第4章 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路

1、2022年1月2日星期日第四章14場(chǎng)效應(yīng)管放大電路場(chǎng)效應(yīng)管放大電路引言引言2022年1月2日星期日第四章2v場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管(FET)的特點(diǎn)：的特點(diǎn)： 體積小、重量輕、耗電省、壽命長(zhǎng)；輸入阻體積小、重量輕、耗電省、壽命長(zhǎng)；輸入阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)性好、抗輻射能力強(qiáng)、抗高、噪聲低、熱穩(wěn)性好、抗輻射能力強(qiáng)、制造工藝簡(jiǎn)單。制造工藝簡(jiǎn)單。v主要用途：大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路。主要用途：大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路。v分類：結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管分類：結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(JFET)、金屬、金屬-氧化氧化物物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管2022年1月2日星期日第四章3v特點(diǎn)：只有一種載流子參與導(dǎo)電特點(diǎn)：只有一種載流子參與導(dǎo)

2、電(電子或空電子或空穴穴)。v本節(jié)要掌握的主要內(nèi)容：本節(jié)要掌握的主要內(nèi)容：v了解了解FET的結(jié)構(gòu)、基本工作原理、特性曲線、的結(jié)構(gòu)、基本工作原理、特性曲線、主要參數(shù)、基本放大原理。主要參數(shù)、基本放大原理。2022年1月2日星期日第四章44.1JFETv 4.1.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理v 1.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)v N溝道溝道JFET的結(jié)構(gòu)示意圖如的結(jié)構(gòu)示意圖如圖圖4.1.1(a)所所示。圖示。圖(b)為其電路符號(hào)，為其電路符號(hào)，圖圖(c)為實(shí)際的為實(shí)際的N溝溝道道JFET的結(jié)構(gòu)剖面圖。的結(jié)構(gòu)剖面圖。v P溝道溝道JFET的結(jié)構(gòu)示意圖如的結(jié)構(gòu)示意圖如圖圖4.1.2所示。所示。2022年1月

3、2日星期日第四章52022年1月2日星期日第四章62022年1月2日星期日第四章72022年1月2日星期日第四章82.工作原理工作原理v以以N溝道溝道JFET為例，分析為例，分析JFET的工作原理。的工作原理。vN溝道溝道JFET 工作時(shí)，工作時(shí)，vGS0,使使N溝道中的多數(shù)載流子溝道中的多數(shù)載流子(電子電子)在電場(chǎng)的作用下，由源極向漏極運(yùn)動(dòng)，形成在電場(chǎng)的作用下，由源極向漏極運(yùn)動(dòng)，形成iD， iD 的大小受的大小受vGS的控制。的控制。2022年1月2日星期日第四章9v因此，討論因此，討論JFET的工作原理就是討論的工作原理就是討論vGS對(duì)對(duì)iD的控制作用和的控制作用和vDS對(duì)對(duì)iD的影響。的

4、影響。v(1) vGS對(duì)對(duì)iD的控制作用的控制作用v 如圖如圖4.1.3所示。所示。va. vDS0，導(dǎo)電溝道不變，如導(dǎo)電溝道不變，如圖圖4.1.3a 。v b.當(dāng)當(dāng)vGS由零向負(fù)值增大時(shí)，在反偏電壓由零向負(fù)值增大時(shí)，在反偏電壓vGS作用下，兩個(gè)作用下，兩個(gè)PN結(jié)的耗盡層結(jié)的耗盡層(即耗盡區(qū)即耗盡區(qū))將將加寬，使導(dǎo)電溝道變窄，溝道電阻增大，如加寬，使導(dǎo)電溝道變窄，溝道電阻增大，如圖圖4.1.3b。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)112022年1月2日星期日第四章102022年1月2日星期日第四章11v c. 當(dāng)當(dāng)vGS的絕對(duì)值進(jìn)一步增大到某一定值的絕對(duì)值進(jìn)一步增大到某一定值 時(shí)，兩側(cè)耗盡層將在中間合攏，溝道全部時(shí)，兩側(cè)耗

5、盡層將在中間合攏，溝道全部被夾斷，如被夾斷，如圖圖4.1.3c所示。所示。v此時(shí)漏源極間的電阻將趨于無(wú)窮大，相應(yīng)的此時(shí)漏源極間的電阻將趨于無(wú)窮大，相應(yīng)的柵源電壓稱為夾斷電壓柵源電壓稱為夾斷電壓VP（也有的用（也有的用vGS（off） 表示的）。表示的）。PV轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)132022年1月2日星期日第四章122022年1月2日星期日第四章13v上述分析表明：改變上述分析表明：改變vGS的大小，可的大小，可以有效的控制溝道電阻以有效的控制溝道電阻(寬度寬度)的大小。的大小。如果在漏源之間加上固定正向電壓如果在漏源之間加上固定正向電壓vDS，即可控制由漏極流向源極的電，即可控制由漏極流向源極的電流流iD的大

