第4章 場效應(yīng)管放大電路

1、 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院第第4章章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路 4.1 場效應(yīng)管場效應(yīng)管 4.2 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路p場效應(yīng)管利用場效應(yīng)管利用電場效應(yīng)電場效應(yīng)來控制載流子運動。來控制載流子運動。p依靠半導(dǎo)體依靠半導(dǎo)體多數(shù)載流子多數(shù)載流子導(dǎo)電工作，又稱為單極型晶體管。導(dǎo)電工作，又稱為單極型晶體管。p具有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強、具有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強、 制造工藝簡單、便于集成等優(yōu)點。制造工藝簡單、便于集成等優(yōu)點。場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管(Field Effect Transisto

2、r，F(xiàn)ET)簡稱場效應(yīng)管。簡稱場效應(yīng)管。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院本章學(xué)習(xí)目的和要求本章學(xué)習(xí)目的和要求1. 1. 熟悉場效應(yīng)晶體管熟悉場效應(yīng)晶體管(JFET(JFET和和MOSFET)MOSFET)的基本結(jié)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理；構(gòu)及工作原理；2. 2. 掌握場效應(yīng)管的伏安特性，熟悉其主要參數(shù)，掌握場效應(yīng)管的伏安特性，熟悉其主要參數(shù)，并能依據(jù)特性參數(shù)正確選用場效應(yīng)管；并能依據(jù)特性參數(shù)正確選用場效應(yīng)管；3. 3. 掌握場效應(yīng)管放大電路的小信號模型分析法，掌握場效應(yīng)管放大電路的小信號模型分析法，會分析場效應(yīng)管基本放大電路；會分析場效應(yīng)管基本放大電路；4

3、. 4. 會分析比較場效應(yīng)管放大電路與晶體管基本會分析比較場效應(yīng)管放大電路與晶體管基本放大電路的異同點，熟悉場效應(yīng)管基本放大電放大電路的異同點，熟悉場效應(yīng)管基本放大電路的頻率特性。路的頻率特性。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院 4.1 場效應(yīng)管場效應(yīng)管4.1.1 金屬金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體（半導(dǎo)體（MOS）場效應(yīng)管）場效應(yīng)管4.1.2 結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管4.1.3 場效應(yīng)管的主要參數(shù)場效應(yīng)管的主要參數(shù) 4.1.4 各種場效應(yīng)管的特性比較各種場效應(yīng)管的特性比較4.1.5 場效應(yīng)管使用注意事項場效應(yīng)管使用注意事項 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工

4、程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院 4.1 場效應(yīng)管場效應(yīng)管p按按基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)分為兩大類：分為兩大類：金屬金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET)和和結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管(JFET) 。p從從導(dǎo)電載流子的帶電極性導(dǎo)電載流子的帶電極性來看來看:有有N溝道溝道FET和和P溝道溝道FET。p按照按照導(dǎo)電溝道形成機理導(dǎo)電溝道形成機理的不同，的不同，MOSFET又可分為又可分為增強型增強型(簡稱簡稱E型型)和和耗盡型耗盡型(簡稱簡稱D型型)兩種。兩種。場效應(yīng)管的分類：場效應(yīng)管的分類： 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院P溝道溝道

5、耗盡型耗盡型P溝道溝道P溝道溝道N溝道溝道增強型增強型N溝道溝道N溝道溝道（耗盡型）（耗盡型）FET場效應(yīng)管場效應(yīng)管JFET結(jié)型結(jié)型MOSFET絕緣柵型絕緣柵型(IGFET)耗盡型耗盡型：場效應(yīng)管沒有加偏置電壓時，就有導(dǎo)電溝道存在：場效應(yīng)管沒有加偏置電壓時，就有導(dǎo)電溝道存在增強型增強型：場效應(yīng)管沒有加偏置電壓時，沒有導(dǎo)電溝道：場效應(yīng)管沒有加偏置電壓時，沒有導(dǎo)電溝道 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院4.1.1 金屬金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體（半導(dǎo)體（MOS）場效應(yīng)管）場效應(yīng)管 金屬金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET)，是由金屬，

