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1、电子技术基础主讲：孙 静模拟部分模拟部分第13讲2电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室5.1 金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管5.2 MOSFET放大电路第五章 场效应管放大电路5.3 结型场效应管（JFET）*5.4 砷化镓金属-半导体场效应管5.5 各种放大器件电路性能比较3电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室学习指导第五章 场效应管放大电路 场效应管：通过改变外加电压产生的电场强度通过改变外加电压产生的电场强度-控制其导控制其导电能力。电能力。优点：体积小、重量轻、耗电少、寿
2、命长，还具有输体积小、重量轻、耗电少、寿命长，还具有输入电阻高、热稳定性好、噪声低、便于集成等特点。入电阻高、热稳定性好、噪声低、便于集成等特点。在大规模集成电路中广泛应用。在大规模集成电路中广泛应用。分类：根据结构不同根据结构不同,可分为结型场效应管可分为结型场效应管(JFET)(JFET)、绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管(IGFET)(IGFET)。4电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室第五章 场效应管放大电路5.1 金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管5.1.1 N5.1.1 N沟道增强型沟道增强型MOSFETMOSFET5.1.5 MOSFET5.1.5 M
3、OSFET的主要参数的主要参数5.1.2 N5.1.2 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFETMOSFET5.1.3 P5.1.3 P沟道沟道MOSFETMOSFET5.1.4 5.1.4 沟道长度调制效应沟道长度调制效应5电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室1.结构（N沟道）第五章 场效应管放大电路5.1.1 N沟道增强型MOSFETL L：沟道长度：沟道长度W W：沟道宽度：沟道宽度t toxox ：绝缘层厚度：绝缘层厚度通常通常 W W L L 6电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室1.结构（N沟道）第五章 场效应管放大电路5.1.1 N沟道增
4、强型MOSFET符号符号剖面图剖面图7电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室2.工作原理第五章 场效应管放大电路5.1.1 N沟道增强型MOSFET（1 1）V VGSGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当当v vGSGS00时时 无导电沟道，无导电沟道，d d、s s间加电压时，总有间加电压时，总有一个一个PNPN结反偏，无电流产生。结反偏，无电流产生。产生电场，但未形成导电沟道（感生沟产生电场，但未形成导电沟道（感生沟道），道），d d、s s间加电压后，没有电流产生。间加电压后，没有电流产生。当当v vGS GS V VT T 时时 在电场作用下产生导电沟道，在电场
5、作用下产生导电沟道，d d、s s间间加电压后，将有电流产生。加电压后，将有电流产生。v vGSGS越大，导电沟道越厚。越大，导电沟道越厚。V V V VT T T T 称为开启电压称为开启电压称为开启电压称为开启电压当当00v vGS GS V VT T）时，）时，I ID D 沟道电位梯度沟道电位梯度 靠近漏极靠近漏极d d处的电位升高处的电位升高 沟道变薄沟道变薄 电场强度减小电场强度减小整个沟道呈整个沟道呈楔形分布楔形分布9电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室2.工作原理第五章 场效应管放大电路5.1.1 N沟道增强型MOSFET（2 2）V VDSDS对沟道的
6、控制作用对沟道的控制作用当当v v GSGS一定（一定（v v GS GS V VT T）时，）时，v v DSDS I ID D 沟道电位梯度沟道电位梯度 当当v v DSDS增加到使增加到使v v GDGD=V VT T 时，时，在紧靠漏极处出现预夹断。在紧靠漏极处出现预夹断。在预夹断处：在预夹断处：v v GDGD=v vGSGS-v vDS DS=V VT T10电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室2.工作原理第五章 场效应管放大电路5.1.1 N沟道增强型MOSFET（2 2）V VDSDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用预夹断后，预夹断后，v v DSDS
7、夹断区延长夹断区延长沟道电阻沟道电阻 I ID D基本不变基本不变11电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室2.工作原理第五章 场效应管放大电路5.1.1 N沟道增强型MOSFET（3 3）v vDSDS和和v vGSGS同时作用时同时作用时 v vDSDS一定，一定，v vGSGS变化时，给定变化时，给定一个一个v vGS GS，就有一条不同的，就有一条不同的I ID D v vDS DS 曲线。曲线。12电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室3.V-I 特性曲线及特性方程第五章 场效应管放大电路5.1.1 N沟道增强型MOSFET（1 1）输出特
8、性及特性方程）输出特性及特性方程1 1）截止区）截止区 当当v v GSGSV VT T时时，导导电电沟沟道道尚尚未未形形成成，I I D D0 0，为截止工作状态。为截止工作状态。13电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室3.V-I 特性曲线及特性方程第五章 场效应管放大电路5.1.1 N沟道增强型MOSFET（1 1）输出特性及特性方程）输出特性及特性方程2 2）可变电阻区）可变电阻区 v vDSDS（v vGSGSV VT T）由于由于v vDSDS较小，可近似为：较小，可近似为：R R dsodso是一个受是一个受 v vGSGS控制的控制的可变电阻可变电阻14电
9、气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室3.V-I 特性曲线及特性方程第五章 场效应管放大电路5.1.1 N沟道增强型MOSFET（1 1）输出特性及特性方程）输出特性及特性方程2 2）可变电阻区）可变电阻区其中其中K Kn n为电导常数，单位：为电导常数，单位：mA/VmA/V2 2受受控制的可变电阻控制的可变电阻15电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室3.V-I 特性曲线及特性方程第五章 场效应管放大电路5.1.1 N沟道增强型MOSFET（1 1）输出特性及特性方程）输出特性及特性方程3 3）饱和区）饱和区（恒流区又称放大区）（恒流区又称放大区）
10、v v GS GS V VT T ，且，且v v DSDS（v v GSGSV VT T）是是v GSGS2 2V VT T时的时的iD D16电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室3.V-I 特性曲线及特性方程第五章 场效应管放大电路5.1.1 N沟道增强型MOSFET（2 2）转移特性）转移特性21)(TGSDOD-=VIiv17电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室1.结构和工作原理（N沟道）第五章 场效应管放大电路5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子 可以在正或负的栅源电压下工作