6、小。的大小。2022年1月2日星期日第四章14v(2)vDS對(duì)對(duì)iD的的影響影響v如圖如圖4.1.4所示。所示。va.當(dāng)當(dāng)vDS =0時(shí)，溝道如圖時(shí)，溝道如圖4.1.4a所示，并有所示，并有iD =0，這是容易理解的。，這是容易理解的。vb.但隨著但隨著vDS 逐漸增加，由于逐漸增加，由于溝道溝道自漏到自漏到源存在著源存在著電位梯度電位梯度，耗盡層也愈向，耗盡層也愈向N型半導(dǎo)型半導(dǎo)體中心擴(kuò)展，使靠近漏極處的導(dǎo)電溝道比靠體中心擴(kuò)展，使靠近漏極處的導(dǎo)電溝道比靠近源極要窄，導(dǎo)電溝道呈楔形，如圖近源極要窄，導(dǎo)電溝道呈楔形，如圖4.1.4b所示。所示。 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)172022年1月2日星期日第四章152022

7、年1月2日星期日第四章16轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)20轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)212022年1月2日星期日第四章17v另外，增加另外，增加vDS，雖然產(chǎn)生了阻礙漏極電流，雖然產(chǎn)生了阻礙漏極電流iD提高的因素。但在提高的因素。但在vDS較小時(shí)，導(dǎo)電溝道靠近較小時(shí)，導(dǎo)電溝道靠近漏端區(qū)域仍較寬，這時(shí)阻礙的因素是次要的，漏端區(qū)域仍較寬，這時(shí)阻礙的因素是次要的，故故iD隨隨vDS 升高幾乎成正比地增大，構(gòu)成如升高幾乎成正比地增大，構(gòu)成如圖圖4.1.5a所示曲線所示曲線(圖圖4.1.5為為FET的輸出特性，的輸出特性，其定義見(jiàn)其定義見(jiàn)4.1.2節(jié)節(jié))的上升段。的上升段。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)192022年1月2日星期日第四章18轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)192022年1月2日星期日第

8、四章19vc.當(dāng)當(dāng)vDS繼續(xù)增加，使漏柵間的電位差加大，繼續(xù)增加，使漏柵間的電位差加大，靠近漏端電位差最大，耗盡層也最寬。當(dāng)兩靠近漏端電位差最大，耗盡層也最寬。當(dāng)兩耗盡層在耗盡層在A點(diǎn)相遇時(shí)點(diǎn)相遇時(shí)(圖圖4.1.4c)，稱為預(yù)夾斷，稱為預(yù)夾斷，此時(shí)，此時(shí)， A點(diǎn)耗盡層兩邊的電位差用夾斷電壓點(diǎn)耗盡層兩邊的電位差用夾斷電壓VP來(lái)描述。由于來(lái)描述。由于vGS=0，故有，故有vGD vDSVP。v當(dāng)當(dāng)vGS 0時(shí)，在預(yù)夾斷點(diǎn)時(shí)，在預(yù)夾斷點(diǎn)A處處VP與與vGS、 vDS之間有如下關(guān)系：之間有如下關(guān)系：vGD = vGS - vDS VP (4.l.1)2022年1月2日星期日第四章20v圖圖4.1.4c

9、所示的情況，對(duì)應(yīng)于圖所示的情況，對(duì)應(yīng)于圖4.1.5a中中iD達(dá)達(dá)到了飽和漏極電流到了飽和漏極電流IDSS， IDSS下標(biāo)中的第二下標(biāo)中的第二個(gè)個(gè)S表示柵源極間短路的意思。表示柵源極間短路的意思。v d.溝道一旦在溝道一旦在A點(diǎn)預(yù)夾斷后，隨著點(diǎn)預(yù)夾斷后，隨著vDS上上升，夾斷長(zhǎng)度會(huì)略有增加，亦即自升，夾斷長(zhǎng)度會(huì)略有增加，亦即自A點(diǎn)向源點(diǎn)向源極方向延伸極方向延伸(如如圖圖4.1.4d所示所示)。2022年1月2日星期日第四章21v但由于夾斷處場(chǎng)強(qiáng)也增大，仍能將電子拉但由于夾斷處場(chǎng)強(qiáng)也增大，仍能將電子拉過(guò)夾斷區(qū)過(guò)夾斷區(qū)(實(shí)即耗盡層實(shí)即耗盡層)，形成漏極電流，這，形成漏極電流，這和和NPN型型BJT在

