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1、模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学3.1 结型场效应管结型场效应管3.3 场效应管放大电路场效应管放大电路3.2 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管 第第3章章 场效应管及其基本放大电路场效应管及其基本放大电路模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学1.场效应管类型的判断场效应管类型的判断3.场效应管三种工作状态的判断。场效应管三种工作状态的判断。2.场效应管三种工作状态的特点和条件。场效应管三种工作状态的特点和条件。本节重点：本节重点：模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技
2、术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学3.1.1 结型场效应管的结构及类型结型场效应管的结构及类型3.1.3 结型场效应管的伏安特性结型场效应管的伏安特性3.1.2 结型场效应管的工作原理结型场效应管的工作原理3.1.4 结型场效应管的主要参数结型场效应管的主要参数3.1 结型场效应管结型场效应管模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学 BJT是是一一种种电电流流控控制制元元件件(iBiC)，工工作作时时，多多数数载载流流子和少数载流子都参与运行，所以被称为双极型器件。子和少数载流子都参与运行，所以被称为双极型器件。场场效效应
3、应管管（Field Effect Transistor简简称称FET）是是一一种种电电压压控控制制器器件件(uGSiD)，工工作作时时，只只有有一一种种载载流流子子参参与与导导电电，因此它是单极型器件。因此它是单极型器件。引言引言 FET因因其其制制造造工工艺艺简简单单，功功耗耗小小，温温度度特特性性好好，输输入入电电阻阻极极高高等等优优点点，得得到到了了广广泛泛应应用用。因因它它具具有有很很高高的的输输入入电电阻阻，能能满满足足高高内内阻阻信信号号源源对对放放大大电电路路的的要要求求，所所以以是是较较理想的前置输入级器件。理想的前置输入级器件。模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术
4、太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学场效应管场效应管 FET(Field Effect Transistor)类型：类型：增强型增强型耗尽型耗尽型绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管(IGFET)结型场效应管结型场效应管(JFET)场效应管场效应管(FET)N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道引言引言模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学3.1 结型场效应管结型场效应管 3.1.1 结型场效应管的结构及类型结型场效应管的结构及类型N 沟道沟道 JFETP 沟道沟道 JFET结型结型场效应管工作时它的两个场
5、效应管工作时它的两个PN结始终要加反向电压。结始终要加反向电压。对于对于N沟道，各极间的外加电压变为沟道，各极间的外加电压变为UGS0，漏源之间，漏源之间加正向电压，即加正向电压，即UDS0。漏极漏极栅极栅极源极源极模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学3.1.2 结型场效应管的工作原理结型场效应管的工作原理1.当当uDS=0时，栅源电压时，栅源电压uGS对导电沟道的控制作用对导电沟道的控制作用 uGS=0 UGS（off）uGS0 uGS UGS（off）夹断电压夹断电压：UGS(off)模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技
6、术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学1.当当uDS=0时，栅源电压时，栅源电压uGS对导电沟道的控制作用对导电沟道的控制作用 uGS对导电沟道的控制作用：对导电沟道的控制作用：(1)uGS=0时，导电沟道最宽，电阻最小。时，导电沟道最宽，电阻最小。(2)uGS 0 此时此时 uGD=UGS(off)；沟道楔型沟道楔型(2)耗尽层刚相碰时称耗尽层刚相碰时称预夹断。预夹断。(3)当当 uDS ，预夹断预夹断点点下移。下移。uDS=uGS UGS（off）uGD=uGS-uDS=UGS（off）模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技
