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1、第4章 场效应管及其基本放大电路第1页，共44页，编辑于2022年，星期二4.1.1场效应管分类场效应管分类 4.1 4.1 场效应管场效应管结型场效应管结型场效应管（JFET）场场效效应应管管金属金属氧化物氧化物半导体场效应管半导体场效应管（MOSFET）N沟道增强型沟道增强型MOS管管P沟道增强型沟道增强型MOS管管P沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管管N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管管耗尽型耗尽型增强型增强型N沟道结型场效应管沟道结型场效应管P沟道结型场效应管沟道结型场效应管第2页，共44页，编辑于2022年，星期二4.1.2.1 N4.1.2.1 N沟道增强型沟道增强型MOSMOS管管4.1.
2、2 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管 4.1 4.1 场效应管场效应管1.1.结构结构P型衬底P型衬底BBSGSGDDSiO2SiO2第3页，共44页，编辑于2022年，星期二2.2.工作原理工作原理4.1.2.1 N沟道增强型沟道增强型MOS管管4.1.2 4.1.2 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管P型衬底P型衬底耗尽层N型导电沟道SGDDSGUDSUDSUGSiDBB（1 1）栅源电压栅源电压u uGSGS对漏极电流对漏极电流i iD D的影响的影响当当uDS=0且且uGS0V时时g、b间存在纵向电场间存在纵向电场将靠近栅将靠近栅极下方的空穴向下排斥，留下极下方的空穴向下排斥，留下带负电
3、的电子。带负电的电子。当当uGS=0V时，漏源之间相当时，漏源之间相当两个背靠背的两个背靠背的 二极管，在二极管，在d、s之间之间加上电压也不会形成电流，即管子加上电压也不会形成电流，即管子截止截止 再增加再增加uGS(uGSUGS(th)纵向电场纵向电场将将P区少子电子聚集到区少子电子聚集到P区表面区表面形形成导电沟道（反型层），如果加漏源电压，形成漏极电流成导电沟道（反型层），如果加漏源电压，形成漏极电流iD。第4页，共44页，编辑于2022年，星期二2.2.工作原理工作原理4.1.2.1 N沟道增强型沟道增强型MOS管管4.1.2 4.1.2 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管（2 2）漏
4、源电压）漏源电压u uDSDS对漏极电流对漏极电流i iD D的影响的影响P型衬底P型衬底P型衬底BBBSSSGGGDDDUGSUGSUGSUDSUDSUDSiDiDiD（a）uDS=0时，时，iD=0。（b）uDS iD；同时沟道靠漏区变窄。；同时沟道靠漏区变窄。（c）当）当uDS增加到使增加到使uGDuGSuDSUGS(th)时，沟时，沟道靠漏区夹断，称为预夹断。道靠漏区夹断，称为预夹断。（d）uDS再增加，预夹断区加长，再增加，预夹断区加长，uDS增加增加的部分基本降落在随之加长的夹断的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，沟道上，iD基本不变。基本不变。第5页，共44页，编辑于2022年
5、，星期二3.3.特性曲线特性曲线4.1.2.1 N沟道增强型沟道增强型MOS管管 4.1.2 4.1.2 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管（1 1）输出特性曲线）输出特性曲线 四个区：四个区：（a）可变电阻区）可变电阻区(预夹断前预夹断前)uGSUGS(th),uDSUGS(th),uDS(uGS-UGS(th)。（c）夹断区（截止区）夹断区（截止区）uGS0，则有电流，则有电流iD从漏极流向源极，此时沟道中各点与栅极间的电压不等从漏极流向源极，此时沟道中各点与栅极间的电压不等（从源极到漏极逐渐增大），（从源极到漏极逐渐增大），沟道上窄下宽，呈楔型沟道上窄下宽，呈楔型。一旦一旦uDS的增大使的