10、集電結(jié)反偏時(shí)仍能把電子拉在集電結(jié)反偏時(shí)仍能把電子拉過(guò)耗盡區(qū)基本上是相似的。在從源極到夾斷過(guò)耗盡區(qū)基本上是相似的。在從源極到夾斷處的溝道上，溝道內(nèi)電場(chǎng)基本上不隨處的溝道上，溝道內(nèi)電場(chǎng)基本上不隨vDS改變改變而變化。所以，而變化。所以，iD基本上不隨基本上不隨vDS 增加而上增加而上升升,漏極電流趨于飽和。漏極電流趨于飽和。2022年1月2日星期日第四章22v如果如果FET柵源極之間接一可調(diào)負(fù)電源，由于柵源極之間接一可調(diào)負(fù)電源，由于柵源電壓愈負(fù)，耗盡層愈寬，溝道電阻就愈柵源電壓愈負(fù)，耗盡層愈寬，溝道電阻就愈大，相應(yīng)的大，相應(yīng)的iD就愈小。因此，改變柵源電壓就愈小。因此，改變柵源電壓vGS可得一族曲

11、線，如圖可得一族曲線，如圖4.1.5b所示。由于每所示。由于每個(gè)管子的個(gè)管子的VP為一定值，因此，從式為一定值，因此，從式(4.1.1)可可知，預(yù)夾斷點(diǎn)隨知，預(yù)夾斷點(diǎn)隨vGS 的改變而變化，它在輸?shù)母淖兌兓?，它在輸出特性上的軌跡如出特性上的軌跡如圖圖4.1.5b中左邊虛線所示。中左邊虛線所示。2022年1月2日星期日第四章232022年1月2日星期日第四章24v分析表明：在分析表明：在0vDSVp(預(yù)加斷預(yù)加斷)之后，之后， iD 趨于飽和，趨于飽和，vDS再增加，再增加， iD 變化不大。變化不大。v(3)結(jié)論結(jié)論(P160)：vJFET柵極與導(dǎo)電溝道之間的柵極與導(dǎo)電溝道之間的PNJ是反向

12、是反向偏置的，因此，偏置的，因此，iG0，管子的輸入電阻很高。，管子的輸入電阻很高。PV2022年1月2日星期日第四章25vJFET是電壓控制電流器件，是電壓控制電流器件，iD受受vGS的的控制。控制。v預(yù)夾斷前，預(yù)夾斷前，iD 與與vDS呈線性關(guān)系；預(yù)夾呈線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，斷后，iD趨于飽和。趨于飽和。vP溝道溝道JFET工作時(shí)，其電源極性與工作時(shí)，其電源極性與N溝道溝道JFET的電源極性相反，工作原理基本相同。的電源極性相反，工作原理基本相同。2022年1月2日星期日第四章26v4.1.2JFET的特性曲線的特性曲線v1.輸出特性輸出特性v如圖如圖4.1.5(b)所示。所示。v區(qū)為可變電

13、阻區(qū)，此區(qū)，區(qū)為可變電阻區(qū)，此區(qū)，iD受受vGS的控的控制。制。v區(qū)為飽和區(qū)或恒流區(qū)，區(qū)為飽和區(qū)或恒流區(qū)，F(xiàn)ET作為放大作為放大器件時(shí)，一般就工作在此區(qū)，所以，器件時(shí)，一般就工作在此區(qū)，所以，區(qū)又區(qū)又稱之為線性放大區(qū)。此區(qū)，稱之為線性放大區(qū)。此區(qū)， iD 基本不受基本不受vGS 和和vDS的控制。的控制。轉(zhuǎn)282022年1月2日星期日第四章27轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)292022年1月2日星期日第四章28v區(qū)為擊穿區(qū)，此區(qū)，由于區(qū)為擊穿區(qū)，此區(qū)，由于PNJ所受的所受的反向電壓過(guò)高，而使反向電壓過(guò)高，而使PNJ發(fā)生雪崩擊穿。發(fā)生雪崩擊穿。v2.轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性v如如圖圖4.1.6所示。所示。iD = f (vGS)

