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1、结型场效应管介绍本讲稿第一页，共四十六页场效应管场效应管是一种利用电场效应来控制其电流是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件。大小的半导体器件。特点：特点：输入电阻高、噪声低、热稳定性能好、输入电阻高、噪声低、热稳定性能好、抗辐射能力强。抗辐射能力强。主要用于大规模和超大规模集成电路中。主要用于大规模和超大规模集成电路中。单极型晶体管单极型晶体管常用于数字集成电路常用于数字集成电路本讲稿第二页，共四十六页N沟道沟道P沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)
2、场效应管场效应管分类：分类：本讲稿第三页，共四十六页4.1 结型场效应管结型场效应管 结构结构 工作原理工作原理 输出特性输出特性 转移特性转移特性 主要参数主要参数 4.1.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理 4.1.2 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数 (Junction type Field Effect Transisstor)本讲稿第四页，共四十六页 源极源极，用用S或或s表示表示N型导电沟道型导电沟道漏极漏极，用用D或或d表示表示 P型区型区P型区型区栅极栅极，用用G或或g表示表示栅极栅极，用用G或或g表示表示符号符号符号符号4.1.1 JFET的结构和工作原理的
3、结构和工作原理4.1 结型结型场效应管场效应管1.结构结构#符号中的箭头方向表示什么？符号中的箭头方向表示什么？符号中的箭头方向表示什么？符号中的箭头方向表示什么？本讲稿第五页，共四十六页2.工作原理工作原理（以（以N沟道为例）沟道为例）vDS=0V时时NGSDvDSVGSNNPPiDPN结反偏，结反偏，VGS越越负负,则耗尽区越宽，则耗尽区越宽，导电沟道越窄。导电沟道越窄。VGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用本讲稿第六页，共四十六页VDSNGSDVGSPPiDVGS达到一定值时耗尽区达到一定值时耗尽区碰到一起，碰到一起，DS间的导电间的导电沟道被夹断。沟道被夹断。当沟道夹断时，对应当沟道夹
4、断时，对应的栅源电压的栅源电压VGS称为称为夹断夹断电压电压VP（或或VGS(off)）。）。VGS继续减小继续减小对于对于N沟道的沟道的JFET，VP 0。本讲稿第七页，共四十六页NGSDVDSVGSNNiDVDS=0V时时PP VDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当当VGS=0时，时，VDS iD G、D间间PN结的反向电压增结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。至下呈楔形分布。本讲稿第八页，共四十六页NGSDVDSVGSPP越靠近漏端，越靠近漏端，PN结结反压越大反压越大iD 当当VDS增加到使增加到使VG
5、D=VP 时，时，在紧靠漏极处出现预夹断。在紧靠漏极处出现预夹断。此时此时VDS 夹断区延长夹断区延长沟道电阻沟道电阻 ID基本不变基本不变本讲稿第九页，共四十六页GSDVDSVGSPPiDN VGS和和VDS同时作用时同时作用时VGS越小耗尽区越宽，沟道越窄，越小耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。电阻越大。iD 减小。减小。当当VP VGS0时时VGS足够大时足够大时（VGSVT）感应）感应出足够多电子，出足够多电子，这里出现以电子这里出现以电子导电为主的导电为主的N型型导电沟道。导电沟道。感应出电子感应出电子VT称为阈值电或开启电压：称为阈值电或开启电压：在在VDS 作用下开始导电的作用下开
6、始导电的VGS。本讲稿第二十三页，共四十六页VGS较小时，导电较小时，导电沟道相当于电阻沟道相当于电阻将将D-S连接起来，连接起来，VGS越大此电阻越小。越大此电阻越小。PNNGSDVDSVGSVDS0时时iD本讲稿第二十四页，共四十六页PNNGSDVDSVGS当当VDS不太大不太大时，导电沟道时，导电沟道在两个在两个N区间区间是均匀的。是均匀的。当当VDS较大时，较大时，靠近靠近D区的区的导电沟道变导电沟道变窄。窄。（2 2）V VDSDS改变改变i iD D本讲稿第二十五页，共四十六页PNNGSDVDSVGS夹断后，即使夹断后，即使VDS 继续增加，继续增加，iD仍呈仍呈恒流特性恒流特性。
