高，且温度稳定性好。输入电阻高，且温度稳定性好。结型场效应管结型场
2、效应管结型场效应管结型场效应管按结构不同按结构不同场效应管有两种场效应管有两种: :绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管 按工作状态可分为：按工作状态可分为：增强型和耗尽型两类增强型和耗尽型两类增强型和耗尽型两类增强型和耗尽型两类每类每类又有又有N N沟道沟道沟道沟道和和P P沟道沟道沟道沟道之分之分下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第第第第3 3 3 3章章章章 放大电路基础放大电路基础放大电路基础放大电路基础一、结型场效应管一、结型场效应管一、结型场效应管一、结型场效应管DGS（b）符号）符号NP+P+D漏极漏极G栅极栅极S源极源极（a）
3、结构）结构图图2.2.8N沟道沟道结型场效应管结型场效应管结型场效应管结型场效应管动画下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第第第第3 3 3 3章章章章 放大电路基础放大电路基础放大电路基础放大电路基础RD结型场效应管工作原理结型场效应管工作原理结型场效应管工作结型场效应管工作时要求时要求PN结反向偏结反向偏置，因此，栅极电置，因此，栅极电位必须低于源极和位必须低于源极和漏极电位。漏极电位。图图2.2.9耗尽层耗尽层耗尽层耗尽层下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第第第第3 3 3 3章章章章 放大电路基础放大电路基础放大电路基础放大电路基础结型场效
4、应管工作原理结型场效应管工作原理NDGSVGGPP(b)DGSVGG(c)PPN沟道DGSP耗尽层(a)P当当G、S两极间电压两极间电压VGS改变时，沟道两侧耗尽层的宽度改变时，沟道两侧耗尽层的宽度也随着改变，由于沟道宽度的变化，导致沟道电阻值的也随着改变，由于沟道宽度的变化，导致沟道电阻值的改变，从而实现了利用电压改变，从而实现了利用电压VGS控制电流控制电流iD的目的。的目的。动画下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第第第第3 3 3 3章章章章 放大电路基础放大电路基础放大电路基础放大电路基础二、二、二、二、 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管
5、漏极漏极D 栅极和其它电栅极和其它电栅极和其它电栅极和其它电极及硅片之间是极及硅片之间是极及硅片之间是极及硅片之间是绝缘的，称绝缘绝缘的，称绝缘绝缘的，称绝缘绝缘的，称绝缘栅型场效应管。栅型场效应管。栅型场效应管。栅型场效应管。金属电极金属电极(1)(1) N N沟道增强型管的结构沟道增强型管的结构沟道增强型管的结构沟道增强型管的结构栅极栅极G源极源极S1. 1. 增强型绝缘栅场效应管增强型绝缘栅场效应管增强型绝缘栅场效应管增强型绝缘栅场效应管SiO2绝缘层绝缘层P P型硅衬底型硅衬底 高掺杂高掺杂N区区 ：以一块掺杂浓度较低的以一块掺杂浓度较低的以一块掺杂浓度较低的以一块掺杂浓度较低的P P
6、型硅型硅型硅型硅片作衬底，在衬底上面的左、右两侧利用扩散的方法形成两片作衬底，在衬底上面的左、右两侧利用扩散的方法形成两片作衬底，在衬底上面的左、右两侧利用扩散的方法形成两片作衬底，在衬底上面的左、右两侧利用扩散的方法形成两个高掺杂的个高掺杂的个高掺杂的个高掺杂的N N+ +区区区区并用金属铝引出两并用金属铝引出两并用金属铝引出两并用金属铝引出两个电极，作为源极个电极，作为源极个电极，作为源极个电极，作为源极S S和漏极和漏极和漏极和漏极D D B B下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第第第第3 3 3 3章章章章 放大电路基础放大电路基础放大电路基础放大电路基础GSD
7、符号：符号：符号：符号： 由于栅极是绝缘的，栅极电流几乎为零，输入电阻很高，由于栅极是绝缘的，栅极电流几乎为零，输入电阻很高，最高可达最高可达1014 。 由于金属由于金属栅极栅极和半导体之间的绝缘层目前常用二氧化硅，和半导体之间的绝缘层目前常用二氧化硅，故又称金属故又称金属- -氧化物氧化物- -半导体场效应管，简称半导体场效应管，简称MOS场效应管。场效应管。B B箭头方向：箭头方向：箭头方向：箭头方向：PNPN结加正结加正结加正结加正偏时的电流方向偏时的电流方向偏时的电流方向偏时的电流方向下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第第第第3 3 3 3章章章章 放大电路基