14、 =Cv轉(zhuǎn)移特性曲線可以從轉(zhuǎn)移特性曲線可以從輸出特性輸出特性曲線上獲得。曲線上獲得。v3.主要參數(shù)主要參數(shù)(參閱參閱P162163)DSv2022年1月2日星期日第四章29v(1)夾斷電壓夾斷電壓VPv 由式由式(4.1.1)和圖和圖4.1.4c知，當(dāng)知，當(dāng)vGS0時(shí)，時(shí)，vDS VP 。但實(shí)際測(cè)試時(shí)，。但實(shí)際測(cè)試時(shí)， 通常令通常令vDS 為為某一固定值某一固定值(例如例如10V)，使，使iD等于一個(gè)微小的等于一個(gè)微小的電流電流(例如例如50A)時(shí)，柵源之間所加的電壓稱時(shí)，柵源之間所加的電壓稱為夾斷電壓。從物理意義上來(lái)說(shuō)，這時(shí)相當(dāng)為夾斷電壓。從物理意義上來(lái)說(shuō)，這時(shí)相當(dāng) 于圖于圖4.1.4d中的

15、夾斷點(diǎn)延伸到靠近源極，達(dá)中的夾斷點(diǎn)延伸到靠近源極，達(dá)到全夾斷狀態(tài)。到全夾斷狀態(tài)。2022年1月2日星期日第四章30v考慮到靠近源端縱向電位差接近于零，源端考慮到靠近源端縱向電位差接近于零，源端耗盡層兩邊的電位差可認(rèn)為是耗盡層兩邊的電位差可認(rèn)為是vGS，所以此時(shí)，所以此時(shí)有有vGSVP。v(2)飽和漏電流飽和漏電流IDSSv 在在vGS0的情況下，當(dāng)?shù)那闆r下，當(dāng)vDSIVPI時(shí)的漏極時(shí)的漏極電流稱為飽和漏電流電流稱為飽和漏電流IDSS。通常令。通常令vDS10V， vGS0V時(shí)測(cè)出的時(shí)測(cè)出的iD就是就是IDSS。在轉(zhuǎn)移特性上，。在轉(zhuǎn)移特性上，就是就是vGS0 時(shí)的漏極電流時(shí)的漏極電流(見(jiàn)圖見(jiàn)圖4

16、.1.6a)。 2022年1月2日星期日第四章312022年1月2日星期日第四章32v對(duì)于對(duì)于JFET來(lái)說(shuō)，來(lái)說(shuō)，IDSS也是管子所能輸出的也是管子所能輸出的最大電流。最大電流。v(3)最大漏源電壓最大漏源電壓V(BR)DSv V(BR)DS是指發(fā)生雪崩擊穿、是指發(fā)生雪崩擊穿、iD開(kāi)始急劇上開(kāi)始急劇上升時(shí)的升時(shí)的vDS值。由于加到值。由于加到PN結(jié)上的反向偏壓結(jié)上的反向偏壓與與vGS 有關(guān)，因此有關(guān)，因此vGS 愈負(fù)，愈負(fù)， V(BR)DS越小。越小。2022年1月2日星期日第四章33v(4)最大柵源電壓最大柵源電壓V(BR)GSv V(BR)GS 是指輸入是指輸入PN結(jié)反向電流開(kāi)始急劇結(jié)反向

17、電流開(kāi)始急劇增加時(shí)的增加時(shí)的vGS值值。v(5)直流輸入電阻直流輸入電阻RGSv 在漏源之間短路的條件下，柵源之間加一在漏源之間短路的條件下，柵源之間加一定電壓時(shí)的柵源直流電阻就是直流輸入電阻定電壓時(shí)的柵源直流電阻就是直流輸入電阻RGS。2022年1月2日星期日第四章34v(6)低頻互導(dǎo)低頻互導(dǎo)(跨導(dǎo)跨導(dǎo))gmv 在在vDS等于常數(shù)時(shí)，漏極電流的微變量和等于常數(shù)時(shí)，漏極電流的微變量和引起這個(gè)變化的柵源電壓的微變引起這個(gè)變化的柵源電壓的微變v量之比稱為互導(dǎo)量之比稱為互導(dǎo)(也稱跨導(dǎo)也稱跨導(dǎo))，即，即).(CGSDm314DSvvig2022年1月2日星期日第四章35v互導(dǎo)反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的

