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1、第第0404章场效应管放大电路章场效应管放大电路3434页页第1页，本讲稿共38页场效应管结型场效应管结型场效应管 场效应晶体管是由场效应晶体管是由一种一种载流子导载流子导电的、电的、用输入电压控用输入电压控制输出电流的半导制输出电流的半导体器件。体器件。从参与导电的载流子来划分，从参与导电的载流子来划分，它有自由电子导电的它有自由电子导电的N N沟道器件沟道器件和和空空穴导电的穴导电的P P沟道器件沟道器件。（简记为。（简记为FETFET）按照场效应管的结构划分，有结型场效应管和绝缘栅型场效应管两大类。1.结构结构与双极型晶体管的比较：与双极型晶体管的比较：1、均有三个引脚（极）；2、形状类
2、似；3、都可以实现信号的放大；4、导电原理不同；5、形成电路的特点不同；6、应用场合不同。第2页，本讲稿共38页2.2.工作原理工作原理 N 沟道PN结N沟道场效应管工作时，在栅极栅极与源极源极之间加负电压，栅极与沟道之间的PN结为反偏。在漏极漏极、源极之间加一定正电压，使N沟道中的多数载流子(电子)由源极向漏极漂移，形成iD。iD的大小受VGS的控制。P沟道场效应管工作时，极性相反，沟道中的多子为空穴。注意：N沟道、P沟道的区别类似于三极管中的NPN管和PNP管，我们讨论较多的是N沟道型的FET第3页，本讲稿共38页栅源电压栅源电压V VGSGS对对i iD D的控制作用的控制作用 当当V
3、VGSGS0 0时，时，PNPN结反结反偏，耗尽层变厚，沟道偏，耗尽层变厚，沟道变窄，沟道电阻变大，变窄，沟道电阻变大，I ID D减小；减小；VGS更负，沟道更窄，ID更小；直至沟道被耗尽层全部覆盖，沟道被夹断，ID0。这时所对应的栅源电压VGS称为夹夹断电压断电压VP。（D、S）第4页，本讲稿共38页漏源电压漏源电压V VDSDS对对i iD D的影响的影响 当VDS增加到多少时最上面的一点会合在一起呢？VDS=VP 时，在紧靠漏极处出现预夹断点 首先设VGS=0，VDS逐渐增加：刚开始时随着VDS的增加，电流也基本线性增加；随VDS增大，电压的不均匀性开始显现，而且这种不均匀性会越来越明
4、显。为什么会这样呢？随着VDS的继续增加，夹断区略有增加。为什么？VP当VDS继续增加时，预夹断点向源极方向伸长为预夹断区。由于预夹断区电阻很大，使主要VDS降落在该区，由此产生的强电场力能把未夹断区漂移到其边界上的载流子都吸至漏极，形成漏极饱和电流。（称为饱和电流的原因）第5页，本讲稿共38页(3)(3)伏安特性曲线输出特性曲线恒流恒流区：(又称饱和区或放大区）又称饱和区或放大区）特点:(1)受控性：输入电压vGS控制输出电流(2)恒流性：输出电流iD 基本上不受输出电压vDS的影响。用途:可做放大器和恒流源。条件:(1)栅源沟道未夹断 (2)漏源沟道予夹断 第7页，本讲稿共38页可变电阻区
5、可变电阻区特点特点:(1)(1)当vGS 为定值时,iD 是 vDS 的（近似）线性函数，管子的漏源间呈现为线性电阻，且其阻值受 vGS 控制。（2）管压降vDS 很小。用途：用途：做压控线性电阻和无触点的、闭合状态的电子开关。条件：源端与漏端沟道都不夹断 第8页，本讲稿共38页夹断区夹断区 用途：做无触点的、接通状态的电子开关。条件：整个沟道都夹断 击穿区击穿区 当漏源电压增大到 时，漏端PN结发生雪崩击穿，使iD 剧增的区域。其值一般为（20 50）V之间。管子不能在击穿区工作。特点：第9页，本讲稿共38页总结总结：场效应管在不同的场效应管在不同的v vGSGS 、v vDSDS电压下处在
6、电压下处在不同的工作区中：不同的工作区中：1 1、可变电阻区：、可变电阻区：v vDS DS v v vGSGS-V-VP P、v vGS GS V VP P3 3、截、截 止止 区：区：v vGS GS V V VBR(DS)BR(DS)第10页，本讲稿共38页转移特性曲线转移特性曲线输入电压VGS对输出漏极电流ID的控制第11页，本讲稿共38页第12页，本讲稿共38页场效应三极管的参数和型号一、一、一、一、场效应三极管的参数场效应三极管的参数场效应三极管的参数场效应三极管的参数 1.1.开启电压开启电压V VT T 开启电压是开启电压是MOSMOS增强型管的参数，栅源电压小于开增强型管的参
