電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分課件第四章

1、第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路4 場效應(yīng)管放大電路 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路引言： 1.場效應(yīng)管的特點 (1)它是利用改變外加電壓產(chǎn)生的電場強(qiáng)度來控制其導(dǎo)電能力的半導(dǎo)體器件。 (2)它具有雙極型三極管的體積小、重量輕、耗電少、壽命長等優(yōu)點， (3)還具有輸入電阻高、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、噪聲低、制造工藝簡單、便于集成等特點。 (4)(4)在大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用。 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路2.場效應(yīng)管的分類根據(jù)結(jié)構(gòu)和工作原理的不同，場效應(yīng)管可分為兩大類： (1)結(jié)型場效應(yīng)管(JFET) (2) (2)絕緣柵型場

2、效應(yīng)管(IGFET)(IGFET)。 3.本章內(nèi)容 (1)結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、工作原理、特性曲線和主要參數(shù) (2)絕緣柵型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、工作原理、特性曲線和主要參數(shù) (3)場效應(yīng)管放大電路。第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路4.1 結(jié)型場效應(yīng)管 1結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu) （1 1）N N溝道結(jié)型場效應(yīng)管在一塊N N型半導(dǎo)體材料的兩邊各擴(kuò)散一個高雜質(zhì)濃度的P+ P+ 區(qū), ,就形成兩個不對稱的P+NP+N結(jié)，即耗盡層。把兩個P+P+區(qū)并聯(lián)在一起，引出一個電極g g，稱為柵極，在N N型半導(dǎo)體的兩端各引出一個電極，分別稱為源極s s和漏極d d。第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大

3、電路第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管的與三極管的三個電極的對應(yīng)關(guān)系：場效應(yīng)管的與三極管的三個電極的對應(yīng)關(guān)系：柵極柵極g-g- -基極基極b b源極源極s-s- -發(fā)射極發(fā)射極e e漏極漏極d-d- -集電極集電極c c 夾在兩個夾在兩個P+NP+N結(jié)中間的區(qū)域稱為結(jié)中間的區(qū)域稱為導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道（簡稱溝道）。（簡稱溝道）。圖圖1(a)1(a)所示的管子的所示的管子的N N區(qū)是電流的通道，稱為區(qū)是電流的通道，稱為N N溝道結(jié)型場效溝道結(jié)型場效應(yīng)管。應(yīng)管。 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的電路符號如圖1(b)所示。其中，柵極上的箭頭表示柵極電

4、流的方向（由P區(qū)指向N區(qū)）。由結(jié)型場效應(yīng)管代表符號中柵極上的箭頭方向，可以確認(rèn)溝道的類型。第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路N溝道溝道JFET的結(jié)構(gòu)剖面圖如圖所示的結(jié)構(gòu)剖面圖如圖所示第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路 圖中襯底和頂部的中間都是圖中襯底和頂部的中間都是P+型半導(dǎo)體，它們連接在一型半導(dǎo)體，它們連接在一起（圖中未畫出）作為柵極起（圖中未畫出）作為柵極g。 兩個兩個N+區(qū)分別作為源極區(qū)分別作為源極s和漏極和漏極d。 三個電極三個電極s、g、d分別由不同的鋁接觸層引出。分別由不同的鋁接觸層引出。 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路（2）P溝道結(jié)型場效應(yīng)

5、管溝道結(jié)型場效應(yīng)管 如果在一塊如果在一塊P型半導(dǎo)體的兩邊各擴(kuò)散一個高雜質(zhì)濃度的型半導(dǎo)體的兩邊各擴(kuò)散一個高雜質(zhì)濃度的N+區(qū)，就可以制成一個區(qū)，就可以制成一個P溝道的結(jié)型場效應(yīng)管。溝道的結(jié)型場效應(yīng)管。P溝道結(jié)型溝道結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖和它在電路中的代表符號如下場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖和它在電路中的代表符號如下 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路2.結(jié)型場效應(yīng)管的工作原理 N N溝道和P P溝道結(jié)型場效應(yīng)管的工作原理完全相同，現(xiàn)以N N溝道結(jié)型場效應(yīng)管為例，分析其工作原理。（1 1）偏置電壓N N溝道結(jié)型場效應(yīng)管工作時，需要外加如圖4 4所示的偏置電壓. . 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電

6、路場效應(yīng)管放大電路第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路a.柵柵-源極間加一負(fù)電壓源極間加一負(fù)電壓(vGS 0)作用：使柵作用：使柵-源極間的源極間的P+N結(jié)反偏，柵極電流結(jié)反偏，柵極電流iG0，場效應(yīng)，場效應(yīng)管呈現(xiàn)很高的輸入電阻管呈現(xiàn)很高的輸入電阻(高達(dá)高達(dá)108W左右左右)。b.漏漏-源極間加一正電壓源極間加一正電壓(vDS0)作用：使作用：使N溝道中的多數(shù)載流子電子在電場作用下由源極向溝道中的多數(shù)載流子電子在電場作用下由源極向漏極作漂移運動，形成漏極電流漏極作漂移運動，形成漏極電流iD。第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路 在上述兩個電源的作用下在上述兩個電源的作用下,