18、控制能力。互導(dǎo)反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制能力。v互導(dǎo)互導(dǎo)gm是表征是表征FET放大能力的一個(gè)重要參放大能力的一個(gè)重要參數(shù)，單位為數(shù)，單位為mS或或S。vgm 一般在十分之幾至幾一般在十分之幾至幾mS的范圍內(nèi)，特的范圍內(nèi)，特殊的可達(dá)殊的可達(dá)100mS，甚至更高。，甚至更高。v值得注意的是，互導(dǎo)隨管子的工作點(diǎn)不同值得注意的是，互導(dǎo)隨管子的工作點(diǎn)不同而變，它是而變，它是JFET小信號(hào)建模的重要參數(shù)之一。小信號(hào)建模的重要參數(shù)之一。 2022年1月2日星期日第四章36v如果手頭沒(méi)有如果手頭沒(méi)有FET的特性曲線，則可利用式的特性曲線，則可利用式(4.1.2)和式和式(4.1.3)近近v似估算似估算gm

19、值，即值，即).()()()(GSPPPGSDSSGSPGSDSSm4140121時(shí)當(dāng)vVVVvIdvVvIdg2022年1月2日星期日第四章37(7)輸出電阻輸出電阻rdv輸出電阻輸出電阻rd說(shuō)明了說(shuō)明了vDS對(duì)對(duì)iD的影響，是輸出的影響，是輸出特性某一點(diǎn)上切線斜率的倒數(shù)。在飽和區(qū)特性某一點(diǎn)上切線斜率的倒數(shù)。在飽和區(qū)(即即線性放大區(qū)線性放大區(qū))， iD 隨隨vDS改變很小，因此改變很小，因此rd的的數(shù)值很大，一般在幾十千歐到幾百千歐之間。數(shù)值很大，一般在幾十千歐到幾百千歐之間。).(GSDDSd514Vivr2022年1月2日星期日第四章38v(8)最大耗散功率最大耗散功率PDMv JFET

20、的耗散功率等于的耗散功率等于vDS和和iD的乘積，即的乘積，即PDM vDSiD ，這些耗散在管子中的功率將，這些耗散在管子中的功率將變?yōu)闊崮埽构茏拥臏囟壬?。為了限制它變?yōu)闊崮?，使管子的溫度升高。為了限制它的溫度不要升得太高，就要限制它的耗散功的溫度不要升得太高，就要限制它的耗散功率不能超過(guò)最大數(shù)值率不能超過(guò)最大數(shù)值PDM 。顯然，。顯然， PDM 受管受管子最高工作溫度的限制。子最高工作溫度的限制。 2022年1月2日星期日第四章39v除了以上參數(shù)外，除了以上參數(shù)外，JFET還有噪聲系數(shù)、還有噪聲系數(shù)、高頻參數(shù)、極間電容等其他參數(shù)。高頻參數(shù)、極間電容等其他參數(shù)。vJFET的噪聲系數(shù)很小，

21、可達(dá)的噪聲系數(shù)很小，可達(dá)1.5dB以以下。表下。表4.1.1列出了幾種典型的列出了幾種典型的N溝道溝道JFET的主要參數(shù)。的主要參數(shù)。2022年1月2日星期日第四章40v 4.2砷化鎵金屬砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(自學(xué)自學(xué))2022年1月2日星期日第四章414.3金屬金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)v4.3.1N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFETv1.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)v圖圖4.3.1(a)所示，為所示，為N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFET的剖面示意圖。的剖面示意圖。(b)、(c)為電為電路符號(hào)。路符號(hào)。2022年1月2日星期日第四章422022年1月2日星

22、期日第四章432022年1月2日星期日第四章44v2.工作原理工作原理(如圖如圖4.3.2所示所示)va.vGS=0時(shí)，無(wú)導(dǎo)電溝道時(shí)，無(wú)導(dǎo)電溝道(如圖如圖4.3.2a)。vb.vGSVT時(shí)，在絕緣層下方將時(shí)，在絕緣層下方將感應(yīng)出感應(yīng)出N型型導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道(如圖如圖4.3.2b) 。vVT：開(kāi)啟電壓：開(kāi)啟電壓-在漏源電壓作用下，開(kāi)始導(dǎo)在漏源電壓作用下，開(kāi)始導(dǎo)電時(shí)的柵源電壓。電時(shí)的柵源電壓。vc.當(dāng)當(dāng)絕緣層下方絕緣層下方感應(yīng)出感應(yīng)出N型導(dǎo)電溝道后，型導(dǎo)電溝道后，在漏源之間加一正向電壓，當(dāng)在漏源之間加一正向電壓，當(dāng)vDS較小時(shí)，較小時(shí)，iD隨著隨著vDS的增大而迅速增大的增大而迅速增大(如圖如圖4