6、增大使uGD UGS(off)，则漏极一边的耗尽层就会出现夹断区，称，则漏极一边的耗尽层就会出现夹断区，称uGD UGS(off)为为预夹断预夹断。第17页，共44页，编辑于2022年，星期二 4.1.3 结型场效应管结型场效应管 4.1 4.1 场效应管场效应管2.2.工作原理工作原理（2 2）漏源电压）漏源电压u uDSDS对漏极电流对漏极电流i iD D的影响的影响GDSP+P+UGSUDSiDGDSP+P+UGSUDSiDGDSP+P+UGSUDSiD预夹断后，若预夹断后，若uDS继续增大，继续增大，uGD UGS(off)，耗尽层闭合部分将沿沟道方，耗尽层闭合部分将沿沟道方向延伸，夹
7、断区加长。向延伸，夹断区加长。在预夹断后，在预夹断后，uDS增大，增大，iD近似不变，即近似不变，即iD仅仅取决于仅仅取决于uGS，表现出，表现出iD的恒流特性的恒流特性。第18页，共44页，编辑于2022年，星期二3.3.特性曲线特性曲线4.1.3 结型场效应管结型场效应管 4.1 4.1 场效应管场效应管它是它是时的漏极电流，时的漏极电流，称为漏极饱和电流。称为漏极饱和电流。第19页，共44页，编辑于2022年，星期二4 4P P沟道结型场效应管沟道结型场效应管4.1.3 结型场效应管结型场效应管 4.1 4.1 场效应管场效应管P型沟道GDSN+N+第20页，共44页，编辑于2022年，
8、星期二4 4P P沟道结型场效应管沟道结型场效应管4.1.3 结型场效应管结型场效应管 4.1 4.1 场效应管场效应管第21页，共44页，编辑于2022年，星期二5 5各种场效应管特性比较各种场效应管特性比较4.1.3 结型场效应管结型场效应管 4.1 4.1 场效应管场效应管类型截止区可变电阻区恒流区N沟道JFETP沟道JFETN沟道增强型MOSFETN沟道耗尽型MOSFETP沟道增强型MOSFETP沟道耗尽型MOSFET第22页，共44页，编辑于2022年，星期二4.1.3 结型场效应管结型场效应管 4.1 4.1 场效应管场效应管5 5各种场效应管特性比较各种场效应管特性比较第23页，
9、共44页，编辑于2022年，星期二4.1.3 结型场效应管结型场效应管 4.1 4.1 场效应管场效应管5 5各种场效应管特性比较各种场效应管特性比较第24页，共44页，编辑于2022年，星期二4.1.3 结型场效应管结型场效应管 4.1 4.1 场效应管场效应管第25页，共44页，编辑于2022年，星期二4.1.4 场效应管的主要参数场效应管的主要参数1.1.直流参数直流参数（1 1）开启电压）开启电压UGS(th)(2)(2)夹断电压夹断电压UGS(off)(4)(4)直流输入电阻直流输入电阻RGS 4.1 4.1 场效应管场效应管第26页，共44页，编辑于2022年，星期二2.2.交流参
10、数交流参数(1)(1)低频跨导低频跨导gm 4.1 4.1 场效应管场效应管4.1.4 场效应管的主要参数场效应管的主要参数反映了反映了uGS 对对 iD 的控制能力，单位的控制能力，单位 S(西门子西门子)。一般为几毫西。一般为几毫西(mS)。相当于转移特。相当于转移特性上工作点的斜率。是表征性上工作点的斜率。是表征FET放大能力的一个重要参数。放大能力的一个重要参数。（2 2）输出电阻）输出电阻rds 说明说明uDSDS了对了对i iD D的影响。是输出特性某一点上切线斜率的倒数。的影响。是输出特性某一点上切线斜率的倒数。（3 3）极间电容）极间电容第27页，共44页，编辑于2022年，星
11、期二3.3.极限参数极限参数(1)(1)最大漏极电流最大漏极电流IDM 4.1 4.1 场效应管场效应管4.1.4 场效应管的主要参数场效应管的主要参数(2)(2)最大耗散功率最大耗散功率PDM(3)(3)最大漏源电压最大漏源电压UBR(DS)(4)(4)最大栅源电压最大栅源电压UBR(GS)第28页，共44页，编辑于2022年，星期二4.2.1场效应管的直流偏置电路与静态分析场效应管的直流偏置电路与静态分析4.2 4.2 场效应管放大电路场效应管放大电路1 1自给偏置电路自给偏置电路 第29页，共44页，编辑于2022年，星期二（1）计算法。）计算法。列出输入回路电压方程列出输入回路电压方程