7、数，栅源电压小于开启电压的绝对值启电压的绝对值,场效应管不能导通场效应管不能导通。2.夹断电压VP 夹断电压是耗尽型FET的参数，当VGS=VP时,漏极 电流为零。3.饱和漏极电流IDSS 耗尽型场效应三极管,当VGS=0时所对应的漏极电流。第27页，本讲稿共38页4.输入电阻RGS 结型场效应三极管，反偏时结型场效应三极管，反偏时R RGSGS约大于约大于10107 7；绝缘栅；绝缘栅型场效应三极管型场效应三极管,R RGSGS约是约是10109 910101515。5.低频跨导gm 低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用，gm可以在转 移特性曲线上求取，单位是mS (毫西门子)。6.最大漏
8、极功耗PDM 最大漏极功耗可由PDM=VDS ID决定，与双极型三极管的PCM相当。第28页，本讲稿共38页7.输出电阻rd从输出特性曲线上可以了解这个概念。第29页，本讲稿共38页双极型三极管与场效应三极管的比较双极型三极管与场效应三极管的比较 双极型三极管双极型三极管双极型三极管双极型三极管 场效应三极管场效应三极管场效应三极管场效应三极管 结构结构 NPN NPN型型 结型结型 N N沟道沟道 P P沟道沟道 与与 PNPPNP型型 绝缘栅绝缘栅 增强型增强型 N N沟道沟道 P P沟道沟道 分类分类 C C与与E E一般不可一般不可 绝缘栅绝缘栅 耗尽型耗尽型 N N沟道沟道 P P沟
9、道沟道 倒置使用倒置使用 D D与与S S有的型号可倒置使用有的型号可倒置使用 载流子载流子 多子扩散少子漂移多子扩散少子漂移 多子漂移多子漂移 输入量输入量 电流输入电流输入 电压输入电压输入 控制控制 电流控制电流源电流控制电流源 电压控制电流源电压控制电流源 噪声噪声 较大较大 较小较小温度特性温度特性 受温度影响较大受温度影响较大 较小，且有零温度系数点较小，且有零温度系数点输入电阻输入电阻 几十到几千欧姆几十到几千欧姆 几兆欧姆以上几兆欧姆以上静电影响静电影响 不受静电影响不受静电影响 易受静电影响易受静电影响集成工艺集成工艺 不易大规模集成不易大规模集成 适宜大规模和超大规模集成适
10、宜大规模和超大规模集成第32页，本讲稿共38页场效应管场效应管放大电路放大电路（1）自偏压电路及静态分析(VGSQ、IDQ、VDSQ)V VGSQGSQ=-I=-IDQDQ R RI IDQDQ=I=IDSSDSS11(V(VGSQGSQ/V/VP P)2 2解方程组，去掉无意义的解解方程组，去掉无意义的解V VDSQDSQ=V=VDDDD-I-IDQDQ(R(Rd d+R)+R)第34页，本讲稿共38页（2）分压式自偏压电路及静态分析直流通道V VG G=V=VDDDDR Rg2g2/(R/(Rg1g1+R+Rg2g2)V VGSQGSQ=V=VG GV VS S=V=VG GI IDQDQR RI IDQDQ=I=IDSSDSS11(V(VGSQGSQ/V/VP P)2 2V VDSQDSQ=V=VDDDDI IDQDQ(R+R(R+Rd d)由此可以解出由此可以解出V VGSQGSQ、I IDQDQ和和V VDSQDSQ。不仅需要计算：VGSQ、IDQ、VDSQ还需要计算：VG第35页，本讲稿共38页（3）动态分析的小信号分析法低频模型第36页，本讲稿共38页交流分析交流分析小信号等效电路电压放大倍数电压放大倍数输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻第37页，本讲稿共38页作业：P192：4.4.4；4.4.5；4.4.6第38页，本讲稿共38页