23、.3.2c) 。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)392022年1月2日星期日第四章452022年1月2日星期日第四章462022年1月2日星期日第四章472022年1月2日星期日第四章482022年1月2日星期日第四章49vd.當(dāng)當(dāng)vDS較大時(shí)，近漏端導(dǎo)電溝道將出現(xiàn)夾較大時(shí)，近漏端導(dǎo)電溝道將出現(xiàn)夾斷現(xiàn)象，斷現(xiàn)象，iD趨于飽和。趨于飽和。v3.特性曲線，如特性曲線，如圖圖4.3.3所示。所示。v4.參數(shù)參數(shù)(自學(xué)自學(xué))v5.特點(diǎn)：特點(diǎn)：當(dāng)當(dāng)vGS0時(shí)，沒(méi)有導(dǎo)電溝道，只時(shí)，沒(méi)有導(dǎo)電溝道，只有當(dāng)有當(dāng)vGS 0且且vGS VT(開(kāi)啟電壓開(kāi)啟電壓)時(shí)，才有導(dǎo)時(shí)，才有導(dǎo)電溝道出現(xiàn)，而且隨著電溝道出現(xiàn)，而且隨著vGS 的的增大，導(dǎo)電溝

24、增大，導(dǎo)電溝道變寬。道變寬。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)412022年1月2日星期日第四章502022年1月2日星期日第四章514.3.2N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFETvN溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET與與N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFET的的區(qū)別區(qū)別在于在二氧化硅層中摻有在于在二氧化硅層中摻有大量的正離子，即使在大量的正離子，即使在vGS0時(shí)，源漏之時(shí)，源漏之間舊存在著導(dǎo)電溝道。如間舊存在著導(dǎo)電溝道。如圖圖4.3.4所示。所示。v4.3.3各種各種FET的特性比較及使用注意事的特性比較及使用注意事項(xiàng)項(xiàng)(自學(xué)自學(xué))轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)432022年1月2日星期日第四章522022年1月2日星期日第四章534.4FET放大電路放

25、大電路v4.4.1 FET的直流偏置電路及靜態(tài)分析的直流偏置電路及靜態(tài)分析v1直流偏置電路直流偏置電路vFET與與BJT放大電路比較放大電路比較v（1）相同點(diǎn)：都要建立合適的）相同點(diǎn)：都要建立合適的Q點(diǎn)。點(diǎn)。v（2）不同點(diǎn)：）不同點(diǎn)：FET是電壓控制器件，是電壓控制器件，BJT是是流控器件。因此它需要有合適的柵極電壓。流控器件。因此它需要有合適的柵極電壓。2022年1月2日星期日第四章54v通常通常FET放大電路的偏置形式有兩種?，F(xiàn)以放大電路的偏置形式有兩種?，F(xiàn)以N溝道耗盡型溝道耗盡型JFET為例說(shuō)明如下：為例說(shuō)明如下：v(1)自偏壓電路自偏壓電路 v如如圖圖4.4.1a所示，和所示，和BJT

26、的射極偏置電路相似，的射極偏置電路相似，通常在源極接入源極電阻通常在源極接入源極電阻R，就可組成自偏，就可組成自偏壓電路。壓電路。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)462022年1月2日星期日第四章55轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)612022年1月2日星期日第四章56v考慮到耗盡型考慮到耗盡型FET即使在即使在vGS0時(shí)，也有漏時(shí)，也有漏源電流流過(guò)源電流流過(guò)R，而柵極是經(jīng)電阻，而柵極是經(jīng)電阻Rg接地的，接地的，所以在靜態(tài)時(shí)柵源之間將有負(fù)柵壓所以在靜態(tài)時(shí)柵源之間將有負(fù)柵壓vGS IDR。圖中電容。圖中電容C對(duì)對(duì)R起旁路作用，稱為源極起旁路作用，稱為源極旁路電容。旁路電容。v增強(qiáng)型增強(qiáng)型FET只有柵源電壓先達(dá)到某個(gè)開(kāi)啟電只有柵源電壓先達(dá)到某個(gè)開(kāi)啟電壓

27、壓VT時(shí)才有漏極電流時(shí)才有漏極電流ID，因此這類管子不能，因此這類管子不能用于圖用于圖4.4.1a所示自偏壓電路。所示自偏壓電路。2022年1月2日星期日第四章57v(2)分壓器式自偏壓電路分壓器式自偏壓電路v雖然自偏壓電路比較簡(jiǎn)單，但當(dāng)靜態(tài)工作雖然自偏壓電路比較簡(jiǎn)單，但當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)決定后，點(diǎn)決定后，VGS和和ID就確定了，因而就確定了，因而R選擇選擇的范圍很小。分壓器式自偏壓電路是在圖的范圍很小。分壓器式自偏壓電路是在圖4.4.1a的基礎(chǔ)上加接分壓電阻后組成的，如的基礎(chǔ)上加接分壓電阻后組成的，如圖圖4.4.1b所示。所示。2022年1月2日星期日第四章582022年1月2日星期日第四章59v