7、大学3.当当uGS 0、uDS 0时，栅源电压时，栅源电压uGS对漏极电流对漏极电流iD的控制作用的控制作用(4)uGS 加大，加大，耗尽层变宽，导电沟道变窄，电阻变大，耗尽层变宽，导电沟道变窄，电阻变大，在同样的在同样的uDS下，下，iD变小；变小；uGS 变小，导电沟道变宽，电阻变小，变小，导电沟道变宽，电阻变小，iD变大。变大。体现了栅源电压体现了栅源电压uGS对对漏极电流漏极电流iD的控制作用。的控制作用。模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学 预夹断前预夹断前:uDS增大，增大，iD增大，漏源间呈现电阻特性，增大，漏源间呈现电
8、阻特性，但但uGS不同，对应的电阻不同。不同，对应的电阻不同。此时，场效应管可看成受此时，场效应管可看成受uGS控制的可变电阻。控制的可变电阻。预夹断后预夹断后:uDS增大，增大，iD几乎不变。几乎不变。但是，随但是，随 uGS 增大，增大，iD减小，减小，iD几乎仅仅决定于几乎仅仅决定于uGS，而与，而与 uDS无关。此时，可以把无关。此时，可以把iD近似看成受近似看成受uGS控制的电流源。控制的电流源。综上所述综上所述 模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学3.1.3 结型场效应管的伏安特性结型场效应管的伏安特性1.输出特性输出特性
9、 模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学2.转移特性转移特性 UGS(off)uGS0和管子工作在恒流区的条件下和管子工作在恒流区的条件下 模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学3.1.4 结型场效应管的主要参数结型场效应管的主要参数1.直流参数直流参数(1)夹断电压夹断电压UGS（off）指指 uDS=某值，使漏极电流某值，使漏极电流 iD 为某一小电流时的为某一小电流时的 uGS 值。值。结型场效应管，当结型场效应管，当 uGS=0 时所对应的漏极电流。时所对应的漏极电流。(
10、2)饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学(3)直流输入电阻直流输入电阻RGS(DC)是指漏源电压为零时，栅源电压与栅极电流之是指漏源电压为零时，栅源电压与栅极电流之比。结型场效应管的比。结型场效应管的RGS(DC)一般大于一般大于107。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。一般为几般为几毫西毫西(mS)uGS/ViD/mAQO2.交流参数交流参数(1)低频跨导低频跨导gm 模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科
11、技大学太原科技大学(2)极间电容极间电容 CGS约为13pF，而CGD约为0.11pF 3.极限参数极限参数(1)最大漏极电流最大漏极电流IDM(2)最大漏源电压最大漏源电压U(BR)DS(3)最大栅源电压最大栅源电压U(BR)GS(4)最大耗散功率最大耗散功率PDM PDM=uDS iD，受温度限制。受温度限制。模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学3.2 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管MOS 场效应管场效应管（绝缘栅场效应管）（绝缘栅场效应管）N沟道绝缘栅场效应管沟道绝缘栅场效应管P沟道绝缘栅场效应管沟道绝缘栅场效应管增强型增强型耗尽
12、型耗尽型增强型增强型耗尽型耗尽型模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学一、增强型一、增强型 N 沟道沟道 MOSFET(Mental Oxide Semi FET)1.结构与符号结构与符号P 型衬底型衬底(掺杂浓度低掺杂浓度低)N+N+用扩散的方法用扩散的方法制作两个制作两个 N+区区在硅片表面生一在硅片表面生一层薄层薄 SiO2 绝缘层绝缘层S D用金属铝引出用金属铝引出源极源极 S 和漏极和漏极 DG在在绝缘层上喷金绝缘层上喷金属铝引出栅极属铝引出栅极 GB耗耗尽尽层层S 源极源极 SourceG 栅极栅极 Gate D 漏极漏极