6、是由金屬(鋁鋁)、氧化物氧化物(二氧化硅二氧化硅)及半導(dǎo)體材料構(gòu)成的，簡稱及半導(dǎo)體材料構(gòu)成的，簡稱MOS管管，又稱絕，又稱絕緣柵場效應(yīng)管緣柵場效應(yīng)管 (IGFET)。1. N溝道增強型溝道增強型MOS場效應(yīng)管場效應(yīng)管 (1) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)漏極漏極 d源極源極 S柵極柵極 g 圖圖4.1.1 N溝道增強型溝道增強型MOSFET結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖L ：溝道長度：溝道長度W ：溝道寬度：溝道寬度tox ：絕緣層厚度：絕緣層厚度 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院1. N溝道溝道增強型增強型MOS場效應(yīng)管場效應(yīng)管 (1) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖圖4.1.1 N溝道增強型溝道增強型MOS

7、FET(b)結(jié)構(gòu)剖面圖結(jié)構(gòu)剖面圖 (c)電路符號電路符號 未加適當(dāng)柵極電壓未加適當(dāng)柵極電壓之前，漏極與源極之前，漏極與源極之間無導(dǎo)電溝道。之間無導(dǎo)電溝道。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院(2) 工作原理工作原理1) vGS對對iDS的控制作用的控制作用 時，沒有導(dǎo)電溝道，時，沒有導(dǎo)電溝道， 0DSi0GSvTGSVv時，在電場作用下，出現(xiàn)時，在電場作用下，出現(xiàn)N型溝道。這時如果加上電壓型溝道。這時如果加上電壓vDS，將會產(chǎn)生漏極電流。，將會產(chǎn)生漏極電流。 使溝道剛剛形成時的柵源電壓使溝道剛剛形成時的柵源電壓vGS稱為稱為開啟電壓開啟電壓VT。 vGS

8、越大，導(dǎo)電溝道越厚，溝道越大，導(dǎo)電溝道越厚，溝道電阻越小。電阻越小。反型層反型層 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院2) vDS對對iDS的影響的影響 靠近漏極靠近漏極d d處的電位最高處的電位最高溝道變薄溝道變薄當(dāng)當(dāng)vGSVT，導(dǎo)電溝道形成，導(dǎo)電溝道形成 。vDSDS I ID D 溝道電位梯度溝道電位梯度 當(dāng)當(dāng)vDSDS增加到增加到vGDGD= =vGSGS- -vDSDS = =V VT T時，時，漏極一端的溝道厚度為零，在緊漏極一端的溝道厚度為零，在緊靠漏極處出現(xiàn)靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷預(yù)夾斷。整個溝道呈整個溝道呈楔形分布。楔形分布。 電場強度減小電場強

9、度減小DSGSGDvvv 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院預(yù)夾斷后，預(yù)夾斷后，vDSDS 夾斷區(qū)延長夾斷區(qū)延長夾斷區(qū)溝道電阻夾斷區(qū)溝道電阻 iD D基本不變?；静蛔?。 vGS V VT T ，且，且vDSDS（v vGSGSV VT T）2)(TGSnDVKi v221)(TGSTn VVKv21)(TGSDO VIv2TnDOVKI 是是vGSGS2 2V VT T時的時的iD D V V- -I I 特性：特性：圖圖4.1.3 N溝道增強型溝道增強型MOS管的輸出特性管的輸出特性 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程

10、學(xué)院 2）轉(zhuǎn)移特性）轉(zhuǎn)移特性const.GSDDS)( vvfi飽和區(qū)內(nèi)，飽和區(qū)內(nèi)，iD受受vDS的影響很小，的影響很小，所以不同所以不同vDS下的轉(zhuǎn)移特性基下的轉(zhuǎn)移特性基本重合。本重合。 轉(zhuǎn)移特性是指漏源電壓轉(zhuǎn)移特性是指漏源電壓vDS一定時，漏極電流與柵源電壓一定時，漏極電流與柵源電壓之間的關(guān)系：之間的關(guān)系： 圖圖4.1.4 N溝道增強型溝道增強型MOS管的轉(zhuǎn)移特性管的轉(zhuǎn)移特性(3) 特性曲線特性曲線0GSv 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院() 溝道長度調(diào)制效應(yīng)溝道長度調(diào)制效應(yīng)實際輸出特性曲線在飽和區(qū)會略向上傾斜，即實際輸出特性曲線在飽和區(qū)會略向上傾