7、iD的大小主要受柵的大小主要受柵-源電壓源電壓vGS控制，同時也受漏控制，同時也受漏-源電壓源電壓vDS的影響。的影響。 因此，討論場效應(yīng)管的工作原理就是：因此，討論場效應(yīng)管的工作原理就是：a.討論柵討論柵-源電壓源電壓vGS對漏極電流對漏極電流iD（或溝道電阻）的控制作用（或溝道電阻）的控制作用b.討論漏討論漏-源電壓源電壓vDS對漏極電流對漏極電流iD的影響的影響。 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路(2)vGS對對iD的控制作用的控制作用圖圖5所示電路說明了所示電路說明了vGS對溝道電阻的控制作用。為便于討對溝道電阻的控制作用。為便于討論，先假設(shè)漏論，先假設(shè)漏-源極間所加的電

8、壓源極間所加的電壓vDS=0。a. 當(dāng)當(dāng)vGS=0時，時，溝道較寬，其電阻較小溝道較寬，其電阻較小，如圖，如圖5(a)所示。所示。b. 當(dāng)當(dāng)VP vGS0，且其大小增加時，在這個反偏電壓的作用，且其大小增加時，在這個反偏電壓的作用下，兩個下，兩個P+N結(jié)耗盡層將加寬。由于結(jié)耗盡層將加寬。由于N區(qū)摻雜濃度小于區(qū)摻雜濃度小于P+區(qū)，因此，隨著區(qū)，因此，隨著|vGS| 的增加，的增加，耗盡層將主要向耗盡層將主要向N溝道中擴(kuò)溝道中擴(kuò)展，使溝道變窄，溝道電阻增大，展，使溝道變窄，溝道電阻增大，如圖如圖5(b)所示。所示。第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路 圖圖5 V5 VGSGS對溝道電阻的

9、控制作用對溝道電阻的控制作用 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路 C. C.當(dāng)當(dāng)V VGSGS V VP P時，兩側(cè)的耗盡層將在溝道中央合攏，溝道全時，兩側(cè)的耗盡層將在溝道中央合攏，溝道全部被夾斷，部被夾斷，如圖如圖5(c)5(c)所示。由于耗盡層中沒有載流子，因此這所示。由于耗盡層中沒有載流子，因此這時漏時漏- -源極間的電阻將趨于無窮大，即使加上一定的電壓源極間的電阻將趨于無窮大，即使加上一定的電壓v vDS，漏極電流漏極電流i iD也將為零。這時的柵也將為零。這時的柵- -源電壓源電壓v vGS稱為稱為夾斷電壓夾斷電壓，用，用V VP表示。如圖表示。如圖5(c)5(c)所示。

10、所示。 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路 圖圖5 V5 VGSGS對溝道電阻的控制作用對溝道電阻的控制作用 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路上述分析表明上述分析表明: :(a)(a)改變柵源電壓改變柵源電壓v vGSGS的大小，可以有效的大小，可以有效控制溝道電阻的大小控制溝道電阻的大小. .(b)(b)若同時在漏源若同時在漏源- -極間加上固定的正向電壓極間加上固定的正向電壓v vDSDS，則漏極電流，則漏極電流i iD D將受將受v vGSGS的控制，的控制，|v|vGSGS| |增大時，溝道電阻增大，增大時，溝道電阻增大，i iD D減小減小。(c)(c)上述

11、效應(yīng)也可以看作是柵上述效應(yīng)也可以看作是柵- -源極間的偏置電壓在溝道兩邊源極間的偏置電壓在溝道兩邊建立了電場，電場強(qiáng)度的大小控制了溝道的寬度，即控制了建立了電場，電場強(qiáng)度的大小控制了溝道的寬度，即控制了溝道電阻的大小，從而控制了漏極電流溝道電阻的大小，從而控制了漏極電流i iD D的大小。的大小。 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路(3)(3) v vDSDS對對i iD D的影響的影響 設(shè)設(shè)v vGSGS值固定，且值固定，且V VP PvvGSGS0 V Vp p 時，時，溝道全部被夾斷，溝道全部被夾斷，i iD D00，這時場效應(yīng)管處于截止?fàn)顟B(tài)。，這時場效應(yīng)管處于截止?fàn)顟B(tài)。截止