7、iDVDS增加，增加，VGD=VT 时，靠时，靠近近D端的沟道被夹断，端的沟道被夹断，称为予夹断。称为予夹断。本讲稿第二十六页，共四十六页（1）输出特性曲线）输出特性曲线iDV DS0VGS03.增强型增强型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线可变电阻区可变电阻区恒流区恒流区击穿区击穿区本讲稿第二十七页，共四十六页3.增强型增强型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线(2)转移特性曲线转移特性曲线0iDvGSVTvDS=10V(3)计算公式计算公式本讲稿第二十八页，共四十六页NPPgsdgsdP 沟道增强型沟道增强型4.参数见表参数见表4.1.1栅源端加负电压栅源端加负电压 漏源端加负电
8、压漏源端加负电压本讲稿第二十九页，共四十六页1.N 沟道耗尽型沟道耗尽型予埋了导电沟道予埋了导电沟道 （正离子），在（正离子），在P P型衬底表面形成反型型衬底表面形成反型层（层（N N型）。型）。在在vGS 0 0时，就有感生沟道，当时，就有感生沟道，当V DS 0 0时，则有时，则有iD通过。通过。gsdNgsdPNe e e4.3.2 耗尽型耗尽型MOSFET本讲稿第三十页，共四十六页2.P 沟道耗尽型沟道耗尽型NPPgsdgsd予埋了导电沟道（负离子）予埋了导电沟道（负离子）本讲稿第三十一页，共四十六页3.耗尽型耗尽型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线耗尽型的耗尽型的N沟道沟道M
9、OS管管VGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。断。转移特性曲线转移特性曲线0iDVGSVP本讲稿第三十二页，共四十六页输出特性曲线输出特性曲线iDvDS0vGS=0vGS04.3.3各种各种FET的特性比较及使用注意事项。（见的特性比较及使用注意事项。（见P173P175）栅源电压可正可负。栅源电压可正可负。本讲稿第三十三页，共四十六页4.4 场效应管放大电路场效应管放大电路 直流偏置电路直流偏置电路 静态工作点静态工作点 FET小信号模型小信号模型 动态指标分析动态指标分析 三种基本放大电路的性能比较三种基本放大电路的性能比较 4.4.1 FET的直流
10、偏置及静态分析的直流偏置及静态分析 4.4.2 FET放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法 本讲稿第三十四页，共四十六页1.直流偏置电路直流偏置电路4.4.1 FET的直流偏置电路及静态分析的直流偏置电路及静态分析（1）自）自偏压电路偏压电路（2）分压式自）分压式自偏压电路偏压电路vGSvGSvGSvGSvGSVGS=-IDR本讲稿第三十五页，共四十六页4.4 结型结型场效应管场效应管2.静态工作点静态工作点Q点：点：VGS、ID、VDSVGS=VDS=已知已知VP，由，由VDD-ID(Rd+R)-IDR可解出可解出Q点的点的VGS、ID、VDS 如知道如知道FET的特性曲线，
11、也可采用的特性曲线，也可采用图解法。图解法。本讲稿第三十六页，共四十六页4.4 结型结型场效应管场效应管4.4.2 FET放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法1.FET小信号模型小信号模型 （1）低频模型）低频模型本讲稿第三十七页，共四十六页4.4 结型结型场效应管场效应管（2）高频模型）高频模型本讲稿第三十八页，共四十六页4.4 结型结型场效应管场效应管2.动态指标分析动态指标分析 （1 1）中频小信号模型）中频小信号模型本讲稿第三十九页，共四十六页4.4 结型结型场效应管场效应管2.动态指标分析动态指标分析 （2）中频电压增益）中频电压增益（3）输入电阻）输入电阻（4）输出
12、电阻）输出电阻忽略忽略 rd由输入输出回路得由输入输出回路得则则通常通常则则输出电压与输入电压反相。本讲稿第四十页，共四十六页 例例4.4.2 共漏极放大电路如图示。共漏极放大电路如图示。试求中频电压增益、输入电阻和输出试求中频电压增益、输入电阻和输出电阻。电阻。（2）中频电压增益）中频电压增益（3）输入电阻）输入电阻得得 解：解：（1 1）中频小信号模型）中频小信号模型由由例题例题本讲稿第四十一页，共四十六页（4 4）输出电阻）输出电阻所以所以由图有由图有例题例题本讲稿第四十二页，共四十六页3.三种基本放大电路的性能比较三种基本放大电路的性能比较组态对应关系：组态对应关系：4.4 结型结型场
13、效应管场效应管CEBJTFETCSCCCDCBCGBJTFET电压增益：电压增益：CE：CC：CB：CS：CD：CG：本讲稿第四十三页，共四十六页输出电阻：输出电阻：3.三种基本放大电路的性能比较三种基本放大电路的性能比较4.4 结型结型场效应管场效应管BJTFET输入电阻：输入电阻：CE：CC：CB：CS：CD：CG：CE：CC：CB：CS：CD：CG：本讲稿第四十四页，共四十六页 解：解：画中频小信号等效电路画中频小信号等效电路则电压增益为则电压增益为例题例题放大电路如图所示。已知放大电路如图所示。已知试求电路的中频增益、输入电阻和输出电阻。试求电路的中频增益、输入电阻和输出电阻。根据电路有根据电路有由于由于则则end本讲稿第四十五页，共四十六页本讲稿第四十六页，共四十六页