13、DrainSGDB工作时栅源之间加正向电源电压工作时栅源之间加正向电源电压UGS，漏源之间加正向电源电，漏源之间加正向电源电 压压UDS,并且源极与衬底连接并且源极与衬底连接,衬底是电路中最低的电位点。衬底是电路中最低的电位点。3.2.1 增强型增强型MOS管管模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学2.工作原理工作原理反型层反型层(沟道沟道)(1)导电沟道的形成导电沟道的形成uGS=0 uGS0 且且uGSUGS(th)模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学2.2.工作原理工作原
14、理 当当u uGSGS=0V=0V时，漏源之间相当两个背靠背的时，漏源之间相当两个背靠背的 二极管，二极管，在在 d d、s s之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。1).栅源电压栅源电压uGS的控制作用的控制作用(u uDSDS=0)=0)当栅源间无外加电当栅源间无外加电压时，由于漏源间不存压时，由于漏源间不存在导电沟道，所以无论在导电沟道，所以无论在漏源间加上何种极性在漏源间加上何种极性的电压，都不会产生漏的电压，都不会产生漏极电流。极电流。正常工作时，栅源正常工作时，栅源间必须外加电压以使导间必须外加电压以使导电沟道产生，导电沟道电沟道产生，导电
15、沟道产生过程如下：产生过程如下：模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学2.2.工作原理工作原理1).栅源电压栅源电压uGS的控制作用的控制作用(u uDSDS=0)=0)l当在栅源间外加正向电压当在栅源间外加正向电压U UGSGS时，时，外加的正向电压在栅极和衬底之间外加的正向电压在栅极和衬底之间的的i i2 2绝缘层中产生了由栅极指绝缘层中产生了由栅极指向衬底的电场，由于绝缘层很薄向衬底的电场，由于绝缘层很薄（0.1um0.1um左右），因此数伏电压就左右），因此数伏电压就能产生很强的电场。该强电场会使能产生很强的电场。该强电场会使靠
16、近靠近i i2 2一侧一侧P P型衬底中的多子型衬底中的多子（空穴）受到排斥而向体内运动，（空穴）受到排斥而向体内运动，从而在表面留下不能移动的负离子，从而在表面留下不能移动的负离子，形成耗尽层。耗尽层与金属栅极构形成耗尽层。耗尽层与金属栅极构成类似的平板电容器。成类似的平板电容器。开启电压开启电压UGS(th):开始形成反型层的栅源电压。开始形成反型层的栅源电压。模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学2.2.工作原理工作原理1).栅源电压栅源电压uGS的控制作用的控制作用(u uDSDS=0)=0)l随着正向电压随着正向电压U UGS
17、GS的增大，耗尽层的增大，耗尽层也随着加宽，但对于也随着加宽，但对于P P型半导体中型半导体中的少子（电子），此时则受到电场的少子（电子），此时则受到电场力的吸引。当力的吸引。当U UGSGS增大到某一值时，增大到某一值时，这些电子被吸引到这些电子被吸引到P P型半导体表面，型半导体表面，使耗尽层与绝缘层之间形成一个使耗尽层与绝缘层之间形成一个N N型薄层型薄层，鉴于这个，鉴于这个N N型薄层是由型薄层是由P P型型半导体转换而来的，故将它称为反半导体转换而来的，故将它称为反型层。型层。当当uGSUGS(th)，漏源之间形成漏源之间形成导电沟道导电沟道(反型层反型层)模拟电子技术模拟电子技术模
18、拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学2.2.工作原理工作原理1).栅源电压栅源电压uGS的控制作用的控制作用(u uDSDS=0)=0)反型层与漏源间的两个反型层与漏源间的两个N N型区相连，型区相连，成为漏源间的导电沟道。这时，成为漏源间的导电沟道。这时，如果在漏源间加上电压，就会有如果在漏源间加上电压，就会有漏极电流产生。人们将开始形成漏极电流产生。人们将开始形成反型层所需的反型层所需的U UGSGS值称为开启电压，值称为开启电压，用用U UGS(thGS(th)表示。表示。显然，栅源电压显然，栅源电压UGS越大，作用于半导体表面的电场越大，作用于半导体表
19、面的电场越强，被吸引到反型层中的电子愈多，沟道愈厚，相应越强，被吸引到反型层中的电子愈多，沟道愈厚，相应的沟道电阻就愈小。的沟道电阻就愈小。模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学当当uGS UGS(th)，且固定为某一值时，来分析漏源电，且固定为某一值时，来分析漏源电压压VDS对漏极电流对漏极电流ID的影响。的影响。（设（设UT=2V，uGS=4V）（a）uDS=0时，时，id=0。沟道等宽。沟道等宽。（b）uDSid；，漏极附近的电场减弱，漏极附近的电场减弱，同时沟道同时沟道靠漏区变窄。靠漏区变窄。（c）当）当uDS增加到使增加到使u