8、础放大电路基础放大电路基础放大电路基础(2) N(2) N沟道增强型管的沟道增强型管的沟道增强型管的沟道增强型管的工作原理工作原理工作原理工作原理EGP型硅衬底型硅衬底N+N+GSD+UGSED+ 由结构图可见由结构图可见，N+型漏区和型漏区和N+型源区之间被型源区之间被P型衬底隔开，漏极和源型衬底隔开，漏极和源极之间是两个背靠背的极之间是两个背靠背的PN结结。 当栅源电压当栅源电压UGS = 0 时时，不管漏，不管漏极和源极之间所加电压的极性如极和源极之间所加电压的极性如何，其中总有一个何，其中总有一个PN结是反向偏结是反向偏置的，反向电阻很高，置的，反向电阻很高，漏极电流漏极电流近似为零近
9、似为零。SD下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第第第第3 3 3 3章章章章 放大电路基础放大电路基础放大电路基础放大电路基础EGP型硅衬底型硅衬底N+N+GSD+UGSED+N型导电沟道型导电沟道反型层使漏极与源极之间成为反型层使漏极与源极之间成为一条由电子构成的导电沟道一条由电子构成的导电沟道（N沟道）沟道），当加上漏源电压，当加上漏源电压UDS之后，就会有电流之后，就会有电流ID流过流过沟道。通常将刚刚出现漏极电沟道。通常将刚刚出现漏极电流流ID时所对应的栅源电压称为时所对应的栅源电压称为开启电压开启电压，用，用UGS(th)表示。表示。当当UGS0时时，栅极与衬
10、底之间产生了一个垂直于半导体表面、，栅极与衬底之间产生了一个垂直于半导体表面、由栅极由栅极G指向衬底的电场。这个电场的作用是排斥指向衬底的电场。这个电场的作用是排斥P型衬底中的型衬底中的空穴而吸引电子到表面层，当空穴而吸引电子到表面层，当UGS增大到一定程度时，绝缘体增大到一定程度时，绝缘体和和P型衬底的交界面附近积累了较多的电子，形成了型衬底的交界面附近积累了较多的电子，形成了N型薄层，型薄层，称为称为N型反型层型反型层。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第第第第3 3 3 3章章章章 放大电路基础放大电路基础放大电路基础放大电路基础EGP型硅衬底型硅衬底N+N+GS
11、D+UGSED+N型导电沟道型导电沟道当当UGS UGS(th(th）后，场效应后，场效应管才形成导电沟道，开始导管才形成导电沟道，开始导通，通，若漏若漏源之间加上一定源之间加上一定的电压的电压UDS，则有漏极电流，则有漏极电流ID产生。在一定的产生。在一定的UDS下下漏极漏极电流电流ID的大小与栅源电压的大小与栅源电压UGS有关。所以，场效应管是一有关。所以，场效应管是一种电压控制电流的器件。种电压控制电流的器件。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第第第第3 3 3 3章章章章 放大电路基础放大电路基础放大电路基础放大电路基础（3）特性曲线）特性曲线常数常数=DSUG
12、SDUfi)(由转移特性曲线可由转移特性曲线可见，当见，当UGSUGS(th)时，时，导电沟道没有形成，导电沟道没有形成，ID=0。 当当UGSUGS(th)时，时，开始形成导电沟道，开始形成导电沟道，并随着并随着UGS的增大，的增大，导电沟道变宽，沟导电沟道变宽，沟道电阻变小，电流道电阻变小，电流ID增大。增大。 输入特性曲线输入特性曲线下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第第第第3 3 3 3章章章章 放大电路基础放大电路基础放大电路基础放大电路基础输出特性曲线输出特性曲线常数=GSUDSDUfi)(NNP 衬底SGD铝二氧化硅(SiO2)(衬底引线)B自由电子层自由
13、电子层自由电子层自由电子层RDUDDNNP衬底SGD铝二氧化硅(SiO2)(衬底引线)B预夹断预夹断预夹断预夹断RDUDD当当UGS 为常数且为常数且UDS UGS(th) ）UDS / V0iD / m A图2.2.5（a）NNP 衬底SGD铝二氧化硅(SiO2)(衬底引线)B自由电子层自由电子层自由电子层自由电子层RDUDD1.段 0 UDS 0时，垂直电场增强，时，垂直电场增强，导电沟道变宽，电流导电沟道变宽，电流ID增大。增大。 当当UGS0时，垂直电场减弱，导时，垂直电场减弱，导电沟道变窄，电流电沟道变窄，电流ID减小。减小。 当当UGS=U GS(off)时，导电沟道全时，导电沟道
14、全夹断，夹断，ID=0。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第第第第3 3 3 3章章章章 放大电路基础放大电路基础放大电路基础放大电路基础耗尽型输出特性曲线耗尽型输出特性曲线图2.2.7(a)输出特性曲线输出特性曲线UDS / V8121602468UGS 0恒流区410122 V1 V2610141 V2 V可变电阻 区ID / mA下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第第第第3 3 3 3章章章章 放大电路基础放大电路基础放大电路基础放大电路基础耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型GSDGSD增强型增强型增强型增强型N沟道沟道P P沟道沟道沟道沟道GSDG
