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1、第第2章场效应管及其放大电路章场效应管及其放大电路第1页，本讲稿共45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)场效应管分类：场效应管分类：Junction typeInsulated gate typeDepletion typeenhancement第2页，本讲稿共45页1 1、结型、结型场效应管（场效应管（JFET)JFET)结构结构P+P+NGSD导电沟道导电沟道 源极源极，用用S或或s表示表示sourceN型导电沟道型导电沟道漏极漏极，用用D
2、或或d表示表示drain1.4.1 结型场效应管结型场效应管栅极栅极，用用G或或g表示表示gate第3页，本讲稿共45页结型结型场效应管（场效应管（JFET)符号符号第4页，本讲稿共45页 VGS对沟道的控制作用（对沟道的控制作用（VDS=0）等宽等宽当当VGS0时时PN结反偏结反偏 当沟道夹断时当沟道夹断时,ID减小至减小至0，此，此时对应的栅源电压时对应的栅源电压VGS称为称为夹断电夹断电压压VGS(off)。对于对于N沟道的沟道的JFET，VGS(off)UGS(th)时时,沟道加厚，沟道加厚，沟道电阻减少，沟道电阻减少，在相同在相同VDS的作的作用下，用下，iD将进一步增加。将进一步增
3、加。开始时无导电沟道，当在开始时无导电沟道，当在VGS Uth时才形成沟时才形成沟道道,这种类型的管子称为这种类型的管子称为增强型增强型MOS管管 MOSFET是利用栅源电是利用栅源电压的大小，来改变半导体压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。而控制漏极电流的大小。二、二、N沟道沟道增强型增强型MOS场效应管工作原理场效应管工作原理第13页，本讲稿共45页漏源电压漏源电压VDS对漏极电流对漏极电流ID的控制作用的控制作用 当当VGS UGS(th)，且固定为某一值时，来分析漏源电压，且固定为某一值时，来分析漏源电压VDS的不同变化对导电沟道和漏
4、极电流的不同变化对导电沟道和漏极电流ID的影响。的影响。VDS=VDGVGS =VGDVGS VGD=VGSVDS 当当VDS为为0或较小时，或较小时，相当相当 VGD UGS(th)，此时此时VDS 基本均匀降落在沟基本均匀降落在沟道中，沟道呈斜线分布。在道中，沟道呈斜线分布。在VDS作作用下形成用下形成ID第14页，本讲稿共45页当当VDS增加到使增加到使VGD=UGS(th)时，时，当当VDS增加到增加到VGD UGS(th)时，时，这相当于这相当于VDS增加使漏极处沟道缩增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况，称为减到刚刚开启的情况，称为预夹断预夹断。此时的此时的漏极电流漏极电流ID 基
5、本饱和。基本饱和。此时预夹断区域加长，伸向此时预夹断区域加长，伸向S极。极。VDS增加的部分基本降落在随之加长增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，的夹断沟道上，ID基本趋于不变。基本趋于不变。第15页，本讲稿共45页iD=f(vGS)vDS=C 转移特性曲线转移特性曲线iD=f(vDS)vGS=C 输出特性曲线输出特性曲线vDS(V)iD(mA)当当vGS变化时，变化时，RON将随之变化，因此将随之变化，因此称之为可变电阻区称之为可变电阻区恒流区恒流区(饱和区饱和区)：vGS一定时，一定时，iD基本不随基本不随vDS变化而变化。变化而变化。vGS/V三、三、N沟道沟道增强型增强型MOS场
6、效应管特性曲线场效应管特性曲线夹断区夹断区第16页，本讲稿共45页一、一、N沟道沟道耗尽型耗尽型MOS场效应管结构场效应管结构+耗尽型耗尽型MOS管存在管存在原始导电沟道原始导电沟道耗尽型耗尽型MOS场效应管场效应管第17页，本讲稿共45页 当当VGS=0时，时，VDS加正向电压，产加正向电压，产生漏极电流生漏极电流iD。当当VGS0时时,将使将使iD进一步增加。进一步增加。当当VGS0时，随着时，随着VGS的减小漏的减小漏极电流逐渐极电流逐渐减小减小，直至，直至iD=0，对应，对应iD=0的的VGS称为夹断电压，用符号称为夹断电压，用符号VGS(off)表示。表示。uGS(V)iD(mA)V