20、GD=UGS（th）时，时，沟道靠漏区夹断，称为沟道靠漏区夹断，称为预夹断预夹断。此时漏此时漏极电流极电流iD达到最大。达到最大。（d）uDS再增加，预夹断区再增加，预夹断区加长，加长，uDS增加的部分基本降落在随之加增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，长的夹断沟道上，id基本不变。基本不变。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的控制作用的控制作用DS DS 间间的的电电位位差差使使沟沟道道呈呈楔楔形形，u uDSDS，靠靠近漏极端的沟道厚度变薄。近漏极端的沟道厚度变薄。uGD=uGS-u-uDSDSu uGSGS；模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技
21、术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学(1)输出特性输出特性 可变电阻区可变电阻区uDS UGS(th)时：时：uGS=2UGS(th)时的时的 iD 值值开启电压开启电压O模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学二、耗尽型二、耗尽型 N 沟道沟道 MOSFETSGDB Sio2 绝绝缘缘层层中中掺掺入入正正离离子子在在 uGS=0 时时已已形形成成沟道；在沟道；在 DS 间加正间加正电压时形成电压时形成 iD，uGS UGS(off)时，全夹断。时，全夹断。模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技
22、大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学输出特性输出特性uGS/ViD/mA转移特性转移特性IDSSUGS(off)夹断夹断电压电压饱和漏饱和漏极电流极电流当当 uGS UGS(off)时，时，uDS/ViD/mAuGS=4 V 2 V0 V2 VOO模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学三、三、P 沟道沟道 MOSFET增强型增强型耗尽型耗尽型SGDBSGDB模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学3.1.3 场效应管的主要参数场效应管的主要参数1.开启电压开启电压 UGS(th
23、)(增强型增强型)2.夹断电压夹断电压 UGS(off)(耗尽型耗尽型)指指 uDS=某值，使漏极某值，使漏极 电流电流 iD 为某一小电流时为某一小电流时 的的 uGS 值值。UGS(th)UGS(off)2.饱和漏极电流饱和漏极电流 IDSS耗尽型场效应管，当耗尽型场效应管，当 uGS=0 时所对应的漏极电流。时所对应的漏极电流。IDSSuGS/ViD/mAO模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学UGS(th)UGS(off)3.直流输入电阻直流输入电阻 RGS 指漏源间短路时，栅、源间加指漏源间短路时，栅、源间加 反向电压呈现的直
24、流电阻。反向电压呈现的直流电阻。JFET：RGS 107 MOSFET：RGS=109 1015IDSSuGS/ViD/mAO模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学4.低频跨导低频跨导 gm 反映了反映了uGS 对对 iD 的控制能力，的控制能力，单位单位 S(西门子西门子)。一般为几。一般为几毫西毫西(mS)uGS/ViD/mAQO模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学N 沟道沟道增强型增强型SGDBiDP 沟道沟道增强型增强型SGDBiD2 2 OuGS/ViD/mAUGS(
25、th)SGDBiDN 沟道耗尽沟道耗尽型型iDSGDBP 沟道耗尽沟道耗尽型型UGS(off)IDSSuGS/ViD/mA 5 O5FET 符号、特性的比较符号、特性的比较模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学O uDS/ViD/mA5 V2 V0 V2 VuGS=2 V0 V 2 V 5 VN 沟道结沟道结型型SGDiDSGDiDP 沟道结沟道结型型uGS/ViD/mA5 5 OIDSSUGS(off)O uDS/ViD/mA5 V2 V0 VuGS=0 V 2 V 5 V模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太