11、斜，即vDS增加時，增加時，iD會略有增加。這是因為會略有增加。這是因為vDS對溝道長度對溝道長度L的調(diào)制作用，常用的調(diào)制作用，常用溝溝道長度調(diào)制參數(shù)道長度調(diào)制參數(shù)對描述輸出特性的公式進行修正。對描述輸出特性的公式進行修正。 )()(DSTGSnDvv 12VKi2GSDODST(1) (1)IVvv L的單位為的單位為 m10.1 VL 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院2. N溝道溝道耗盡型耗盡型MOS場效應(yīng)管場效應(yīng)管 (1) 結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)和工作原理 SiO SiO2 2絕緣層中摻入大量正離子。在正離子的作用下，絕緣層中摻入大量正離子。在正離子的

12、作用下，即使即使v vGSGS=0=0，也會在，也會在P P型襯底上感應(yīng)出電子，形成型襯底上感應(yīng)出電子，形成N N型溝道，型溝道，此時只要加上正的此時只要加上正的v vDSDS，就會產(chǎn)生電流，就會產(chǎn)生電流i iD D。 圖圖4.1.5 N溝道耗盡型溝道耗盡型MOS場效應(yīng)管場效應(yīng)管 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院當(dāng)當(dāng)v vGSGS00時，溝道變寬，溝道電阻減小，時，溝道變寬，溝道電阻減小，i iD D增加。增加。當(dāng)當(dāng)vGS 0，vGS=0或或vGS (vGS VP)時的轉(zhuǎn)移特性時的轉(zhuǎn)移特性 耗盡型耗盡型MOS管特性曲線分為管特性曲線分為截止區(qū)、可變電阻區(qū)

13、截止區(qū)、可變電阻區(qū)和飽和區(qū)和飽和區(qū)。N溝道耗盡型溝道耗盡型MOS管的夾斷電壓管的夾斷電壓VP為負(fù)值為負(fù)值。N溝道增強型溝道增強型MOS管的開啟電壓管的開啟電壓VT為正值為正值。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院 耗盡型耗盡型MOSFET的電流方程的電流方程：l 截止區(qū)截止區(qū)，v vGSGS V VP P，00v vDSDS V VP P，v vDSDS v vGSGS- -V VP P，忽略，忽略 項，項， 當(dāng)當(dāng)v vGSGS=0=0，v vDSDS= =v vG GS SV VP P時，由上式可得時，由上式可得 ，I IDSSDSS為飽和漏極電流。為飽

14、和漏極電流。 如果考慮溝道長度調(diào)制效應(yīng)，則上式修正為如果考慮溝道長度調(diào)制效應(yīng)，則上式修正為 )(2 2DSDSPGSnDvvvVKi2DSv2GSnD)(PVKivDSSPnDIVKi22)1 (PGSDSSDVvIi)1 ()1 (2DSPGSDSSDvVvIiN溝道耗盡型溝道耗盡型MOS管的轉(zhuǎn)移特性管的轉(zhuǎn)移特性 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院3. P溝道溝道MOS場效應(yīng)管場效應(yīng)管 P溝道溝道MOS管在管在N型襯底表面生成型襯底表面生成P型反型層作為溝道。型反型層作為溝道。 圖圖4.1.7 P溝道溝道MOS場效應(yīng)管電路符號場效應(yīng)管電路符號(a) 增強

15、型增強型 (b) 耗盡型耗盡型P溝道溝道MOS管的管的vGS、vDS 極性與極性與N溝道溝道MOS管相反，漏極管相反，漏極供電電源極性為供電電源極性為- -VDD，漏極電流從漏極流出。，漏極電流從漏極流出。P溝道增強型溝道增強型MOS管的開啟電壓管的開啟電壓VT是負(fù)值。是負(fù)值。P溝道耗盡型溝道耗盡型MOS管的夾斷電壓管的夾斷電壓VP為正值。為正值。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院P P溝道增強型溝道增強型MOSMOS管溝道產(chǎn)生的條件為管溝道產(chǎn)生的條件為v vGSGSV VT T 可變電阻區(qū)與飽和區(qū)的界線為：可變電阻區(qū)與飽和區(qū)的界線為：v vDSDS=

16、= v vGSGSV VT T 可變電阻區(qū)內(nèi)：可變電阻區(qū)內(nèi)：v vGSGSV VT T，v vDSDSv vGSGS- -V VT T，電流正向流入漏極時，電流正向流入漏極時，飽和區(qū)內(nèi)：飽和區(qū)內(nèi)：v vGSGSV VT T，v vDSDSv vGSGS- -V VT T，電流，電流i iD D為為 ，K KP P是是P P溝道器件的電導(dǎo)參數(shù)，可表示為溝道器件的電導(dǎo)參數(shù)，可表示為 其中：其中：W、L、分別是溝道寬度、溝道長度、柵極氧化物單位面積上、分別是溝道寬度、溝道長度、柵極氧化物單位面積上電容。電容。 是空穴反型層中空穴的遷移率。通常，空穴的遷移率比電子遷是空穴反型層中空穴的遷移率。通常，空