7、offN沟道沟道耗尽型耗尽型MOS管可工作在管可工作在VGS 0或或VGS0 N沟道沟道增强型增强型MOS管只能工作在管只能工作在VGS0二、二、N沟道沟道耗尽型耗尽型MOS场效应管工作原理场效应管工作原理第18页，本讲稿共45页输出特性曲线输出特性曲线VGS(V)iD(mA)Voff转移特性曲线转移特性曲线三、三、N沟道沟道耗尽型耗尽型MOS场效应管特性曲线场效应管特性曲线夹断区夹断区第19页，本讲稿共45页绝绝缘缘栅栅场场效效应应管管N沟沟道道增增强强型型P沟沟道道增增强强型型各类绝缘栅场效应三极管的特性曲线各类绝缘栅场效应三极管的特性曲线第20页，本讲稿共45页绝绝缘缘栅栅场场效效应应管
8、管 N沟沟道道耗耗尽尽型型P 沟沟道道耗耗尽尽型型第21页，本讲稿共45页2.夹断电压夹断电压UGS(off)：是耗尽型：是耗尽型FET的参数，当的参数，当VGS=UGS(off)时时,漏漏极电流为零。极电流为零。3.饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS 耗尽型场效应三极管当耗尽型场效应三极管当VGS=0时所对应的漏极电流。时所对应的漏极电流。1.开启电压开启电压UGS(th)：MOS增强型管的参数，栅源电压小于增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值开启电压的绝对值,场效应管不能导通。场效应管不能导通。4.直流输入电阻直流输入电阻RGS:栅源间所加的恒定电压栅源间所加的恒定电压VGS与流过栅
9、与流过栅极电流极电流IGS之比。结型之比。结型:大于大于107，绝缘栅，绝缘栅:1091015。5.漏源击穿电压漏源击穿电压V(BR)DS:使使ID开始剧增时的开始剧增时的VDS。6.栅源击穿电压栅源击穿电压V(BR)GSJFET：反向饱和电流剧增时的栅源电压：反向饱和电流剧增时的栅源电压MOS：使：使SiO2绝缘层击穿的电压绝缘层击穿的电压1.4.3 场效应管的主要参数场效应管的主要参数（P50）第22页，本讲稿共45页7.低频跨导低频跨导gm：低频跨导反映了栅源压对漏极电流的控低频跨导反映了栅源压对漏极电流的控制作用。制作用。gm可以在转移特性曲线上求得，单位是可以在转移特性曲线上求得，单
10、位是mS(毫西毫西门子门子)。8.输出电阻输出电阻rds9.极间电容极间电容高频电路高频电路Cgs栅极与源极间电容，约栅极与源极间电容，约13pF；Cds 漏极与源极间电容，约漏极与源极间电容，约0.11pF;Cgd 栅极与漏极间电容栅极与漏极间电容。第23页，本讲稿共45页各种场效应管的符号对比第24页，本讲稿共45页各种场效应管的符号对比第25页，本讲稿共45页图图 场场效效应应管管的的符符号号及及特特性性P49第26页，本讲稿共45页1.4.4 场效应管与晶体管三极管的比较场效应管与晶体管三极管的比较 场效应管场效应管 晶体三极管晶体三极管单极性：多子单极性：多子 双极型：多子和少子双极
11、型：多子和少子压控型压控型 流控型流控型Ri很大很大 Ri较小较小跨导较小跨导较小 大大JFET的的d,s可互换可互换 c,e互换互换很小很小温度稳定性好温度稳定性好 温度稳定性差温度稳定性差可作压控电阻可作压控电阻第27页，本讲稿共45页1.6 集成电路中的元件集成电路中的元件P60 集成电路（集成电路（IC）：制造工艺、许多元件、同一块）：制造工艺、许多元件、同一块 半导体基片上，封装。具有完整功能半导体基片上，封装。具有完整功能特点：特点：（1）元件密度高（集成度高）元件密度高（集成度高）（2）体积小）体积小 （3）功能强）功能强 （4）功耗低）功耗低 （5）外部连线及焊点少）外部连线及
12、焊点少 （6）集成电路中的元件具有良好的对称性集成电路中的元件具有良好的对称性 （7）集成电路中的电阻和电容数值有限）集成电路中的电阻和电容数值有限 （8）复合管）复合管 可靠性、灵活性，可靠性、灵活性，实现了元件、电路和系统的紧密结合实现了元件、电路和系统的紧密结合第28页，本讲稿共45页复合管复合管：（1）各管的电流方向不矛盾、工作在放大区）各管的电流方向不矛盾、工作在放大区 P123 （2）=1 12 2 （3）等效管子的类型与第一只管子的类型相同）等效管子的类型与第一只管子的类型相同第29页，本讲稿共45页P144 2.18不能不能不能不能NPN不能不能不能不能PNPNPN第30页，本