28、漏極電源漏極電源VDD經(jīng)分壓電阻經(jīng)分壓電阻Rg1和和Rg2分壓后，通分壓后，通過(guò)過(guò)Rg3供給柵極電壓供給柵極電壓VGRg2VDD/(Rgl+Rg2)，同時(shí)漏極電流在源極電阻同時(shí)漏極電流在源極電阻R上也產(chǎn)生壓降上也產(chǎn)生壓降VsIDR，因此，靜態(tài)時(shí)加在，因此，靜態(tài)時(shí)加在FET上的柵源電壓為上的柵源電壓為:)(DDg2g1g2DDDDg2g1g2SGGSVRRRRIRIVRRRVVV2022年1月2日星期日第四章60v這種偏壓電路的另一特點(diǎn)是這種偏壓電路的另一特點(diǎn)是適用于增強(qiáng)型適用于增強(qiáng)型管電路管電路。v2靜態(tài)工作點(diǎn)的確定靜態(tài)工作點(diǎn)的確定v對(duì)對(duì)FET放大電路的靜態(tài)分析可以采用圖解放大電路的靜態(tài)分析可

29、以采用圖解法或用公式計(jì)算，圖解的原理和法或用公式計(jì)算，圖解的原理和BJT相似。相似。下面討論用公式進(jìn)行計(jì)算以確定下面討論用公式進(jìn)行計(jì)算以確定Q點(diǎn)。由式點(diǎn)。由式(4.1.2)有：有：2022年1月2日星期日第四章61分析圖分析圖4.4.1a和和b電路電路有：有：21)(PGSDSSDVvIi).()().(DDg2g1g2DgsDgs244144VRRRRivRiv2022年1月2日星期日第四章62v故確定故確定Q點(diǎn)時(shí)：點(diǎn)時(shí)：v對(duì)圖對(duì)圖4.4.1a，可聯(lián)立求解式，可聯(lián)立求解式(4.1.2)和式和式(4.4.1)；v對(duì)圖對(duì)圖4.4.1b，可聯(lián)立求解式，可聯(lián)立求解式(4.1.2)和式和式(4.4.2

30、)。2022年1月2日星期日第四章63v例例4.4.1 電路參數(shù)如圖電路參數(shù)如圖4.4.1b所示，所示，Rg1=2M，Rg2=47k， Rdd30k， R=2k，VDD=18V，F(xiàn)ET的的Vp=一一1V，IDSS0.5mA，試確定，試確定Q點(diǎn)。點(diǎn)。v解：根據(jù)式解：根據(jù)式(4.1.2)和式和式(4.4.2)有有2022年1月2日星期日第四章64V.)(mA.V)()(mA.DgsgsDDgsgsDivviivvi24015024720001847115022或2022年1月2日星期日第四章65v將上式中將上式中vGS的表達(dá)式代人的表達(dá)式代人iD的表達(dá)式，得的表達(dá)式，得 iD 0.5mA(1+0.

31、42 iD )2v解出解出iD =(0.95土土0.64)mA，而，而IDSS=0.5mA， iD 不應(yīng)大于不應(yīng)大于IDSS，所以，所以 iD IDQ0.31mA， vGS VGSQ0.42iD一一0.22V， vDSVDSQ=VDD一一ID(Rd十十R) 8.1V。2022年1月2日星期日第四章66v如果管子的輸出特性和電路參數(shù)已知，則如果管子的輸出特性和電路參數(shù)已知，則可用圖解法進(jìn)行分析?？捎脠D解法進(jìn)行分析。v4.4.2 FET4.4.2 FET放大電路的小信號(hào)模型分析法放大電路的小信號(hào)模型分析法v當(dāng)輸人信號(hào)很小，當(dāng)輸人信號(hào)很小，F(xiàn)ETFET工作在線性放大區(qū)工作在線性放大區(qū)( (即即輸出特