12、區(qū)處于輸出特截止區(qū)處于輸出特性曲線圖的橫座標(biāo)軸附近性曲線圖的橫座標(biāo)軸附近( (圖圖1 1中未標(biāo)注中未標(biāo)注) )。 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路常數(shù)DSVGSDvfi)(由于轉(zhuǎn)移特性和輸出特性都是用來描述由于轉(zhuǎn)移特性和輸出特性都是用來描述v vGSGS、v vDSDS及及i iD D間的關(guān)系的，所以轉(zhuǎn)間的關(guān)系的，所以轉(zhuǎn)移特性曲線可以根據(jù)輸出特性曲線繪出。移特性曲線可以根據(jù)輸出特性曲線繪出。 作法如下：在圖作法如下：在圖7 7所示的輸出特性中作一條所示的輸出特性中作一條v vDSDS=10V=10V的垂線，將此垂線與的垂線，將此垂線與各條輸出特性曲線的交點各條輸出特性曲線的交點A

13、 A、B B和和C C所對應(yīng)的所對應(yīng)的i iD D、v vGSGS的值轉(zhuǎn)移到的值轉(zhuǎn)移到i iD D-v-vGSGS直角坐直角坐標(biāo)系中，即可得到轉(zhuǎn)移特性曲線，如圖標(biāo)系中，即可得到轉(zhuǎn)移特性曲線，如圖8(a)8(a)所示。改變所示。改變v vDSDS的大小，可得到的大小，可得到一族轉(zhuǎn)移特性曲線，如圖一族轉(zhuǎn)移特性曲線，如圖8(b)8(b)所示。所示。它反映了柵它反映了柵- -源電壓源電壓v vGS對對i iD的控制作用。的控制作用。 （2 2）轉(zhuǎn)移特性曲線）轉(zhuǎn)移特性曲線 轉(zhuǎn)移特性曲線用來描述轉(zhuǎn)移特性曲線用來描述vDSvDS取一定值時，取一定值時，iDiD與與vGSvGS間的關(guān)系的曲間的關(guān)系的曲線，即線

14、，即: :第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路作法如下作法如下：在圖：在圖7 7所示的輸出特性中作一條所示的輸出特性中作一條v vDSDS=10V=10V的垂線，將此垂線的垂線，將此垂線與各條輸出特性曲線的交點與各條輸出特性曲線的交點A A、B B和和C C所對應(yīng)的所對應(yīng)的i iD D、v vGSGS的值轉(zhuǎn)移到的值轉(zhuǎn)移到i iD D-v-vGSGS直角坐標(biāo)系中，即可得到轉(zhuǎn)移特性曲線，如圖直角坐標(biāo)系中，即可得到轉(zhuǎn)移特性曲線，如圖8(a)8(a)所示。改變所示。改變v vDSDS的的大小，可得到一族轉(zhuǎn)移特性曲線，如圖大小，可得到一族轉(zhuǎn)移特性曲線，如圖8(b)8(b)所示。所示。注：書中注

15、：書中162頁圖頁圖4.1.6第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路vGSiDIDSS(a)(b)圖圖8 N溝道溝道JFET轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性vGSiDVGS=20V10V5V1VvGSiD第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路(VPvGS0)式中式中I IDSSDSS為為v vGSGS=0=0，v vDSDS00時的漏極電流，稱為飽和漏極電流。時的漏極電流，稱為飽和漏極電流。 )1 (pGSDSSDVvIi 由此圖可以看出，當(dāng)由此圖可以看出，當(dāng)v vDSDS大于一定的數(shù)值后大于一定的數(shù)值后( (圖中為圖中為v vDSDS5V5V）后，）后，不同不同v vDSDS下的轉(zhuǎn)移特性曲線

16、幾乎重合，這是因為在飽和區(qū)內(nèi)下的轉(zhuǎn)移特性曲線幾乎重合，這是因為在飽和區(qū)內(nèi)i iD D幾乎不隨幾乎不隨v vDSDS而變。因此可用一條轉(zhuǎn)移特性曲線來表示飽和區(qū)中而變。因此可用一條轉(zhuǎn)移特性曲線來表示飽和區(qū)中i iD D與與v vGSGS的關(guān)系的關(guān)系。在飽和區(qū)內(nèi)。在飽和區(qū)內(nèi)i iD D可近似地表示為可近似地表示為 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路4.4.結(jié)型場效應(yīng)管主要參數(shù)結(jié)型場效應(yīng)管主要參數(shù) (1) (1) 夾斷電壓夾斷電壓V VP P 當(dāng)當(dāng)v vDSDS為某一固定值為某一固定值( (例如例如10V)10V)，使，使i iD D等于某一微小電等于某一微小電流流( (例如例如50mA)

