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1、 第四章第四章 晶体管及其小信号放大晶体管及其小信号放大 场效应管放大电路场效应管放大电路 电子电路基础1晶体管及其小信号放大器54 4 场效应晶体管及场效应管放大电路场效应晶体管及场效应管放大电路4.1 4.1 场效应晶体管场效应晶体管(FET)(FET)N N沟道沟道P P沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型N N沟道沟道P P沟道沟道N N沟道沟道P P沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）FETFET场效应管场效应管JFETJFET结型结型MOSFETMOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)(IGFET)2晶体管及其小信号放大器5一、结构一、结构 4.1.1 4.1.1 结型场效应管结型场效应管
2、源极源极，用用S S或或s s表示表示N N型导电沟道型导电沟道漏极漏极，用用D D或或d d表示表示 P P型区型区P P型区型区栅极栅极，用用G G或或g g表示表示栅极栅极，用用G G或或g g表示表示符号符号符号符号3晶体管及其小信号放大器51 U1 UGSGS0, 0V0VI ID D越靠近漏极，越靠近漏极，PNPN结反压越大结反压越大, , 耗尽耗尽层越宽，导电沟层越宽，导电沟道越窄道越窄沟道中仍是电阻沟道中仍是电阻特性，但是是非特性，但是是非线性电阻。线性电阻。7晶体管及其小信号放大器5当当 U UDSDS=| =| V Vp p | |, , 发生预发生预夹断夹断, , I I
3、D D= I= IDssDssU UDSDS增大则被夹断增大则被夹断区向下延伸。区向下延伸。此时，此时，电流电流I ID D由未被夹断由未被夹断区域中的载流子形区域中的载流子形成，基本不随成，基本不随U UDSDS的增加而增加，呈的增加而增加，呈恒流特性。恒流特性。I ID D8晶体管及其小信号放大器53 U3 UGSGS0, 0V0VI ID DU UGDGD= U= UGSGS- U- UDSDS=U=UP P时发生预夹断时发生预夹断9晶体管及其小信号放大器5三、特性曲线和电流方程三、特性曲线和电流方程2. 转移特性转移特性 V VP P1. 输出特性输出特性 10晶体管及其小信号放大器5
4、 结型场效应管的缺点：结型场效应管的缺点：1. 1. 栅源极间的电阻虽然可达栅源极间的电阻虽然可达10107 7以上，但在以上，但在某些场合仍嫌不够高。某些场合仍嫌不够高。3. 3. 栅源极间的栅源极间的PNPN结加正向电压时，将出现结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。较大的栅极电流。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。2. 2. 在高温下，在高温下，PNPN结的反向电流增大，栅源结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。极间的电阻会显著下降。11晶体管及其小信号放大器5绝缘栅型场效应三极MOSFETMOSFET( Metal Oxide Semic
5、onductor FET)。分为 增强型 N沟道、P沟道 耗尽型 N沟道、P沟道 4.1.2 4.1.2 绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（MOS)MOS)12晶体管及其小信号放大器5一一 N N沟道增强型沟道增强型MOSFETMOSFET1 1 结构结构 13晶体管及其小信号放大器52 2 工作原理工作原理 (1) VGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的 二极管，在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。(2) VGS VGS（th)0时，形成导电沟道反反型型层层14晶体管及其小信号放大器5(3) V(3) VGSGS V VGSGS（th)th)00时时， V VD DS S00 VDS
6、=VDGVGS =VGDVGS VGD=VGSVDS V VGSGS（th)th)时发生预夹断时发生预夹断15晶体管及其小信号放大器53 3 N N沟道增强型沟道增强型MOSMOS管的特性曲线管的特性曲线转移特性曲线转移特性曲线 ID=f(VGS)VDS=const16晶体管及其小信号放大器5输出特性曲线输出特性曲线ID=f(VDS)VGS=const17晶体管及其小信号放大器5二二 N N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFETMOSFET (a) 结构示意图 (b) 转移特性曲线 18晶体管及其小信号放大器5输出特性曲线输出特性曲线I ID DU U DS DS0 0U UGSGS=0=0U UG
7、SGS00019晶体管及其小信号放大器5P P沟道沟道MOSFETMOSFET P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。20晶体管及其小信号放大器52.2.5 2.2.5 双极型和场效应型三极管的比较双极型和场效应型三极管的比较 双极型三极管 场效应三极管结构 NPN型 结型耗尽型 N沟道 P沟道 PNP型 绝缘栅增强型 N沟道 P沟道 绝缘栅耗尽型 N沟道 P沟道 C与E一般不可倒置使用 D与S有的型号可倒置使用载流子 多子扩散少子漂移 多子漂移输入量 电流输入 电压输入控制 电流控制