26、原科技大学太原科技大学太原科技大学3.2.3 场效应管与晶体管的比较场效应管与晶体管的比较管子名称管子名称晶体管晶体管场效应管场效应管导电机理导电机理利用多子和少子导电利用多子和少子导电利用多子导电利用多子导电控制方式控制方式电流控制电流控制电压控制电压控制放大能力放大能力高高较低较低直流输入直流输入电阻电阻小小约几约几k大大JFET可达可达107以上以上,MOS可达可达1010稳定性稳定性受温度和辐射的影响较大受温度和辐射的影响较大温度稳定性好、抗辐射能力强温度稳定性好、抗辐射能力强噪声噪声中等中等很小很小结构对称结构对称性性集电极和发射极不对称，不集电极和发射极不对称，不能互换能互换漏极和
27、源极对称，可互换使用漏极和源极对称，可互换使用适用范围适用范围都可用于放大电路和开关电路等都可用于放大电路和开关电路等模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学 【例例3-1】已知某场效应管的转移特性曲线如图已知某场效应管的转移特性曲线如图3-15 所示，试确定场效应管的类型。所示，试确定场效应管的类型。UGS（th）=2V 为为N沟道增强型沟道增强型MOS管。管。模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学2场效应管工作状态的判断场效应管工作状态的判断(1)能否导通：能否导通：(2)恒流
28、区与可变电阻区的判断方法：恒流区与可变电阻区的判断方法：先假设先假设FET工作在恒流区。工作在恒流区。由已知条件求由已知条件求ID和和UDS。判判断断模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学【例例3-2】电路如图电路如图3-16(a)所示，场效应管的输出特性如所示，场效应管的输出特性如图图3-16(b)所示，分析当所示，分析当uI3V、8V、12V三种情况下场效三种情况下场效应管分别工作在什么区域。应管分别工作在什么区域。【解解】UGS（th）=5V uGSuI 模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原
29、科技大学太原科技大学 当当uI3V时，时，uGS小于开启电压，小于开启电压，即即uGSUGS(th)，场效应管导通，假设场，场效应管导通，假设场效应管工作在恒流区，根据输出特性可知效应管工作在恒流区，根据输出特性可知iD0.6mA，则，则管压降管压降 uDSVDD iDRd=12 0.63.310V 模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学uGS UGS(th)=8V 5V=3V，所以，所以，uDSuGS UGS(th)，说明假设成立，即场效应管工作在恒流区。说明假设成立，即场效应管工作在恒流区。因为：因为：uDS10V模拟电子技术模拟电
30、子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学当当uI12V时，时，uGSUGS(th)，场效应管导通，场效应管导通，假设假设场效应管工作在恒流区场效应管工作在恒流区 可知，当可知，当UGS=12V时时 iD4mA 模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学则：则：uDS=VDD iDRd=12 43.3 1.2V 而电路实际的而电路实际的uDS0 所以：假设不正确，实际的所以：假设不正确，实际的iD小于小于4mA 故场效应管工作在故场效应管工作在可变电阻可变电阻区。区。模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模
31、拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学【例例3-3】图图3-17所示电路，已知所示电路，已知RD=3.3k，RG=100k，VDD=10V，VGG=2V，场效应管的，场效应管的UGS(off)=5V，IDSS=3mA，试分析场效应管工作在什么区域。试分析场效应管工作在什么区域。解：解：UGSQ=VGG=2VUGSQ UGS(off)假设正确假设正确 模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学3.3.2 3.3.2 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3.3.1 3.3.1 场效应管放大电路的直流偏置与静态