15、SDN N沟道沟道沟道沟道P沟道沟道GG、S S之间加一定之间加一定之间加一定之间加一定电压才形成导电沟道电压才形成导电沟道电压才形成导电沟道电压才形成导电沟道在制造时就具有在制造时就具有在制造时就具有在制造时就具有原始原始原始原始导电沟道导电沟道导电沟道导电沟道下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第第第第3 3 3 3章章章章 放大电路基础放大电路基础放大电路基础放大电路基础 场效应管的主要参数场效应管的主要参数场效应管的主要参数场效应管的主要参数(1) (1) 开启电压开启电压开启电压开启电压 U UGS(th)GS(th)：是增强型是增强型是增强型是增强型MOSMO
16、S管的参数管的参数管的参数管的参数(2) (2) 夹断电压夹断电压夹断电压夹断电压 U UGS(off)GS(off)：(3) (3) 饱和漏电流饱和漏电流饱和漏电流饱和漏电流 I IDSSDSS：是结型和耗尽型是结型和耗尽型是结型和耗尽型是结型和耗尽型MOSMOS管的参数管的参数管的参数管的参数(4) (4) 低频跨导低频跨导低频跨导低频跨导 g gmm：表示栅源电压对漏极电流的控制能力表示栅源电压对漏极电流的控制能力表示栅源电压对漏极电流的控制能力表示栅源电压对漏极电流的控制能力极限参数：极限参数：极限参数：极限参数：最大漏极电流、耗散功率、击穿电压。最大漏极电流、耗散功率、击穿电压。最大
17、漏极电流、耗散功率、击穿电压。最大漏极电流、耗散功率、击穿电压。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第第第第3 3 3 3章章章章 放大电路基础放大电路基础放大电路基础放大电路基础 场效应管与晶体管的比较场效应管与晶体管的比较 电流控制电流控制电流控制电流控制 电压控制电压控制电压控制电压控制 控制方式控制方式控制方式控制方式电子和空穴两种载电子和空穴两种载电子和空穴两种载电子和空穴两种载流子同时参与导电流子同时参与导电流子同时参与导电流子同时参与导电载流子载流子载流子载流子电子或空穴中一种电子或空穴中一种电子或空穴中一种电子或空穴中一种载流子参与导电载流子参与导电载流子
18、参与导电载流子参与导电类类类类 型型型型 NPNNPN和和和和PNP NPNP N沟道和沟道和沟道和沟道和P P沟道沟道沟道沟道放大参数放大参数放大参数放大参数 r rcece很高很高很高很高 r rdsds很高很高很高很高 输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻输入电阻输入电阻输入电阻输入电阻较低较低较低较低较高较高较高较高 双极型三极管双极型三极管双极型三极管双极型三极管 单极型场效应管单极型场效应管单极型场效应管单极型场效应管热稳定性热稳定性热稳定性热稳定性 差差差差 好好好好制造工艺制造工艺制造工艺制造工艺 较复杂较复杂较复杂较复杂 简单，成本低简单，成本低简单，成本低简单，成本低对应电极对
19、应电极 BEC GSD下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第第第第3 3 3 3章章章章 放大电路基础放大电路基础放大电路基础放大电路基础使用使用MOSFETMOSFET中的注意事项中的注意事项1.结构上漏极和源极可以互换，前提是衬底有引线引出。结构上漏极和源极可以互换，前提是衬底有引线引出。2.原理上原理上MOSFET是绝缘栅输入结构，没有电荷的泄放是绝缘栅输入结构，没有电荷的泄放通道，极易造成静电击穿。存取时尤须注意。通道，极易造成静电击穿。存取时尤须注意。3.MOSFET在焊接时，静电击穿的危险更大。所以无论在焊接时，静电击穿的危险更大。所以无论器件内部是否有静电保
20、护，均须接地良好焊接或断电后器件内部是否有静电保护，均须接地良好焊接或断电后余热焊接。余热焊接。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第第第第3 3 3 3章章章章 放大电路基础放大电路基础放大电路基础放大电路基础三、三、场效应管放大电路场效应管放大电路 场效应晶体管具有输入电阻高、噪声低等优点，常用于场效应晶体管具有输入电阻高、噪声低等优点，常用于场效应晶体管具有输入电阻高、噪声低等优点，常用于场效应晶体管具有输入电阻高、噪声低等优点，常用于多级放大电路的输入级以及要求噪声低的放大电路。多级放大电路的输入级以及要求噪声低的放大电路。多级放大电路的输入级以及要求噪声低的放大