17、50mA)時，柵時，柵- -源極間所加的電壓即夾斷電壓。源極間所加的電壓即夾斷電壓。(2) (2) 飽和漏極電流飽和漏極電流I IDSSDSS 在在v vGSGS=0=0的條件下，場效應(yīng)管發(fā)生預(yù)夾斷時的漏極電的條件下，場效應(yīng)管發(fā)生預(yù)夾斷時的漏極電流。流。 I IDSSDSS是結(jié)型場效管管子所能輸出的最大電流。是結(jié)型場效管管子所能輸出的最大電流。第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路(3) (3) 直流輸入電阻直流輸入電阻R RGSGS 它是在漏它是在漏- -源極間短路的條件下，柵源極間短路的條件下，柵- -源極間加一定電壓源極間加一定電壓時，柵時，柵- -源極間的直流電阻。源極間的直流

18、電阻。(4) (4) 低頻跨導(dǎo)低頻跨導(dǎo)g gm m 當(dāng)當(dāng)v vDSDS為常數(shù)時，漏極電流的微小變化量與柵為常數(shù)時，漏極電流的微小變化量與柵- -源電壓源電壓v vGSGS的微小變化量之比為跨導(dǎo)，即的微小變化量之比為跨導(dǎo)，即 常數(shù)DSVGSDmvig第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路 g gm m反映了反映了柵柵- -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，是表征場效應(yīng)管放大，是表征場效應(yīng)管放大能力的一個重要參數(shù)。單位為西門子能力的一個重要參數(shù)。單位為西門子(s)(s)，有時也用，有時也用msms或或ss表示。需要表示。需要指出的是，指出的是，g gm m與管子的工作電

19、流有關(guān)，與管子的工作電流有關(guān)，i iD D越大，越大，g gm m就越大就越大。在放大電路。在放大電路中，場效應(yīng)管工作在飽和區(qū)中，場效應(yīng)管工作在飽和區(qū)( (恒流區(qū)恒流區(qū)) )，g gm m可由下式求得，即可由下式求得，即 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路作業(yè)：習(xí)題4.1.3第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路4.3 4.3 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 結(jié)型場效應(yīng)管的輸入電阻雖然可達(dá)結(jié)型場效應(yīng)管的輸入電阻雖然可達(dá)106106109W109W，但在要求輸入電，但在要求輸入電阻更高的場合，還是不能滿足要求。阻更高的場合，還是不能滿足要求。 本

20、節(jié)介紹的金屬本節(jié)介紹的金屬- -氧化物氧化物- -半導(dǎo)體場效應(yīng)管（半導(dǎo)體場效應(yīng)管（MOSFETMOSFET）具有更高）具有更高的輸入電阻，可的輸入電阻，可10101515歐姆。并具有是制造工藝簡單、適于集成電路的歐姆。并具有是制造工藝簡單、適于集成電路的優(yōu)點。優(yōu)點。 MOSMOS管也有管也有N N溝道和溝道和P P溝道之分，而且每一類又分為增強(qiáng)型和耗盡溝道之分，而且每一類又分為增強(qiáng)型和耗盡型兩種。增強(qiáng)型型兩種。增強(qiáng)型MOSMOS管在管在v vGSGS=0=0時，沒有導(dǎo)電溝道存在。而耗盡型時，沒有導(dǎo)電溝道存在。而耗盡型MOSMOS管在管在v vGSGS=0=0時，就有導(dǎo)電溝道存在。時，就有導(dǎo)電溝

21、道存在。 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路 一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu) 在一塊摻雜濃度較低的在一塊摻雜濃度較低的P P型硅襯底上，制作兩個高摻雜濃度的型硅襯底上，制作兩個高摻雜濃度的N+N+區(qū)，并用金屬鋁引出兩個電極，分別作漏極區(qū)，并用金屬鋁引出兩個電極，分別作漏極d d和源極和源極s s。然后在半然后在半導(dǎo)體表面復(fù)蓋一層很薄的二氧化硅導(dǎo)體表面復(fù)蓋一層很薄的二氧化硅 (SiO2) 絕緣層，在漏絕緣層，在漏-源極間的源極間的絕緣層上再裝上一個鋁電極絕緣層上再裝上一個鋁電極,作為柵極作為柵極g。在襯底上也引出一個電極。在襯底上也引出一個電極B，這就構(gòu)成了一個這就構(gòu)成了一個N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型

22、 MOS管。管。 MOS管的源極和襯底通常管的源極和襯底通常是接在一起的是接在一起的(大多數(shù)管子在出廠前已連接好大多數(shù)管子在出廠前已連接好)。 它的柵極與其它電極間是絕緣的。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：它的柵極與其它電極間是絕緣的。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：4.3.1 N4.3.1 N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSMOS管管第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路 圖1 MOS管的結(jié)構(gòu) 注：注：1 1）代表符號中的箭代表符號中的箭頭方向表示由頭方向表示由P(P(襯底襯底) )指指向向N(N(溝道溝道) )。 2 2）P P溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSMOS管的箭頭方向與上述相反管的箭頭方向與上述相反，如圖，如圖