12、4.2.1场效应管的直流偏置电路与静态分析场效应管的直流偏置电路与静态分析4.2 4.2 场效应管放大电路场效应管放大电路1 1自给偏置电路自给偏置电路假设管子工作在恒流区，由耗尽假设管子工作在恒流区，由耗尽型场效应管的电流方程可得型场效应管的电流方程可得列出输出回路电压方程列出输出回路电压方程验证假设是否成立。验证假设是否成立。第30页，共44页，编辑于2022年，星期二（2）图解法）图解法 4.2.1场效应管的直流偏置电路与静态分析场效应管的直流偏置电路与静态分析4.2 4.2 场效应管放大电路场效应管放大电路1 1自给偏置电路自给偏置电路第31页，共44页，编辑于2022年，星期二2 2
13、分压式偏置电路分压式偏置电路 4.2.1场效应管的直流偏置电路与静态分析场效应管的直流偏置电路与静态分析4.2 4.2 场效应管放大电路场效应管放大电路第32页，共44页，编辑于2022年，星期二求出栅极的分压求出栅极的分压UG 2 2分压式偏置电路分压式偏置电路4.2.1场效应管的直流偏置电路与静态分析场效应管的直流偏置电路与静态分析4.2 4.2 场效应管放大电路场效应管放大电路列出输入回路电压方程列出输入回路电压方程假设管子工作在恒流区，由增强型场效应的电流方程可得假设管子工作在恒流区，由增强型场效应的电流方程可得列出输出回路电压方程列出输出回路电压方程 验证假设是否成立验证假设是否成立
14、 第33页，共44页，编辑于2022年，星期二4.2.2场效应管的动态分析场效应管的动态分析1 1场效应管的低频小信号模型场效应管的低频小信号模型 4.2 4.2 场效应管放大电路场效应管放大电路对于增强型对于增强型MOS管管 对于对于JFET和耗尽型和耗尽型MOS管管第34页，共44页，编辑于2022年，星期二2 2共源基本放大电路共源基本放大电路 4.2.2场效应管的动态分析场效应管的动态分析4.2 4.2 场效应管放大电路场效应管放大电路（1）电压增益电压增益Au（2）输入电阻）输入电阻Ri（3）输出电阻）输出电阻Ro第35页，共44页，编辑于2022年，星期二3 3共漏基本放大电路共漏
15、基本放大电路 4.2.2场效应管的动态分析场效应管的动态分析4.2 4.2 场效应管放大电路场效应管放大电路（1）电压增益电压增益Au（2）输入电阻）输入电阻Ri第36页，共44页，编辑于2022年，星期二3 3共漏基本放大电路共漏基本放大电路 4.2.2场效应管的动态分析场效应管的动态分析4.2 4.2 场效应管放大电路场效应管放大电路（3）输出电阻）输出电阻Ro第37页，共44页，编辑于2022年，星期二4 4共栅基本放大电路共栅基本放大电路 4.2.2场效应管的动态分析场效应管的动态分析4.2 4.2 场效应管放大电路场效应管放大电路（1）电压增益电压增益Au（2）输入电阻）输入电阻Ri
16、（3）输出电阻）输出电阻Ro第38页，共44页，编辑于2022年，星期二4.2.3场效应管和晶体管放大电路的比较场效应管和晶体管放大电路的比较4.2 4.2 场效应管放大电路场效应管放大电路场效应管晶体管载流子极性一种载流子参与导电的单极型器件两种载流子同时参与导电的双极型器件控制方式电压控制电流控制类型N沟道和P沟道NPN和PNP输入电阻1071015很高102104较低输出电阻很高很高放大参数 较低热稳定性好差制造工艺简单、易于集成较复杂对应电极GSDBEC第39页，共44页，编辑于2022年，星期二4.2.3场效应管和晶体管放大电路的比较场效应管和晶体管放大电路的比较4.2 4.2 场效
17、应管放大电路场效应管放大电路第40页，共44页，编辑于2022年，星期二4.3.1场效应管的高频小信号模型场效应管的高频小信号模型4.3 4.3 场效应管放大电路的频率响应场效应管放大电路的频率响应第41页，共44页，编辑于2022年，星期二4.3.2场效应管放大电路的频率响应场效应管放大电路的频率响应1共源放大电路的高频响应共源放大电路的高频响应4.3 4.3 场效应管放大电路的频率响应场效应管放大电路的频率响应第42页，共44页，编辑于2022年，星期二简化高频等效电路简化高频等效电路4.3.2场效应管放大电路的频率响应场效应管放大电路的频率响应4.3 4.3 场效应管放大电路的频率响应场效应管放大电路的频率响应1共源放大电路的高频响应共源放大电路的高频响应第43页，共44页，编辑于2022年，星期二相频特性曲线相频特性曲线4.3.2场效应管放大电路的频率响应场效应管放大电路的频率响应4.3 4.3 场效应管放大电路的频率响应场效应管放大电路的频率响应1共源放大电路的高频响应共源放大电路的高频响应幅频特性曲线幅频特性曲线第44页，共44页，编辑于2022年，星期二