17、穴的遷移率比電子遷移率要小，約為移率要小，約為n/2。 )(2 2DSDSTGSDvvvVKiP2TGSD)(VKiPv2TGSDO) 1(VIv2TpDOVKILCWKOXPP2P 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院4.1.2 結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管1結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 圖圖4.1.8 結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)與符號結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)與符號箭頭方向箭頭方向代表了柵代表了柵-源電壓處于源電壓處于正向偏置時柵極電流的實際方向。正向偏置時柵極電流的實際方向。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院2工作原理工作原理 vGS對溝道的控制作用：

18、對溝道的控制作用：圖圖4.1.9 vDS=0時，時，vGS對溝道的控制作用對溝道的控制作用vGS0， PN結(jié)反偏結(jié)反偏耗盡層變寬耗盡層變寬溝道變窄，電阻增大。溝道變窄，電阻增大。 vGS負(fù)值增加到某一數(shù)值負(fù)值增加到某一數(shù)值VGS(off)時，兩邊耗盡層合攏，整個時，兩邊耗盡層合攏，整個溝道被耗盡層夾斷，溝道電阻趨于無窮大，這時的柵源電壓溝道被耗盡層夾斷，溝道電阻趨于無窮大，這時的柵源電壓VP稱為夾斷電壓。稱為夾斷電壓。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院 vDS對溝道的控制作用對溝道的控制作用圖圖4.1.11 vDS溝道的影響溝道的影響(a) vGS=0，

19、 vDS |VP| vGS=0時，時，vDS ID 耗盡層不均勻加寬耗盡層不均勻加寬 （漏端比源端寬）（漏端比源端寬） 溝道變窄，溝道電阻溝道變窄，溝道電阻增大，增大，iD增長變慢，增長變慢， 當(dāng)當(dāng)vDS=|VP|時，溝道在時，溝道在近漏端出現(xiàn)近漏端出現(xiàn)預(yù)夾斷預(yù)夾斷。 此時此時vDS 夾斷區(qū)延長夾斷區(qū)延長溝道電阻溝道電阻 ID基本不變?；静蛔?。再增加再增加vDS，則柵漏間的，則柵漏間的PN結(jié)將產(chǎn)生雪崩擊穿，結(jié)將產(chǎn)生雪崩擊穿，iD劇增劇增 。3.特性曲線特性曲線 （1）輸出特性）輸出特性 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院3.特性曲線特性曲線 （1）輸出特

20、性）輸出特性.DSDGS)(常數(shù)vvfi圖圖4.1.10 N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的輸出特性溝道結(jié)型場效應(yīng)管的輸出特性 可分為可分為4個區(qū)域：個區(qū)域： 1) 截止區(qū)。截止區(qū)。 2）可變電阻區(qū)。）可變電阻區(qū)。 3）恒流區(qū)。）恒流區(qū)。 4） 擊穿區(qū)。擊穿區(qū)。 對于對于vGS的一個確定數(shù)值，可測得一條對應(yīng)的輸出特性曲線。的一個確定數(shù)值，可測得一條對應(yīng)的輸出特性曲線。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院 (2) 轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性 3.特性曲線特性曲線 .GSDDS)(常數(shù)vvfi圖圖4.1.12 N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性溝道結(jié)型場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性2PGSDSSD)1

21、 (VIiv (VPvGS0) vGS=0時的漏極電流稱為時的漏極電流稱為飽和飽和漏極電流漏極電流IDSS，使，使iD接近于零接近于零的柵源電壓為的柵源電壓為夾斷電壓夾斷電壓VP。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院4.1.3 場效應(yīng)管的主要參數(shù)場效應(yīng)管的主要參數(shù)1直流參數(shù)直流參數(shù)(2)(2)開啟電壓開啟電壓V VT T （增強型參數(shù)）（增強型參數(shù)）(1)(1) 夾斷電壓夾斷電壓V VP P （耗盡型參數(shù)）（耗盡型參數(shù)）(3) (3) 飽和漏電流飽和漏電流I IDSSDSS （耗盡型參數(shù)）（耗盡型參數(shù)）(4) (4) 直流輸入電阻直流輸入電阻R RGSGS

