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1、会计学1武汉理工大学模电武汉理工大学模电FET第一页，共51页。4.场效应管放大场效应管放大(fngd)电路电路三极管三极管三极管放大三极管放大(fngd)电路电路分析方法分析方法图解法估算(sun)法微变等效电路法场效应管场效应管场效应管放大电路场效应管放大电路小小 结结作业作业引言场效应管的分类JFETMOSFETFET放大电路MESFET各类FET放大电路性能比较第1页/共51页第二页，共51页。引言引言(ynyn)三极管(BJT)电流(dinli)控制器件（基极电流(dinli)）输入阻抗(sh r z kn)不高双极型器件（两种载流子：多子少子均参与导电）噪声高场效应管(Field
2、Effect Transistor)电压控制器件（栅、源极间电压）输入阻抗极高单极型器件（一种载流子：多子参与导电）噪声小缺点是速度慢（有寄生电容效应）场效应管（和三极管相比）：优点多、应用广泛场效应管（和三极管相比）：优点多、应用广泛第2页/共51页第三页，共51页。基本概念基本概念电压(diny)控制器件 电流控制器件 单极型器件 双极型器件 感生沟道 导电沟道增强型 耗尽型 夹断电压(diny)开启电压(diny)预夹断 全夹断 饱和漏极电流 栅电流 输出特性 转移特性 自偏压电路 分压式自偏压电路 反相电压(diny)放大器 电压(diny)跟随器 电流跟随器第3页/共51页第四页，共
3、51页。FET分类分类(fn li)结型场效应管JFET（按导电(dodin)沟道类型）P沟道(u do)N沟道绝缘栅型场效应管MOSFET耗尽型(按导电沟道形成机理)增强型P沟道N沟道P沟道N沟道按基本结构按基本结构第4页/共51页第五页，共51页。结型场效应管结型场效应管一、结构和工作一、结构和工作(gngzu)原理原理二、特性曲线二、特性曲线(qxin)和和参数参数1.1.结构结构(jigu)(jigu)与符号与符号2.2.工作原理工作原理 外部工作条件外部工作条件 vGS对对iD的控制作用的控制作用 vDS对对iD的影响的影响1.1.输出特性和转移特性输出特性和转移特性2.2.主要参数
4、主要参数例题例题第5页/共51页第六页，共51页。JFET结构结构(jigu)与符号与符号N N沟道沟道(u do)(u do)结型场效应管结型场效应管dP+P+Ngs耗尽层耗尽层三个区域：一个三个区域：一个(y)N(y)N区，两个区，两个P+P+区区三个电极：源极三个电极：源极s s，漏极，漏极d d，栅极，栅极g g一个导电沟道：一个导电沟道：N N型型电路电路符号符号dgs箭头方向：栅结正偏时栅极电流的方向箭头方向：栅结正偏时栅极电流的方向（P沟道？）第6页/共51页第七页，共51页。JFET结构结构(jigu)（P沟道）沟道）P P沟道沟道(u do)(u do)结型场效应管结型场效应
5、管dN+N+Pgs耗尽层耗尽层三个区域三个区域(qy)(qy)：一个：一个P P区，两个区，两个N+N+区区三个电极：源极三个电极：源极s s，漏极，漏极d d，栅极，栅极g g一个导电沟道：一个导电沟道：P P型型电路符号电路符号箭头方向：箭头方向：dgs第7页/共51页第八页，共51页。工作工作(gngzu)原理（原理（1、2）dP+P+Ngs1.1.外部外部(wib)(wib)工作条件工作条件2.2.vGS vGS为负值为负值3.3.vDS vDS为正值为正值2.vGS对对iD的控制的控制(kngzh)作用作用为便于讨论，先假设漏源极间所加的电压vDS=0(a)当vGS=0时，沟道较宽，
6、其 电阻较小。(b)当vGS0时，PN结反偏，沟道变窄，其电阻增大。(c)当vGS进一步减小到一定程度（vGS VP），沟道消失，失去导电能力。全夹断第8页/共51页第九页，共51页。工作工作(gngzu)原理（原理（3）3.vDS对对iD的影响的影响(yngxing)（假设（假设vGS值固定，且值固定，且VPvGS0）dP+P+NgsVGGVDD(a)当漏源电压vDS从零开始增大时，沟道(u do)中有电流iD流过。(b)在vDS较小时，iD随vDS增加而几乎呈线性地增加。(c)随着vDS的进一步增加，出现楔形沟道(d)当vDS增加到vDS=vGS-VP，即VGD=vGS-vDS=VP(夹断
7、电压)时，预夹断(e)继续增加，饱和，继而发生击穿第9页/共51页第十页，共51页。JFET特性特性(txng)曲线曲线1.输出特性输出特性+场效应管的输入电流iG 0，输入特性无意义，故用输出特性和转移特性描述(mio sh)伏安特性（本质为同一个物理过程）。02461020可变电阻区放大(fngd)（饱和）区截止区三个工作区域三个工作区域第10页/共51页第十一页，共51页。JFET输出特性上的工作输出特性上的工作(gngzu)区域区域24061020可变电阻区 可变电阻区可变电阻区 恒流区恒流区 夹断夹断(ji dun)(ji dun)区区 击穿击穿(j chun)(j chun)区区放