32、分析场效应管放大电路的直流偏置与静态分析3.3 场效应管放大电路场效应管放大电路模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学3.2.1 场效应管放大电路场效应管放大电路三种组态：三种组态：共共源、共漏、共栅源、共漏、共栅特点：特点：输入电阻极高，输入电阻极高，噪声低，热稳定性好噪声低，热稳定性好 1.固定偏压放大电路固定偏压放大电路一、电路的组成一、电路的组成（1）合适的偏置）合适的偏置（2）能输入能输出）能输入能输出+VDDRDC2CS+uo C1+ui RGRSGSDRL模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技
33、大学太原科技大学太原科技大学栅极电阻栅极电阻 RG 的作用：的作用：(1)为栅偏压提供通路为栅偏压提供通路(2)泻放栅极积累电荷泻放栅极积累电荷源极电阻源极电阻 RS 的作用：的作用：提供负栅偏压提供负栅偏压漏极电阻漏极电阻 RD 的作用：的作用：把把 iD 的的变化变为变化变为 uDS 的变化的变化+VDDRDC2CS+uo C1+ui RGRSGSDUGS+VDDRD0C1RGRSGSDIDUDSRL 2.2.自给偏压放大电路自给偏压放大电路模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学 UDSQ=VDD IDQ(RS+RD)UGS+VDD
34、RDRGRSGSDIDUDSUGSQ =IDQRS二、静态分析二、静态分析1.估算法估算法模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学例例 耗尽型耗尽型 N 沟道沟道 MOS 管，管，RG=1 M，RS=2 k，RD=12 k ，VDD=20 V。IDSS=4 mA，UGS(off)=4 V，求求 iD 和和 uO。iG=0 uGS=iDRS模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学iD1=4 mAiD2=1 mAuGS=8 V 0UGSQ=0UGSQ 0RL+VDDRDC2CS+uo C
35、1+ui RG2RSGSDRG1一、电路组成一、电路组成二、静态分析二、静态分析模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学3.2.2 分压式偏压放大电路分压式偏压放大电路RL+VDDRDC2CS+uo C1+ui RG2RSGSDRG1二、静态分析二、静态分析 UDSQ=VDD IDQ(RS+RD)模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学1.场效应管的等效电路场效应管的等效电路三、动态分析三、动态分析场效应管电路小信号等效电路分析法场效应管电路小信号等效电路分析法模拟电子技术模拟电子技
36、术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学移特性可知，移特性可知，gm是转移特性在静态工作点是转移特性在静态工作点Q处处 gm为低频跨导，反映了管子的放大能力，从转为低频跨导，反映了管子的放大能力，从转切线的斜率切线的斜率.模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学 gm也可以由转移特性曲线的函数表达式求得，也可以由转移特性曲线的函数表达式求得，增强型增强型MOS管：管：耗尽型耗尽型MOS管管：模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学rds为场效应管的共
37、漏极输出电阻，为输出特性在为场效应管的共漏极输出电阻，为输出特性在Q点处的切线斜率的倒数，如图所示，通常点处的切线斜率的倒数，如图所示，通常rds在在几十千欧到几百千欧之间。几十千欧到几百千欧之间。模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学从输入端口看入，相当于电阻从输入端口看入，相当于电阻从输入端口看入，相当于电阻从输入端口看入，相当于电阻 r rgsgs()。从输出端口看入为受从输出端口看入为受从输出端口看入为受从输出端口看入为受 u ugsgs 控制的电流源。控制的电流源。控制的电流源。控制的电流源。id=gmugs小信号模型小信号模
38、型根据根据rgs Sidgmugs+ugs+uds GDrds模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学2.2.场效应管放大电路的微变等效电路场效应管放大电路的微变等效电路RLRD+uo+ui GSD+ugs gmugsidiiRG+VDDRDC2CS+uo C1+ui RGRSGSDRL模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学RLRD+uo+ui GSD+ugs gmugsidiiRG3.3.计算放大电路的动态指标计算放大电路的动态指标注意：自给偏压电路只适用耗尽型场效应管放大电路注