22、 （10109 910101515 ） 指在指在vDS一定值下，使一定值下，使iD為一微小電流時，柵為一微小電流時，柵-源之間所加的電壓。源之間所加的電壓。 指在指在vDS一定值下，使一定值下，使iD為一微小電流時，柵為一微小電流時，柵-源之間所加的電壓。源之間所加的電壓。 是結(jié)型場效應(yīng)管和耗盡型是結(jié)型場效應(yīng)管和耗盡型MOSFET的參數(shù)，是指在的參數(shù)，是指在Vgs=0時，產(chǎn)生預(yù)時，產(chǎn)生預(yù)夾斷時的漏極電流。夾斷時的漏極電流。漏源之間短路，柵源電壓與柵極電流之比。漏源之間短路，柵源電壓與柵極電流之比。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院2交流參數(shù)交流參數(shù) (1

23、) 低頻互導(dǎo)低頻互導(dǎo)gm考慮到考慮到 2TGSnD)(VKi v則則DSDSGS2TGSnGSDm)(VVVKigvvv )(2TGSnVK vnDTGS)(KiV vDn2iK DS GSDmVigv 反映了柵反映了柵-源電壓對漏極電流的控制能力。源電壓對漏極電流的控制能力。 LWK 2Coxnn其中其中 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院2交流參數(shù)交流參數(shù) (2) 輸出電阻輸出電阻rds GSDDSdsVir v當(dāng)不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)時，當(dāng)不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)時， 0 0，rdsds 說明了說明了vDS對對iD的影響，是輸出特性某一點上切線斜率的倒數(shù)。的影

24、響，是輸出特性某一點上切線斜率的倒數(shù)。 考慮溝道調(diào)制效應(yīng)時，考慮溝道調(diào)制效應(yīng)時，N N溝道增強型溝道增強型MOSMOS管管D12TGSnds1)(iVKr v(3)極間電容極間電容Cgs、Cgd和和Cds 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院3極限參數(shù)極限參數(shù) (1) 最大柵最大柵-源電壓源電壓V(BR)GS(2) 最大漏最大漏-源電壓源電壓V(BR)DS(3) 最大漏極電流最大漏極電流IDM(4) 最大耗散功率最大耗散功率PDM 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院4.1.4 各種場效應(yīng)管的特性比較各種場效應(yīng)管的特性比較

25、圖圖4.1.13 各種場效應(yīng)管的符號各種場效應(yīng)管的符號 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院圖圖4.1.14 各種場效應(yīng)管的特性曲線各種場效應(yīng)管的特性曲線(a) 轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性 (b) 輸出特性輸出特性 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院4.1.5 場效應(yīng)管使用注意事項場效應(yīng)管使用注意事項1.MOS管使用時，應(yīng)將襯底與源極連在一起，以減小源極、管使用時，應(yīng)將襯底與源極連在一起，以減小源極、襯底之間電壓對管子導(dǎo)電性能的影響。襯底之間電壓對管子導(dǎo)電性能的影響。2.場效應(yīng)管的源極與漏極一般可以互換。場效應(yīng)管的源極與漏極一般可

26、以互換。3.結(jié)型場效應(yīng)管的柵源電壓不能接反，但可開路保存。結(jié)型場效應(yīng)管的柵源電壓不能接反，但可開路保存。4.絕緣柵型場效應(yīng)管，在存放和工作中，應(yīng)絕緣柵型場效應(yīng)管，在存放和工作中，應(yīng)避免柵極懸空避免柵極懸空?？稍跂旁礃O之間提供直流通路或加雙向穩(wěn)壓對管保護?？稍跂旁礃O之間提供直流通路或加雙向穩(wěn)壓對管保護。5.焊接時，烙鐵外殼必須良好接地，以屏蔽交流電場，防焊接時，烙鐵外殼必須良好接地，以屏蔽交流電場，防止損壞管子。特別是焊接止損壞管子。特別是焊接MOSFET時，最好斷電后再焊。時，最好斷電后再焊。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院 4.2 場效應(yīng)管放大電路場