8、大区截止区第11页/共51页第十二页，共51页。JFET转移转移(zhuny)特性曲线特性曲线2.转移转移(zhuny)特性特性10（transfer characteristic）第12页/共51页第十三页，共51页。在图示电路中，已知场效应管的 ；问在下列(xili)三种情况下，管子分别工作在那个区？（b）（c）（a）例题(lt)GDS解（a）因为(yn wi)vGS0时，SiO2绝缘层上产生电场。方向(fngxing)垂直于半导体表面，由栅极指向衬底。该电场排斥空穴、吸引电子。在 vGS较小的情况(qngkung)下形成耗尽层。电场排斥空穴形成耗尽层MOSFET工作原理3第22页/共51
9、页第二十三页，共51页。PN+SGDN+(1)vGS对沟道的控制(kngzh)作用,vDS=0vGS继续增大(zn d)将P衬底的电子吸引到表面，形成一个N型薄层，反型层，形成(xngchng)导电沟道出现反型层且与两个N+区相连通，在漏源极间形成N型导电沟道。开启电压，VTMOSFET工作原理4第23页/共51页第二十四页，共51页。(1)vGS对沟道的控制(kngzh)作用,vDS=0vGS越大，作用于半导体表面的电场就越强，吸引到P衬底表面的电子(dinz)就越多，导电沟道越厚，沟道电阻越小。PN+SGDN+导电(dodin)沟道增厚沟道电阻减小MOSFET工作原理5第24页/共51页第
10、二十五页，共51页。(2)vDS对iD的影响(yngxing)当vGSVT且为一确定值时，漏-源电压(diny)vDS对导电沟道及电流iD的影响与结型场效应管相似。PN+SGDN+当在漏源之间施加正向电压(diny)vDS0，且vDS较小时，将产生漏极电流iD。iDiDMOSFET工作原理6第25页/共51页第二十六页，共51页。(2)vDS对iD的影响(yngxing)，PN+SGDN+漏极电流iD沿沟道(u do)形成的电压降使沟道(u do)内各点与栅极间的电压不再相等，靠近源极一端的电压最大、沟道(u do)最厚，而漏极一端电压最小，其值为VGD=vGSvDS，因而沟道(u do)最薄
11、。iDiDvGSVT为定值沿沟(yn u)道有电位梯度vDSMOSFET工作原理7第26页/共51页第二十七页，共51页。(2)vDS对iD的影响(yngxing)随着(su zhe)vDS的增大，靠近漏极的沟道越来越薄。当vDS增加到使VGD=vGSvDS=VT时，沟道在漏极一端出现预夹断。vGSVT为定值PN+SGDN+iDiDMOSFET工作(gngzu)原理8第27页/共51页第二十八页，共51页。(2)vDS对iD的影响(yngxing)再继续增大(zn d)vDS，vGSvDSVT为定值PN+SGDN+iDiD管子进入饱和(boh)区iD达到最大值由于vDS的增加部分几乎全部降落在
12、夹断区，故iD几乎不随vDS增大而增加，管子进入饱和区（实际的线性工作区），iD几乎仅由vGS决定。MOSFET工作原理9第28页/共51页第二十九页，共51页。MOSFET特性特性(txng)曲线曲线1MOS管的伏安特性(txng)用输出特性(txng)和转移特性(txng)描述输出特性 转移(zhuny)特性 输出特性描述当栅源电压|vGS|=C为常量时，漏电流iD与漏源电压vDS之间的关系。输出特性曲线也分为可变电阻区、饱和区、截止区和击穿区几部分。+第29页/共51页第三十页，共51页。1.输出特性：10202406可变电阻区放大(fngd)（饱和）区截止(jizh)区击穿(j chu
13、n)区MOSFET特性曲线2第30页/共51页第三十一页，共51页。(1)可变电阻区a.vDS较小，沟道(u do)尚未夹断b.vDS vGS-|VT|c.管子(gun zi)相当于受vGS控制的压控电阻1.输出特性24061020可变电阻区MOSFET特性(txng)曲线第31页/共51页第三十二页，共51页。(2)放大(fngd)区(饱和区、恒流区)a.沟道(u do)预夹断c.iD几乎(jh)与vDS无关d.iD只受vGS的控制b.vDS vGS-|VT|24061020放大区1.输出特性MOSFET特性曲线第32页/共51页第三十三页，共51页。a.vGSVT(3)截止(jizh)区b
14、.沟道完全(wnqun)夹断c.iD=0240610201.输出特性截止(jizh)区MOSFET特性曲线第33页/共51页第三十四页，共51页。024061020转移特性(txng)曲线输出特性曲线(qxin)MOSFET特性(txng)曲线第34页/共51页第三十五页，共51页。MOSFET（耗尽（耗尽(ho jn)型）结型）结构与符号构与符号sgdN+N+SiO2 Alb耗尽层（导电沟道）（导电沟道）反型层PN沟道耗尽(ho jn)型MOFETS符号 P沟道耗尽(ho jn)型MOSFET符号 gsdgsd第35页/共51页第三十六页，共51页。1JFET栅源电压(diny)vGS的极性