23、 1(c)1(c)所示。所示。第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路二、工作原理二、工作原理 (以以N溝道增強(qiáng)型為例溝道增強(qiáng)型為例)1 1v vGSGS對對i iD D及溝道的控制作用及溝道的控制作用 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路圖圖2 v2 vGSGS對對i iD D及溝道的控制作用及溝道的控制作用 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路（1 1）v vGSGS=0 =0 的情況的情況從圖從圖1(a)1(a)看出，增強(qiáng)型看出，增強(qiáng)型MOSMOS管的漏極管的漏極d d和源極和源極s s之間有兩個背靠之間有兩個背靠背的背的PNPN結(jié)。結(jié)。當(dāng)柵當(dāng)柵- -源電壓源電

24、壓v vGSGS=0=0時，即使加上漏時，即使加上漏- -源電壓源電壓v vDSDS，而且不論，而且不論v vDSDS的的極性如何，極性如何，總有一個總有一個PNPN結(jié)處于反偏狀態(tài)結(jié)處于反偏狀態(tài)，漏漏- -源極間沒有導(dǎo)電溝源極間沒有導(dǎo)電溝道，所以這時漏極電流道，所以這時漏極電流i iD D00。 （2 2）v vGSGS0 0 的情況的情況若若v vGSGS0 0，則柵極和襯底之間的，則柵極和襯底之間的SiOSiO2 2絕緣層中便產(chǎn)生一個電場。絕緣層中便產(chǎn)生一個電場。電場方向電場方向：垂直于半導(dǎo)體表面的由柵極指向襯底的電場。：垂直于半導(dǎo)體表面的由柵極指向襯底的電場。電場的作用電場的作用：這個電

25、場能排斥空穴而吸引電子。：這個電場能排斥空穴而吸引電子。排斥空穴排斥空穴：使柵極附近的：使柵極附近的P P型襯底中的空穴被排斥，剩下不能移型襯底中的空穴被排斥，剩下不能移動的受主離子動的受主離子( (負(fù)離子負(fù)離子) )，形成耗盡層。，形成耗盡層。第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路吸引電子吸引電子：將：將 P型襯底中的電子（少子）被吸引到襯底表面。型襯底中的電子（少子）被吸引到襯底表面。導(dǎo)電溝道的形成導(dǎo)電溝道的形成： 當(dāng)當(dāng)vGS數(shù)值較小，吸引電子的能力不強(qiáng)時，漏數(shù)值較小，吸引電子的能力不強(qiáng)時，漏-源極之間仍無導(dǎo)電溝道出源極之間仍無導(dǎo)電溝道出現(xiàn)，現(xiàn)，如圖如圖1(b)所示。所示。 vGS

26、增加時，增加時，吸引到吸引到P襯底表面層的電子就襯底表面層的電子就增多增多，當(dāng)當(dāng)vGS達(dá)到某一數(shù)值達(dá)到某一數(shù)值VT時，時，這些電子在柵極附近的這些電子在柵極附近的P襯底表面便形成一個襯底表面便形成一個N型薄層，且與兩個型薄層，且與兩個N+區(qū)相連通，區(qū)相連通，在漏在漏-源極間形成源極間形成N型導(dǎo)電溝道，其導(dǎo)電類型與型導(dǎo)電溝道，其導(dǎo)電類型與P襯底相反，故襯底相反，故又稱為反型層，又稱為反型層，如圖如圖1(c)所示所示。vGS越大，越大，作用于半導(dǎo)體表面的電場就越強(qiáng)作用于半導(dǎo)體表面的電場就越強(qiáng)，吸引到，吸引到P襯底表面的電子就越多，襯底表面的電子就越多，導(dǎo)電溝道越厚，溝道電阻越小導(dǎo)電溝道越厚，溝道電

27、阻越小。 開始形成溝道時的柵開始形成溝道時的柵-源極電壓稱為源極電壓稱為開啟電壓開啟電壓，用，用VT表示表示第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路結(jié)論：結(jié)論： N N溝道溝道MOSMOS管在管在v vGSGSV VT T時，不能形成導(dǎo)電溝道，管子處于截時，不能形成導(dǎo)電溝道，管子處于截止?fàn)顟B(tài)。止?fàn)顟B(tài)。只有當(dāng)只有當(dāng)v vGSGSVVT T時，才有溝道形成。這種必須在時，才有溝道形成。這種必須在v vGSGSVVT T時才能形成導(dǎo)電溝道的時才能形成導(dǎo)電溝道的MOSMOS管稱為管稱為增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOSMOS管。管。 溝道形成以后，在漏溝道形成以后，在漏- -源極間加上正向電壓源極間加上正向電壓