8、电流源CCCS() 电压控制电流源VCCS(gm)21晶体管及其小信号放大器5 4.1.4 4.1.4 场效应管的参数和型号场效应管的参数和型号一一 场效应管的参数场效应管的参数 开启电压VGS(th) (或VT) 开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值, 场效应管不能导通。 夹断电压VGS(off) (或VP) 夹断电压是耗尽型FET的参数，当VGS=VGS(off) 时,漏极电流为零。 饱和漏极电流IDSS 耗尽型场效应三极管, 当VGS=0时所对应的漏极电流22晶体管及其小信号放大器5 输入电阻RGS 场效应三极管的栅源输入电阻的典型值，对于结型场效应三极管，反偏时
9、RGS约大于107，对于绝缘栅型场效应三极管, RGS约是1091015。 低频跨导gm 低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用， 这一点与电子管的控制作用相似。gm可以在 转移特性曲线上求取，也可由电流方程求得23晶体管及其小信号放大器5 最大漏极功耗PDM 最大漏极功耗可由PDM= VDS ID决定，与双极型三极管的PCM相当。24晶体管及其小信号放大器5二二 场效应三极管的型号 场效应三极管的型号, 现行有两种命名方法。 其一是与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D是结型N
10、沟道场效应三极管，3DO6C是绝缘栅型N沟道场效应三极管。 第二种命名方法是CS#，CS代表场效应管，以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS14A、CS45G等。25晶体管及其小信号放大器5几种常用的场效应三极管的主要参数26晶体管及其小信号放大器5半导体三极管图片半导体三极管图片27晶体管及其小信号放大器5半导体三极管图片半导体三极管图片28晶体管及其小信号放大器54.2 4.2 场效应场效应 放大电路放大电路(1) (1) 静态：适当的静态工作点，使场效应管工作静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区，场效应管的偏置电路相对在恒流区，场效应管的偏置电路相对简
11、单。简单。 (2) (2) 动态：能为交流信号提供通路。动态：能为交流信号提供通路。组成原则：组成原则：静态分析：静态分析： 估算法、图解法。估算法、图解法。动态分析：动态分析： 微变等效电路法。微变等效电路法。分析方法：分析方法：29晶体管及其小信号放大器54.2.2 4.2.2 场效应管的直流偏置电路及静态分析场效应管的直流偏置电路及静态分析一一 自偏压电路自偏压电路vGSQ Q点：点：V VGS GS 、I ID D 、V VDSDSv vGS GS = =V VDS DS = =V VDDDD- - I ID D ( (R Rd d + + R R ) )- - i iD DR R30
12、晶体管及其小信号放大器5二二 分压式偏置电路分压式偏置电路31晶体管及其小信号放大器54.2.2 4.2.2 场效应管的低频小信号等效模型场效应管的低频小信号等效模型G GS SD D跨导跨导漏极输出电阻漏极输出电阻u uGSGSi iD Du uDSDS32晶体管及其小信号放大器5很大，很大，可忽略。可忽略。 场效应管的微变等效电路为：场效应管的微变等效电路为：G GS SD Du uGSGSi iD Du uDSDSS SG GD Du ugsgsg gmmu ugsgsu udsdsS SG GD Dr rDSDSu ugsgsg gmmu ugsgsu udsds33晶体管及其小信号放
13、大器54.2.3 4.2.3 共源极放大电路共源极放大电路u uo oU UDDDD=20V=20VR RS Su ui iC CS SC C2 2C C1 1R R1 1R RD DR RG GR R2 2R RL L150k150k50k50k1M1M10k10k10k10kG GD DS S10k10ks sg gR R2 2R R1 1R RG GR RL L d dR RL LR RD D微变等效电路微变等效电路34晶体管及其小信号放大器5s sg gR R2 2R R1 1R RG GR RL L d dR RL LR RD Dr ro o= =R RD D=10k=10k 35晶
14、体管及其小信号放大器54.2.4 4.2.4 共漏极放大电路共漏极放大电路 源极输出器源极输出器u uo o+ +U UDDDDR RS Su ui iC C1 1R R1 1R RG GR R2 2R RL L150k150k50k50k1M1M10k10kD DS SC C2 2G G36晶体管及其小信号放大器5u uo o+ +U UDDDDR RS Su ui iC C1 1R R1 1R RG GR R2 2R RL L150k150k50k50k1M1M10k10kD DS SC C2 2G Gr ri ir ro o r ro o g gR R2 2R R1 1R RG Gs s
15、d dR RL LR RS S微变等效电路微变等效电路37晶体管及其小信号放大器5r ri ir ro o r ro o g gR R2 2R R1 1R RG Gs sd dR RL LR RS S微变等效电路微变等效电路输入电阻输入电阻 r ri i38晶体管及其小信号放大器5输出电阻输出电阻 r ro og gd d微变等效电路微变等效电路r ro o r ro o R R2 2R R1 1R RG Gs sR RS S39晶体管及其小信号放大器5场效应管放大电路小结场效应管放大电路小结(1) (1) 场效应管放大器输入电阻很大。场效应管放大器输入电阻很大。(2) (2) 场效应管共源极放大器场效应管共源极放大器( (漏极输出漏极输出) )输入输输入输出反相，电压放大倍数大于出反相，电压放大倍数大于1 1；输出电阻；输出电阻= =R RD D。(3) (3) 场效应管源极跟随器输入输出同相，电场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于压放大倍数小于1 1且约等于且约等于1 1；输出电阻；输出电阻小。小。40晶体管及其小信号放大器5