15、不能接反，JFET可开路保存。3.MOSFET的栅极是绝缘的，感应电荷不易泄放，而且(r qi)绝缘层很薄，极易击穿。所以栅极不能开路，存放时应将各电极短路。焊接时，电烙铁必须可靠接地，或者断电利用烙铁余热焊接，并注意对交流电场的屏蔽。2从MOSFET的结构上看，其源极和漏极是对称(duchn)的，因此可以互换。当MOSFET的衬底引线单独引出时，应将其接到电路中的电位最低点（对N沟道MOS管而言）或电位最高点（对P沟道MOS管而言），以保证沟道与衬底间的PN结处于反向偏置，使衬底与沟道及各电极隔离。（MOSFET）使用）使用注意注意第36页/共51页第三十七页，共51页。增强型与耗尽(ho
16、jn)型管子的区别：耗尽(ho jn)型：增强型：当 时，当 时，绝缘(juyun)栅型场效应管（MOSFET）小结：第37页/共51页第三十八页，共51页。场效应管放大场效应管放大(fngd)电路电路一、常见一、常见(chn jin)组态：共源、共漏、共栅（用的很少）组态：共源、共漏、共栅（用的很少）二、直流偏置二、直流偏置(pin zh)三、分析方法三、分析方法四、分析举例四、分析举例1.估算法估算法2.图解法（略）图解法（略）3.小信号模型分析法小信号模型分析法场效应管放大电路：场效应管放大电路：电压控制型器件，放大作用以跨导电压控制型器件，放大作用以跨导gm来来体现体现三极管放大电路：
17、三极管放大电路：电流控制型器件，放大作用以电流放大倍电流控制型器件，放大作用以电流放大倍数来体现数来体现第38页/共51页第三十九页，共51页。直流偏置直流偏置(pin zh)自偏压(pin y)电路直流偏置(pin zh)电路固定偏压电路分压器式自偏压电路一、自偏压电路一、自偏压电路二、分压器式自偏压电路二、分压器式自偏压电路+_+_+_+_+_+_+自偏压原理：自偏压原理：第39页/共51页第四十页，共51页。场效应管的小信号(xnho)模型小信号前提下，可以用直线来逼近(bjn)FET的特性曲线。用直线来代替，即将非线性元件线性化、非线性电路线性化。+小信号(xnho)模型+第40页/共
18、51页第四十一页，共51页。场效应管放大(fngd)电路的动态分析例一共源极放大共源极放大(fngd)电路电路小信号小信号(xnho)等效电路等效电路+_+_+_+_+_+第41页/共51页第四十二页，共51页。小信号(xnho)模型+_+_+_+场效应管放大(fngd)电路的动态分析例二_+_+第42页/共51页第四十三页，共51页。_+_+a.求电压(diny)放大倍数场效应管放大(fngd)电路的动态分析b.求输入电阻：c.求输出电阻：_+第43页/共51页第四十四页，共51页。2)共漏极放大(fngd)电路小信号(xnho)模型_+_+_+_+场效应管放大(fngd)电路的动态分析第4
19、4页/共51页第四十五页，共51页。2)共漏极放大(fngd)电路小信号(xnho)模型_+_+a.求电压(diny)放大倍数场效应管放大电路的动态分析b.求输入电阻_+_+c.求输入电阻第45页/共51页第四十六页，共51页。小结小结(xioji)第46页/共51页第四十七页，共51页。作业作业(zuy)4.4.1、4.4.25.2.95.3.55.3.65.5.4第47页/共51页第四十八页，共51页。主要主要(zhyo)内容内容n n介绍结型场效应管（介绍结型场效应管（JFETJFET）和绝缘栅场效应管（）和绝缘栅场效应管（MOSFETMOSFET）的工作）的工作原理、特性曲线。原理、特
20、性曲线。n n4.1JFET 4.3MOSFET4.1JFET 4.3MOSFETn n介绍各种场效应管放大电路。介绍各种场效应管放大电路。n n4.44.4n n介绍场效应管放大电路的分析方法介绍场效应管放大电路的分析方法n n静态分析和动态分析；其分析方法与三极管放大电路相同静态分析和动态分析；其分析方法与三极管放大电路相同(xin(xin tn)tn)，n n估算法、图解法和小信号模型法。估算法、图解法和小信号模型法。n n4.4 4.4 n n最后对各种放大电路进行比较。最后对各种放大电路进行比较。第48页/共51页第四十九页，共51页。本章本章(bn zhn)要求要求1.1.了解了解FETFET的工作原理，熟悉其特性的工作原理，熟悉其特性(txng)(txng)曲线曲线2.2.掌握掌握Q Q点、点、AVAV、RiRi、RoRo计算计算3.3.掌握基本概念掌握基本概念4.4.沟道，夹断，预夹断，自偏压，增强，耗尽等等。沟道，夹断，预夹断，自偏压，增强，耗尽等等。第49页/共51页第五十页，共51页。第50页/共51页第五十一页，共51页。