11、，而且基本上无栅流可以在正或负的栅源电压下工作，而且基本上无栅流18电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室2.V-I 特性曲线及大信号特性方程第五章 场效应管放大电路5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET（N N沟道增强型）沟道增强型）19电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室第五章 场效应管放大电路5.1.3 P沟道MOSFET20电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室第五章 场效应管放大电路5.1.4 沟道长度调制效应实际上饱和区的曲线并不是平坦的实际上饱和区的曲线并不是平坦的L L的单位为的单位为 m m当不考虑沟道调制效应
12、时，当不考虑沟道调制效应时，0 0，曲线是平坦的。，曲线是平坦的。修正后修正后21电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室第五章 场效应管放大电路5.1.5 MOSFET的主要参数一、直流参数一、直流参数NMOSNMOS增强型增强型1.1.开启电压开启电压V VT T （增强型参数）（增强型参数）2.2.夹断电压夹断电压V VP P （耗尽型参数）（耗尽型参数）3.3.饱和漏电流饱和漏电流I IDSSDSS （耗尽型参数）（耗尽型参数）4.4.直流输入电阻直流输入电阻R RGSGS （10109 910101515 ）二、交流参数二、交流参数 1.1.输出电阻输出电阻r r
13、dsds 当不考虑沟道调制效应时，当不考虑沟道调制效应时，0 0，r r dsds 22电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室第五章 场效应管放大电路5.1.5 MOSFET的主要参数二、交流参数二、交流参数 2.2.低频互导低频互导g gm m 考虑到考虑到 则则其中其中23电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室第五章 场效应管放大电路5.1.5 MOSFET的主要参数三、极限参数三、极限参数 1.1.最大漏极电流最大漏极电流I ID MD M 2.2.最大耗散功率最大耗散功率P PD MD M 3.3.最大漏源电压最大漏源电压V V（BRBR）D
14、SDS 4.4.最大栅源电压最大栅源电压V V（BRBR）GSGS 24电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室第五章 场效应管放大电路5.3 结型场效应管 5.3.1 JFET5.3.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理 5.3.2 JFET5.3.2 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数 5.3.3 JFET5.3.3 JFET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 25电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室第五章 场效应管放大电路5.3.1 JFET的结构和工作原理1.结构 26电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院
15、电工电子基础教研室第五章 场效应管放大电路5.3.1 JFET的结构和工作原理2.工作原理（以N沟道JFET为例）（1 1）vGSvGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当当v vGSGS0 0时时 当沟道夹断时，对应的栅源电压当沟道夹断时，对应的栅源电压v vGSGS称为夹断电压称为夹断电压V VP P （或（或V VGS(off)GS(off)）。）。对于对于N N沟道的沟道的JFETJFET，V VP P 0 V VT T ，否则工作在截止区，否则工作在截止区再假设工作在可变电阻区再假设工作在可变电阻区即即34电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室2.图解分析第五章
16、场效应管放大电路5.2.1 MOSFET放大电路由于负载开路，交流负载线由于负载开路，交流负载线与直流负载线相同。与直流负载线相同。35电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室3.小信号模型分析第五章 场效应管放大电路5.2.1 MOSFET放大电路（1 1）模型）模型 静态值静态值（直流）（直流）动态值动态值（交流）（交流）非线非线性失性失真项真项 当，当，v v gsgs 2(2(V VGSQGSQ-V VT T)时，时，36电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室3.小信号模型分析第五章 场效应管放大电路5.2.1 MOSFET放大电路（1 1）模
17、型）模型 =0=0时时37电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室3.小信号模型分析第五章 场效应管放大电路5.2.1 MOSFET放大电路（2 2）放大电路分析（例）放大电路分析（例5.2.5 P2185.2.5 P218）s解：例的直流分析已求得：解：例的直流分析已求得：38电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室3.小信号模型分析第五章 场效应管放大电路5.2.1 MOSFET放大电路（2 2）放大电路分析（例）放大电路分析（例5.2.5 P2185.2.5 P218）39电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室第五章 场效应管
18、放大电路*5.4 砷化镓金属-半导体场效应管本节不做教学要求，有兴趣者自学本节不做教学要求，有兴趣者自学40电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室第五章 场效应管放大电路5.5 各种放大器件电路性能比较 P24041电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室第五章 场效应管放大电路5.5 各种放大器件电路性能比较组态对应关系：组态对应关系：CECEBJTBJTFETFETCSCSCCCCCDCDCBCBCGCG电压增益：电压增益：BJTBJTFETFETCECE：CCCC：CBCB：CSCS：CDCD：CGCG：42电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室第五章 场效应管放大电路5.5 各种放大器件电路性能比较输出电阻：输出电阻：BJTFET输入电阻：输入电阻：CECE：CCCC：CBCB：CSCS：CDCD：CGCG：CECE：CCCC：CBCB：CSCS：CDCD：CGCG：43电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室下次课内容：下次课内容：第六章第六章 模拟集成电路模拟集成电路本次课作业本次课作业 （P251P251）：第十四次课作业第五章 场效应管放大电路