28、v vDSDS，就有漏極，就有漏極電流產(chǎn)生。電流產(chǎn)生。 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路圖圖 2 vDS對對iD的影響的影響2 2v vDS對對i iD的影響的影響 當(dāng)當(dāng)vGSVT且為一確定值時，且為一確定值時，VDS對導(dǎo)電溝道及電流對導(dǎo)電溝道及電流iD的影響與結(jié)型場效應(yīng)管相似。的影響與結(jié)型場效應(yīng)管相似。第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路 i iD D沿溝道產(chǎn)生的電壓降使溝道內(nèi)各點與柵沿溝道產(chǎn)生的電壓降使溝道內(nèi)各點與柵極間的電壓不再相等，靠近源極一端的電壓極間的電壓不再相等，靠近源極一端的電壓最大，這里溝道最厚，而漏極一端電壓最小，最大，這里溝道最厚，而漏極一端電壓最

29、小，其值為其值為v vGDGD=v=vGSGS-v-vDSDS，因而這里溝道最薄。但當(dāng)，因而這里溝道最薄。但當(dāng)v vDSDS較小時較小時 （v vDSDSvvGSGSVVT T） ，它對溝道的影響，它對溝道的影響不大，這時只要不大，這時只要v vGSGS一定，溝道電阻幾乎也是一定，溝道電阻幾乎也是一定的，一定的，所以所以i iD D隨隨v vDSDS近似呈線性變化近似呈線性變化第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路 隨著隨著v vDSDS的增大，靠近漏極的增大，靠近漏極的溝道越來越薄，當(dāng)?shù)臏系涝絹碓奖?，?dāng)v vDSDS增加到增加到使使v vGDGD=v=vGSGS-v-vDSDS=V=

30、VT T( (或或v vDSDS=v=vGSGS-V-VT T) )時，溝道在漏極一端出現(xiàn)預(yù)夾時，溝道在漏極一端出現(xiàn)預(yù)夾斷，如圖斷，如圖2(b)2(b)所示。所示。第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路 再繼續(xù)增大再繼續(xù)增大v vDSDS，夾斷，夾斷點將向源極方向移動，如點將向源極方向移動，如圖圖2(c)2(c)所示。由于所示。由于v vDSDS的增的增加部分幾乎全部降落在夾加部分幾乎全部降落在夾斷區(qū)，故斷區(qū)，故i iD D幾乎不隨幾乎不隨v vDSDS增增大而增加，管子進(jìn)入飽和大而增加，管子進(jìn)入飽和區(qū)，區(qū)，i iD D幾乎僅由幾乎僅由v vGSGS決定決定. .第四章第四章 場效應(yīng)管

31、放大電路場效應(yīng)管放大電路三、三、特性曲線、電流方程特性曲線、電流方程iD/mAvDS/VvGS=3V4V5V1區(qū)區(qū)2區(qū)區(qū)3區(qū)區(qū)a 輸出特性輸出特性vGS/ViD/mAvDS=10Vb 轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路1.1.輸出特性曲線輸出特性曲線( (iD與與vGS的近似關(guān)系的近似關(guān)系)如圖如圖1(a)1(a)所示。與結(jié)型場效應(yīng)管一樣所示。與結(jié)型場效應(yīng)管一樣, ,其輸出特性曲線也可分為可變電其輸出特性曲線也可分為可變電阻區(qū)、飽和區(qū)、截止區(qū)和擊穿區(qū)幾部分。阻區(qū)、飽和區(qū)、截止區(qū)和擊穿區(qū)幾部分。 與結(jié)型場效應(yīng)管相類似。在飽和區(qū)內(nèi)與結(jié)型場效應(yīng)管相類似。在飽和區(qū)內(nèi),iD與

32、與vGS的近似關(guān)系式為的近似關(guān)系式為)(TTGSDDVvVVIiGS20( 1式中式中IDO是是vGS=2VT時的漏極電流時的漏極電流iD。 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路2. 2. 轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線 如圖如圖 1(b)1(b)所示所示, ,由于場效應(yīng)管作放大器件使用時是工作在飽由于場效應(yīng)管作放大器件使用時是工作在飽和區(qū)和區(qū)( (恒流區(qū)恒流區(qū)),),此時此時i iD D幾乎不隨幾乎不隨v vDSDS而變化而變化, ,即不同的即不同的v vDSDS所對應(yīng)的轉(zhuǎn)所對應(yīng)的轉(zhuǎn)移特性曲線幾乎是重合的移特性曲線幾乎是重合的, ,所以可用所以可用v vDSDS大于某一數(shù)值大于某一數(shù)值(