39、意：自给偏压电路只适用耗尽型场效应管放大电路模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学分压式偏压放大电路分压式偏压放大电路动态分析动态分析RLRD+uo+ui RG2GSDRG1+ugs gmugsidiiRL+VDDRDC2CS+uo C1+ui RG2RSGSDRG1模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学四、改进电路四、改进电路目的：为了提高输入电阻目的：为了提高输入电阻有有 CS 时：时：RL+VDDRDC2CS+uo C1+ui RG2RSGSDRG1RG3RLRD+uo+u
40、i RG2GSDRG3RG1+ugs gmugsidii无无 CS 时：时：RSRi、Ro 不变不变模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学3.2.3共漏放大电路共漏放大电路RL+VDDC2+uo C1+ui RG2RSGSDRG1RG3RLRS+uo+ui RG2GSDRG3RG1+ugs gmugsiiioRo模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学例例 已知已知 UGS(off)=0.8 V，IDSS=0.18 mA，1.求求“Q”。2.求求AU,Ri,RORLRDC2CS+u
41、o C1+ui RG2GSDRG1RG310 k 10 k 200 k 64 k 1 M 2 k 5 k+24V模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学解方程得：解方程得：IDQ1=0.69 mA，UGSQ=2.5V (增根，舍去增根，舍去)IDQ2=0.45 mA，UGSQ=0.4 V RLRDC2CS+uo C1+ui RG2GSDRG1RG310 k 10 k 200 k 64 k 1 M 2 k 5 k+24V模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学例例gm=0.65 mA/
42、V，ui=20sin t(mV)，求交流输出求交流输出 uo。+RDGDSRGRSiD+uO+VDDuiVGG10 k 4 k 交流通路交流通路+RDGDSRGRSid+uOui小信号等效电路小信号等效电路 +ui RSRDSidgmugs+ugs+uo GDRGui=ugs+gmugsRSugs=ui/(1+gmRS)uo=gmui RD/(1+gmRS)=36sin t(mV)模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学小小 结结第第 3 章章模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学
43、场效应管场效应管1.分类分类按导电沟道分按导电沟道分 N 沟道沟道P 沟道沟道按按结构分结构分 绝缘栅型绝缘栅型(MOS)结型结型按按特性分特性分 增强型增强型耗尽型耗尽型uGS=0 时，时，iD=0uGS=0 时，时，iD 0增强型增强型耗尽型耗尽型(耗尽型耗尽型)模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学2.特点特点栅源栅源电压改变沟道宽度从而控制漏极电流电压改变沟道宽度从而控制漏极电流输入电阻高，工艺简单，易集成输入电阻高，工艺简单，易集成由于由于 FET 无栅极电流，故采用无栅极电流，故采用转移特转移特性性和和输出特性输出特性描述描
44、述3.特性特性不同类型不同类型 FET 的特性比较参见的特性比较参见 表表3-1模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学不同类型不同类型 FET 转移特性比较转移特性比较结型结型N 沟道沟道uGS/ViD/mAO增强型增强型耗尽型耗尽型MOS 管管(耗尽型耗尽型)IDSS开启电压开启电压UGS(th)夹断电压夹断电压UGS(off)IDO 是是 uGS=2UGS(th)时的时的 iD 值值模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学太原科技大学太原科技大学4.场效应管放大电路场效应管放大电路三种组态：三种组态：共共源、共漏、共栅源、共漏、共栅偏置：偏置：自给偏置自给偏置 只适用于耗尽型只适用于耗尽型MOS管和结型管和结型场效应管场效应管 分压式偏置分压式偏置 适应于各种类型的场效应管适应于各种类型的场效应管 静态分析：静态分析：图解法图解法 公式计算法公式计算法 动态分析：动态分析：微变等效电路法微变等效电路法