27、效應(yīng)管放大電路4.2.1 場效應(yīng)管共源放大電路場效應(yīng)管共源放大電路4.2.2 場效應(yīng)管共漏放大電路場效應(yīng)管共漏放大電路 4.2.3 場效應(yīng)管共柵放大電路場效應(yīng)管共柵放大電路4.2.4 場效應(yīng)管與晶體管放大電路的比較場效應(yīng)管與晶體管放大電路的比較4.2.5 場效應(yīng)管放大電路的頻率響應(yīng)場效應(yīng)管放大電路的頻率響應(yīng) 場效應(yīng)管基本放大電路也有三種組態(tài)，即場效應(yīng)管基本放大電路也有三種組態(tài)，即共源組態(tài)放共源組態(tài)放大電路、共漏組態(tài)放大電路和共柵組態(tài)基本放大電路大電路、共漏組態(tài)放大電路和共柵組態(tài)基本放大電路，與雙極型晶體管基本放大電路的共射組態(tài)放大電路、共與雙極型晶體管基本放大電路的共射組態(tài)放大電路、共集組態(tài)放

28、大電路和共基組態(tài)基本放大電路相對應(yīng)。集組態(tài)放大電路和共基組態(tài)基本放大電路相對應(yīng)。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院4.2.1 場效應(yīng)管共源放大電路場效應(yīng)管共源放大電路1. 靜態(tài)分析靜態(tài)分析(1) 自給偏壓電路自給偏壓電路 圖圖4.2.1 場效應(yīng)管共源自給偏壓電路場效應(yīng)管共源自給偏壓電路 自給偏壓電路適用于自給偏壓電路適用于結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管基本放大電路和基本放大電路和耗盡型絕緣柵耗盡型絕緣柵型場效應(yīng)管。型場效應(yīng)管。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點IDQ、VGSQ和和VDSQ的計算：的計算

29、： 靜態(tài)時柵極電流為零，柵極電位靜態(tài)時柵極電流為零，柵極電位VG=0V，則柵源為負(fù)偏壓，即：，則柵源為負(fù)偏壓，即： RIVVVDQSGGSQ21PGSQDSSDQVVII)(RRIVVdDQDDDSQ解得解得IDQ、VGSQ和和VDSQ 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院(2) 分壓偏置電路分壓偏置電路 1. 靜態(tài)分析靜態(tài)分析圖圖4.2.2 場效應(yīng)管共源分壓偏置電路場效應(yīng)管共源分壓偏置電路該偏置電路適合該偏置電路適合各種類型的場效應(yīng)管各種類型的場效應(yīng)管放大電路。圖中放大電路。圖中Rg1、Rg2是柵極偏置電阻，是柵極偏置電阻，R是源極電阻，是源極電阻，Rd是

30、漏極負(fù)載電阻。是漏極負(fù)載電阻。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院圖圖4.2.3 分壓式偏置電路的直流通路分壓式偏置電路的直流通路211ggDDgGRRVRVRIVVVVDQGSGGSQ21PGSQDSSDQVVII)(RRIVVdDQDDDSQ可解得可解得IDQ、VGSQ和和VDSQ 對于增強型絕緣柵型場效應(yīng)管，其漏極電流方程為對于增強型絕緣柵型場效應(yīng)管，其漏極電流方程為21TGSQDODQVVII式中，式中，IDO是是vGS=2VT時所對應(yīng)的時所對應(yīng)的iD。 (2) 分壓偏置電路分壓偏置電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子

31、電氣工程學(xué)院例例4.2.1 電路如圖電路如圖4.2.4所示，已知場效應(yīng)管的所示，已知場效應(yīng)管的VP=1V，IDSS=0.5mA，其余電路參數(shù)如圖中標(biāo)注，試確定，其余電路參數(shù)如圖中標(biāo)注，試確定Q點。點。 圖圖4.2.5 例例4.2.1電路電路 解：將已知條件帶入以下兩式解：將已知條件帶入以下兩式21PGSQDSSDQVVIISDQggDDgGSQRIRRVRV211 得得 )64. 095. 0(DQI mA 而而IDSS=0.5mA，IDQ不應(yīng)大于不應(yīng)大于IDSS，所以，所以IDQ=(0.95-0.64)mA=0.31mA將將IDQ分別代入分別代入VGSQ和和VDSQ的表達(dá)式，可解得：的表達(dá)式

32、，可解得：VGSQ0.22V，VDSQ8.1V 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院2. 動態(tài)分析動態(tài)分析 (1) 場效應(yīng)管的小信號模型場效應(yīng)管的小信號模型 圖圖4.2.5 場效應(yīng)管的低頻小信號模型場效應(yīng)管的低頻小信號模型 由于柵源之間的輸入電阻非常大，認(rèn)由于柵源之間的輸入電阻非常大，認(rèn)為柵極電流為零，輸入回路只有柵源為柵極電流為零，輸入回路只有柵源電壓存在。電壓存在。輸出回路是受控源并聯(lián)輸出電阻輸出回路是受控源并聯(lián)輸出電阻rds。受控源為電壓控制電流源。受控源為電壓控制電流源。一般一般rds為幾十千歐到幾百千歐，通常為幾十千歐到幾百千歐，通?？梢院雎云溆绊?/p>