33、v(vDSDSv vGSGS-V-VT T) )后的一條轉(zhuǎn)移特性曲線代替飽和區(qū)的所有轉(zhuǎn)移特性曲線后的一條轉(zhuǎn)移特性曲線代替飽和區(qū)的所有轉(zhuǎn)移特性曲線.第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路1. 1. 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 圖（圖（a a）N N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSMOS管的基本結(jié)構(gòu)（管的基本結(jié)構(gòu)（b b）P P溝道管的符號溝道管的符號（c）N溝道管的符號溝道管的符號 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：N N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSMOS管與管與N N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSMOS管基本相似。管基本相似。區(qū)別：耗盡型區(qū)別：耗盡型MOSMOS管在管在v vGSG

34、S=0=0時，漏源極間已有導(dǎo)電溝道產(chǎn)生，時，漏源極間已有導(dǎo)電溝道產(chǎn)生， 增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOSMOS管要在管要在v vGSGSVVT T時才出現(xiàn)導(dǎo)電溝道。時才出現(xiàn)導(dǎo)電溝道。 4.3.2 N4.3.2 N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSMOS管管 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路 原因：制造原因：制造N N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSMOS管時，在管時，在SiOSiO2 2絕緣層中摻入了大量的堿絕緣層中摻入了大量的堿金屬正離子金屬正離子Na+Na+或或K+(K+(制造制造P P溝道耗盡型溝道耗盡型MOSMOS管時摻入負(fù)離子管時摻入負(fù)離子) )，如圖，如圖1(a)1(a)所所示，因此示，因此即使

35、即使v vGSGS=0=0時，在這些正離子產(chǎn)生的電場作用下，漏源極間的時，在這些正離子產(chǎn)生的電場作用下，漏源極間的P P型襯底表面也能感應(yīng)生成型襯底表面也能感應(yīng)生成N N溝道溝道( (稱為初始溝道稱為初始溝道) )，只要加上正向電壓只要加上正向電壓v vDSDS，就有電流就有電流i iD D。 如果加上正的如果加上正的v vGSGS，柵極與，柵極與N N溝道間的電場將在溝道中吸引來更多的溝道間的電場將在溝道中吸引來更多的電子，溝道加寬，溝道電阻變小，電子，溝道加寬，溝道電阻變小，i iD D增大增大。 反之反之v vGSGS為負(fù)時為負(fù)時，溝道中感應(yīng)的電子減少，溝道變窄，溝道電阻變大，溝道中感應(yīng)

36、的電子減少，溝道變窄，溝道電阻變大，i iD D減小減小。當(dāng)當(dāng)v vGSGS負(fù)向增加到某一數(shù)值時，導(dǎo)電溝道消失，負(fù)向增加到某一數(shù)值時，導(dǎo)電溝道消失，i iD D趨于零，管子趨于零，管子截止，故稱為耗盡型。截止，故稱為耗盡型。溝道消失時的柵溝道消失時的柵-源電壓稱為源電壓稱為夾斷電壓夾斷電壓，仍用，仍用VP表示。表示。第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路 與與N N溝道結(jié)型場效應(yīng)管相同，溝道結(jié)型場效應(yīng)管相同，N N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSMOS管的夾斷電管的夾斷電壓壓V VP P也為負(fù)值，但是，前者只能也為負(fù)值，但是，前者只能在在v vGSGS000，V VP PvvGSGS00的情

37、況下均能實現(xiàn)對的情況下均能實現(xiàn)對i iD D的控制，的控制，而且仍能保持柵而且仍能保持柵- -源極間有很大的絕緣電阻源極間有很大的絕緣電阻, ,使柵極電流為零使柵極電流為零。這是耗盡型。這是耗盡型MOSMOS管管的一個重要特點。的一個重要特點。第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路2 2電流方程電流方程 在飽和區(qū)內(nèi)，耗盡型在飽和區(qū)內(nèi)，耗盡型MOSMOS管的電流方程與結(jié)型場效應(yīng)管的管的電流方程與結(jié)型場效應(yīng)管的電流方程相同，即電流方程相同，即第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路4.3.44.3.4各種場效應(yīng)管特性比較各種場效應(yīng)管特性比較 各類各類FETFET的特性如下表所示的特性

38、如下表所示 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路4.3.5 4.3.5 使用場效應(yīng)管的注意事項使用場效應(yīng)管的注意事項 1從場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)上看，其源極和漏極是對稱的，因此從場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)上看，其源極和漏極是對稱的，因此源源極和漏極可以互換極和漏極可以互換。但有些場效應(yīng)管在制造時已將襯底引線與源。但有些場效應(yīng)管在制造時已將襯底引線與源極連在一起，這種場效應(yīng)管的源極和漏極就不能互換了。極連在一起，這種場效應(yīng)管的源極和漏極就不能互換了。第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路2 2場效應(yīng)管各極間電壓的極性應(yīng)正確接入，結(jié)型場效應(yīng)管的場效應(yīng)管各