32、性中的恒流區(qū)輸出特性中的恒流區(qū)) )時(shí)，可用小信號(hào)模型來(lái)時(shí)，可用小信號(hào)模型來(lái)分析。分析。2022年1月2日星期日第四章67v1 1FET的小信號(hào)模型的小信號(hào)模型v在在4.1節(jié)已討論了節(jié)已討論了FET的互導(dǎo)的互導(dǎo)gm和輸出電阻和輸出電阻rd。FET還可用第三個(gè)小信號(hào)參數(shù)還可用第三個(gè)小信號(hào)參數(shù)來(lái)描述，來(lái)描述，稱稱為電壓放大系數(shù)，它和為電壓放大系數(shù)，它和gm 、 rd 有如下關(guān)系：有如下關(guān)系： gm rd (4.4.3)2022年1月2日星期日第四章68據(jù)此和據(jù)此和gm、rd的定義的定義 見(jiàn)式見(jiàn)式( (4.1.3) )和和( (4.1.5)，可導(dǎo)出，可導(dǎo)出v是一個(gè)無(wú)量綱的數(shù)，同樣可在特性曲線上是一個(gè)

33、無(wú)量綱的數(shù)，同樣可在特性曲線上求出。求出。).(DDDgsdGSDSGSDS444IsIIvvvvvv2022年1月2日星期日第四章69v如果用如果用 gm 表示電壓表示電壓 控制的電流源，用控制的電流源，用rd表示電流源電阻，則作為雙口有源器件的表示電流源電阻，則作為雙口有源器件的FET(圖圖4.4.2a)，也可導(dǎo)出其小信號(hào)模型，如，也可導(dǎo)出其小信號(hào)模型，如圖圖4.4.2b所示。所示。v圖中，輸入電阻圖中，輸入電阻rgs，是柵源間的電阻，由于，是柵源間的電阻，由于FET為電壓控制器件，其值極大。為電壓控制器件，其值極大。gsVgsV轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)712022年1月2日星期日第四章702022年1月2日

34、星期日第四章71v當(dāng)當(dāng)FETFET用在高頻或脈沖電路時(shí)，極間電容用在高頻或脈沖電路時(shí)，極間電容的影響不能忽略，這時(shí)的影響不能忽略，這時(shí)FETFET需用高頻模型需用高頻模型( (圖圖4.4.2c)c)來(lái)表示。來(lái)表示。2022年1月2日星期日第四章722022年1月2日星期日第四章732 2應(yīng)用小信號(hào)模型法分析應(yīng)用小信號(hào)模型法分析FETFET放大電路放大電路v如圖如圖4.4.3a a所示，為所示，為FET共源放大電路。分析共源放大電路。分析步驟和步驟和BJT電路相同。電路相同。v圖圖4.4.3b b為圖為圖4.4.3a a所示電路的中頻小信號(hào)模所示電路的中頻小信號(hào)模型，圖中型，圖中rd通常在幾百千

35、歐的數(shù)量級(jí)，一般通常在幾百千歐的數(shù)量級(jí)，一般負(fù)載電阻比負(fù)載電阻比rd小很多，故此時(shí)可以認(rèn)為小很多，故此時(shí)可以認(rèn)為rd開(kāi)路。開(kāi)路。2022年1月2日星期日第四章74(1)(1)中頻電壓增益中頻電壓增益).()(io)(mdmmdgsmomgsgsmgsi54411RgRgRgRgRgVVAVVVVVVV2022年1月2日星期日第四章75v式式(4.4.5)中的負(fù)號(hào)表示中的負(fù)號(hào)表示 反相，共源反相，共源電路屬倒相電壓放大電路。電路屬倒相電壓放大電路。v (2)輸入電阻輸入電阻Ri=rgs /Rg3+(Rg1/ Rg2 )通常通常 rgs Rg3+(Rg1/ Rg2 )故故 Ri Rg3+(Rg1/

36、 Rg2) (4.4.6)ioVV與2022年1月2日星期日第四章76v(3)輸出電阻輸出電阻 RoRd (4.4.7) 例例4.4.2 典型的共漏電路典型的共漏電路源極輸出源極輸出器如圖器如圖4.4.4a所示，試求其中頻電壓增益所示，試求其中頻電壓增益Avm、輸入電阻輸入電阻Ri和輸出電阻和輸出電阻Ro 。v 解：圖解：圖4.4.4a的中頻小信號(hào)等效電路如圖的中頻小信號(hào)等效電路如圖4.4.4b所示。所示。v (1)中頻電壓增益中頻電壓增益轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)792022年1月2日星期日第四章772022年1月2日星期日第四章782022年1月2日星期日第四章79 由圖由圖4.4.4b b可知可知).()/()/()/)()/(LmLmiomLoimooigsL