13、讲稿共45页2.7.1 场效应管的三种接法场效应管的三种接法共源放大电路共源放大电路*共漏放大电路共漏放大电路*共栅放大电路共栅放大电路2.7 场效应管放大电路场效应管放大电路第31页，本讲稿共45页2.7.2 场效应管放大电路的静态设置场效应管放大电路的静态设置场效应管偏置电路场效应管偏置电路 与晶体管放大器相似，静态工作点的设置对放大与晶体管放大器相似，静态工作点的设置对放大器的性能至关重要。在场效应管放大器中，由于结型场器的性能至关重要。在场效应管放大器中，由于结型场效应管与耗尽型效应管与耗尽型MOS场效应管场效应管uGS=0时，时，iD0，故可采，故可采用自偏压方式。而对于增强型用自偏
14、压方式。而对于增强型MOSFET，则一定要采，则一定要采用分压式偏置或混合偏置方式。用分压式偏置或混合偏置方式。我们可以用两种办法确定直流工作点，一种我们可以用两种办法确定直流工作点，一种是图解法，另一种是解析法。是图解法，另一种是解析法。第32页，本讲稿共45页 图图 场效应管偏置方式场效应管偏置方式(a)自偏压方式；自偏压方式；(b)分压式偏置方式分压式偏置方式 VDD=20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kgds10k第33页，本讲稿共45页解析法解析法已知电流方程及各自电路的栅源电压方程，已知电流方程及各自电路的栅源电压方程，联立求解即可求得工
15、作点。例如：联立求解即可求得工作点。例如：(a)(b)将将式式(b)代代入入式式(a)，解解一一个个iD的的二二次次方方程程，有有两两个个根根，舍舍去去不不合合理理的的一一个个根根，留留下下合合理理的的一一个个根便是根便是IDQ。第34页，本讲稿共45页VDD=20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kgds10k场效应管的共源极放大电路场效应管的共源极放大电路第35页，本讲稿共45页场效应管的微变等效电路场效应管的微变等效电路gsd跨导跨导漏极输出电阻漏极输出电阻uGSiDuDS2.7.3 场效应管放大电路的动态分析场效应管放大电路的动态分析第36页，本
16、讲稿共45页很大，很大，可忽略。可忽略。gsduGSiDuDSsgdugsgmugsudssgdrDSugsgmugsuds 场效应管的微变等效电路场效应管的微变等效电路第37页，本讲稿共45页uoUDD=20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kgds10ksgR2R1RGRLdRLRD微变等效电路微变等效电路动态分析动态分析第38页，本讲稿共45页sgR2R1RGRLdRLRDRo=RD=10k 第39页，本讲稿共45页uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kdsC2g2.7.4 共漏放大电路共漏放大电路源极输出器源极输出器uo+U
17、DDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kC2第40页，本讲稿共45页RiRogR2R1RGsdRLRS微变等效电路微变等效电路动态分析动态分析uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kdsC2g第41页，本讲稿共45页输入电阻输入电阻 RiRiRogR2R1RGsdRLRS微变等效电路微变等效电路第42页，本讲稿共45页输出电阻输出电阻 Ro加压求流法加压求流法RogR2R1RGsdRS微变等效电路微变等效电路/RS第43页，本讲稿共45页(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)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)输入输出反输入输出反相，电压放大倍数大于相，电压放大倍数大于1；输出电阻；输出电阻=RD。(3)场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于倍数小于1且约等于且约等于1；输出电阻小。；输出电阻小。场效应管放大电路特点场效应管放大电路特点第44页，本讲稿共45页不要求不要求第45页，本讲稿共45页