33、。可以忽略其影響。 該模型僅適用于中低頻段。該模型僅適用于中低頻段。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院 (2) 動態(tài)分析動態(tài)分析圖圖4.2.6 圖圖4.2.1(a)電路的小信號等效電路電路的小信號等效電路 1) 電壓增益電壓增益(/)omgsdLvg vRR 因因vi=vGS，所以，所以)/(LmLdmiovRgRRgvvA式中式中RL=Rd/RL。 LiLimiosisovsRRRRgvvvvvvA式中式中Ri是放大電路輸入電阻是放大電路輸入電阻 。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院 2) 輸入電阻輸入電阻 21

34、/ggiiiRRivR3) 輸出電阻輸出電阻 dttoRivR圖圖4.2.7 求解圖求解圖4.2.1(a)電路輸出電阻的小信號等效電路電路輸出電阻的小信號等效電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院 例例4.2.2 繪出例繪出例4.2.1電路的小信號等效電路，求出該電路的電壓增益、電路的小信號等效電路，求出該電路的電壓增益、輸入電阻和輸出電阻。輸入電阻和輸出電阻。解：解： (1) 小信號等效電路如圖小信號等效電路如圖4.2.8所示。所示。 (2) 電壓增益電壓增益 22 0.50.22(1)(1)0.78mS11DSSGSmPPIVgVV 4 .23103

35、01078. 0)/(33dmdsdmvRgrRgA(3) 輸入電阻和輸出電阻輸入電阻和輸出電阻 3126/10.046 1010igggRRRR /30koddsdRRrR 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院4.2.2 場效應(yīng)管共漏放大電路場效應(yīng)管共漏放大電路圖圖4.2.9 共漏極基本放大電路共漏極基本放大電路 直流通路直流通路場效應(yīng)管共漏基本放大電路從源極輸出，故又稱為場效應(yīng)管共漏基本放大電路從源極輸出，故又稱為源極輸出器源極輸出器。 1. 靜態(tài)分析靜態(tài)分析 sDQggDDgSGGSQRIRRVRVVV211TGSVV 需要滿足需要滿足 ，否則管子工作

36、在截止區(qū)。，否則管子工作在截止區(qū)。 TGSVV 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院假設(shè)工作在恒流區(qū)，即假設(shè)工作在恒流區(qū)，即 ，有，有 )(TGSDSVVV2TGSnD)(VVKIQQsRIVVDDDDS聯(lián)立，求出靜態(tài)工作點聯(lián)立，求出靜態(tài)工作點Q 但是要驗證是否滿足但是要驗證是否滿足 )(TGSDSVVV如果不滿足，說明假設(shè)錯誤，應(yīng)當(dāng)再假設(shè)工作在可變電阻區(qū)，如果不滿足，說明假設(shè)錯誤，應(yīng)當(dāng)再假設(shè)工作在可變電阻區(qū)， 則有則有 )(TGSDSVVV QQQVKIDSTGSnD )(2VV解出解出IDQ、VGSQ和和VDSQ，注意剔除一組不合理的解，注意剔除一組不合

37、理的解 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院2. 動態(tài)分析動態(tài)分析 圖圖4.2.11 共漏極低頻小信號等效電路共漏極低頻小信號等效電路 (1) 電壓增益電壓增益 ogsivvv(/)(/)omgsdssLmgssLmLvg vrRRg vRRg R式中式中 LsLRRR/1LmLmvRgRgA表明，表明，Av略小于略小于1且接近且接近1，輸出電壓與輸入電壓同相。，輸出電壓與輸入電壓同相。所以，共漏極放大電路也稱作所以，共漏極放大電路也稱作電壓跟隨器或源極跟隨器電壓跟隨器或源極跟隨器。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院(