21、电路。多级放大电路的输入级以及要求噪声低的放大电路。 场效应管的源极、漏极、栅极相当于双极型晶体管的发场效应管的源极、漏极、栅极相当于双极型晶体管的发场效应管的源极、漏极、栅极相当于双极型晶体管的发场效应管的源极、漏极、栅极相当于双极型晶体管的发射极、集电极、基极。射极、集电极、基极。射极、集电极、基极。射极、集电极、基极。 场效应管的共源极放大电路和源极输出器与双极型晶体管场效应管的共源极放大电路和源极输出器与双极型晶体管场效应管的共源极放大电路和源极输出器与双极型晶体管场效应管的共源极放大电路和源极输出器与双极型晶体管的共发射极放大电路和射极输出器在结构上也相类似。的共发射极放大电路和射极
22、输出器在结构上也相类似。的共发射极放大电路和射极输出器在结构上也相类似。的共发射极放大电路和射极输出器在结构上也相类似。 场效应管放大电路的分析与双极型晶体管放大电路一样，场效应管放大电路的分析与双极型晶体管放大电路一样，场效应管放大电路的分析与双极型晶体管放大电路一样，场效应管放大电路的分析与双极型晶体管放大电路一样，包括静态分析和动态分析。包括静态分析和动态分析。包括静态分析和动态分析。包括静态分析和动态分析。 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第第第第3 3 3 3章章章章 放大电路基础放大电路基础放大电路基础放大电路基础1.1.1.1.自给偏压式偏置电路自给偏压
23、式偏置电路自给偏压式偏置电路自给偏压式偏置电路 栅源电压栅源电压栅源电压栅源电压U UGSGS是由场效应管自身的电流提供的，故称自是由场效应管自身的电流提供的，故称自是由场效应管自身的电流提供的，故称自是由场效应管自身的电流提供的，故称自给偏压。给偏压。给偏压。给偏压。U UGSGS = R= RS SI IS S = R= RS SI ID D+ +U UDDDD R RS SC CS SC C2 2C C1 1R RD DR RGG+ +T T+ +_ _ _ _+ +_ _ _ _u ui iu uo oI IS S + +_ _ _ _U UGSGST T为为为为N N沟道耗尽型场效应
24、管沟道耗尽型场效应管沟道耗尽型场效应管沟道耗尽型场效应管 增强型增强型增强型增强型MOSMOS管因管因管因管因U UGSGS=0=0时，时，时，时， I ID D 0 0，故不能采用自给偏故不能采用自给偏故不能采用自给偏故不能采用自给偏压式电路。压式电路。压式电路。压式电路。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第第第第3 3 3 3章章章章 放大电路基础放大电路基础放大电路基础放大电路基础2. 2. 分压式偏置电路分析分压式偏置电路分析分压式偏置电路分析分压式偏置电路分析(1)(1) 静态分析静态分析静态分析静态分析+ + + +U UDDDD R RS SC CS SC
25、 C2 2C C1 1R RG1G1R RD DR RG2G2R RGG+ + + R RL Lui iuo o估算法：估算法：估算法：估算法：列出静态时的关系式列出静态时的关系式列出静态时的关系式列出静态时的关系式流过流过流过流过 R RG G 的电流为零的电流为零的电流为零的电流为零下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第第第第3 3 3 3章章章章 放大电路基础放大电路基础放大电路基础放大电路基础可视为开路可视为开路场效应管电路小信号等效电路场效应管电路小信号等效电路uceiDgmugsugse(d )rgsrds(2) (2) 动态分析动态分析动态分析动态分析下一页
26、下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第第第第3 3 3 3章章章章 放大电路基础放大电路基础放大电路基础放大电路基础电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数RG1RDRG2RG+RL+SDGT交流通路交流通路交流通路交流通路输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻 R RGG是为了提是为了提是为了提是为了提高输入电阻高输入电阻高输入电阻高输入电阻r ri i而设置的。而设置的。而设置的。而设置的。+ + + +U UDDDD R RS SC CS SC C2 2C C1 1R RG1G1R RD DR RG2G2R RGG+ + + R RL Lui iuo o下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第第第第3 3 3 3章章章章 放大电路基础放大电路基础放大电路基础放大电路基础