38、2) 輸入電阻 213/gggiRRRR(3) 輸出電阻 圖圖4.2.12 共漏極放大電路的輸出電阻共漏極放大電路的輸出電阻 gsgssdtvvvvgsmstdsttvgRvrvimsmsdsmsdsttogRgRrgRrivR1/1/111 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院例例4.2.3 在圖在圖4.2.9所示的共漏極基本放大電路中，設(shè)所示的共漏極基本放大電路中，設(shè)VDD=24V，Rs=10k，Rg1=3M，Rg2=5M，Rg3=100M，負(fù)載電阻，負(fù)載電阻RL=10 k，并且已知場效應(yīng)管在，并且已知場效應(yīng)管在Q處的互導(dǎo)處的互導(dǎo)gm=1.8mS，試估算

39、，試估算放大電路的電壓增益、輸入電阻和輸出電阻放大電路的電壓增益、輸入電阻和輸出電阻 解：解： 9 . 0101010108 . 11101010108 . 11LmLmvRgRgA3125 3/(100)10253igggRRRR 11011.8/k0.53k1101.8osmRRg 圖圖4.2.9 共漏極基本放大電路共漏極基本放大電路 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院4.2.3 場效應(yīng)管共柵放大電路場效應(yīng)管共柵放大電路1靜態(tài)分析靜態(tài)分析 圖圖4.2.13 N溝道增強型絕緣柵場效應(yīng)溝道增強型絕緣柵場效應(yīng)管共柵極放大電路管共柵極放大電路 2動態(tài)分析動態(tài)分

40、析 圖圖4.2.14 圖圖4.2.13電路的小信號等效電路電路的小信號等效電路 (1)電壓增益電壓增益(/)(/)mgsdLovigsmdLmLg vRRvAvvgRRg R式中式中RL=Rd/RL。 退出淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院(2) 輸入電阻輸入電阻 msmsgsmsgsgsiiigRgRvgRvvivR1/11(3) 輸出電阻輸出電阻 doRR 場效應(yīng)管共柵極放大電路的電壓增益為正值，說明輸入、場效應(yīng)管共柵極放大電路的電壓增益為正值，說明輸入、輸出電壓同相；輸入電阻小，輸出電阻大。輸出電壓同相；輸入電阻小，輸出電阻大。 2動態(tài)分析動態(tài)分析 退出

41、淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院淮陰師范學(xué)院物理與電子電氣工程學(xué)院4.2.4 場效應(yīng)管與晶體管放大電路的比較場效應(yīng)管與晶體管放大電路的比較1. 場效應(yīng)管與晶體管的性能比較場效應(yīng)管與晶體管的性能比較(1) 場效應(yīng)管是場效應(yīng)管是電壓控制器件電壓控制器件，輸入電阻為，輸入電阻為1071015，柵極基本不，柵極基本不取電流。而晶體管是取電流。而晶體管是電流控制器件電流控制器件，輸入電阻一般小于，輸入電阻一般小于104，基極必，基極必須取一定的電流。因此，對于信號源額定電流極小的情況，應(yīng)選用場須取一定的電流。因此，對于信號源額定電流極小的情況，應(yīng)選用場效應(yīng)管。效應(yīng)管。(2) 場效應(yīng)管具有較好的溫度穩(wěn)定

42、性、抗輻射性和低噪聲性。場效應(yīng)管具有較好的溫度穩(wěn)定性、抗輻射性和低噪聲性。(3) 場效應(yīng)管除了和晶體管一樣可作為放大器件及可控開關(guān)外，還可作場效應(yīng)管除了和晶體管一樣可作為放大器件及可控開關(guān)外，還可作壓控可變線性電阻使用。壓控可變線性電阻使用。(4) 場效應(yīng)管的源極和漏極在結(jié)構(gòu)上是對稱的，可以互換使用；耗盡型場效應(yīng)管的源極和漏極在結(jié)構(gòu)上是對稱的，可以互換使用；耗盡型MOS管的柵源電壓可正可負(fù)。因此，使用場效應(yīng)管比晶體管管的柵源電壓可正可負(fù)。因此，使用場效應(yīng)管比晶體管(結(jié)構(gòu)不對結(jié)構(gòu)不對稱稱)更為靈活。更為靈活。(5) 場效應(yīng)管制造工藝簡單，占用芯片面積比晶體三極管要小得多，故場效應(yīng)管制造工藝簡單，占用芯片面積比晶體三極管要小得多，故場效應(yīng)管適合于大規(guī)模集成。場效應(yīng)管適合于大規(guī)模集成。(6)場效應(yīng)管的跨導(dǎo)較小，當(dāng)組成放大電路時，在相同的負(fù)載電阻下，場效應(yīng)管的跨導(dǎo)較小，當(dāng)組成放大電路時，在相同的負(fù)載電阻下，電壓