39、極間電壓的極性應(yīng)正確接入，結(jié)型場效應(yīng)管的柵柵- -源電壓源電壓v vGSGS的極性不能接反的極性不能接反。3 3當(dāng)當(dāng)MOSMOS管的襯底引線單獨引出時，應(yīng)將其接到電路中的電管的襯底引線單獨引出時，應(yīng)將其接到電路中的電位最低點（對位最低點（對N N溝道溝道MOSMOS管而言）或電位最高點（對管而言）或電位最高點（對P P溝道溝道MOSMOS管而言），以管而言），以保證溝道與襯底間的保證溝道與襯底間的PNPN結(jié)處于反向偏置，使襯結(jié)處于反向偏置，使襯底與溝道及各電極隔離。底與溝道及各電極隔離。4 4MOSMOS管的柵極是絕緣的，感應(yīng)電荷不易泄放，而且絕緣層管的柵極是絕緣的，感應(yīng)電荷不易泄放，而且絕緣

40、層很薄，極易擊穿。所以柵極不能開路，存放時應(yīng)將各電極短很薄，極易擊穿。所以柵極不能開路，存放時應(yīng)將各電極短路。焊接時，電烙鐵必須可靠接地，或者斷電利用烙鐵余熱路。焊接時，電烙鐵必須可靠接地，或者斷電利用烙鐵余熱焊接，并注意對交流電場的屏蔽。焊接，并注意對交流電場的屏蔽。 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路4.3.6 4.3.6 場效應(yīng)管與三極管的性能比較場效應(yīng)管與三極管的性能比較 1 1場效應(yīng)管的源極場效應(yīng)管的源極s s、柵極、柵極g g、漏極、漏極d d分別對應(yīng)于三極管的發(fā)射極分別對應(yīng)于三極管的發(fā)射極e e、基極、基極b b、集電極、集電極c c，它們的，它們的作用相似。作用相似

41、。 2 2場效應(yīng)管是場效應(yīng)管是電壓控制電流器件電壓控制電流器件，由由v vGSGS控制控制i iD D，其放大系數(shù)，其放大系數(shù)g gm m一般較小一般較小，因此場效應(yīng)管的放大能力較差；三極管是，因此場效應(yīng)管的放大能力較差；三極管是電流控制電流器件，電流控制電流器件，由由i iB B（或（或i iE E）控制）控制i iC C。3 3場效應(yīng)管柵極幾乎不取電流場效應(yīng)管柵極幾乎不取電流（ig=0ig=0）；而三極管工作時基極總要；而三極管工作時基極總要吸取吸取一定的電流一定的電流。因此場效應(yīng)管的。因此場效應(yīng)管的輸入電阻輸入電阻比三極管的輸入電阻比三極管的輸入電阻高高。4 4場效應(yīng)管只有多子參與導(dǎo)電；

42、三極管有多子和少子兩種載流子參與導(dǎo)場效應(yīng)管只有多子參與導(dǎo)電；三極管有多子和少子兩種載流子參與導(dǎo)電，因少子濃度受溫度、輻射等因素影響較大，所以場效應(yīng)管比三極管的電，因少子濃度受溫度、輻射等因素影響較大，所以場效應(yīng)管比三極管的溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)。在溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)。在環(huán)境條件（溫度等）變化很大的情況下環(huán)境條件（溫度等）變化很大的情況下應(yīng)選用場效應(yīng)管應(yīng)選用場效應(yīng)管。第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路5 5場效應(yīng)管在源極未與襯底連在一起時，場效應(yīng)管在源極未與襯底連在一起時，源極和漏極可以互換使用，且源極和漏極可以互換使用，且特性變化不大特性變化不大；而三極管的集電極與發(fā)射

43、極互換使用時，其特性差異很大；而三極管的集電極與發(fā)射極互換使用時，其特性差異很大，值將減小很多。值將減小很多。6 6場效應(yīng)管的噪聲系數(shù)很小，場效應(yīng)管的噪聲系數(shù)很小，在低噪聲放大電路的輸入級及要求信噪比在低噪聲放大電路的輸入級及要求信噪比較高的電路中要選用場效應(yīng)管。較高的電路中要選用場效應(yīng)管。7 7場效應(yīng)管場效應(yīng)管和三極管均可組成各種放大電路和開關(guān)電路，但由于前者和三極管均可組成各種放大電路和開關(guān)電路，但由于前者制制造工藝簡單造工藝簡單，且具有耗電少，熱穩(wěn)定性好，工作電源電壓范圍寬等優(yōu)點，且具有耗電少，熱穩(wěn)定性好，工作電源電壓范圍寬等優(yōu)點，因而被因而被廣泛用于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中。廣泛用于

44、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中。 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路4.4.1 4.4.1 場電路的直流偏置電路及靜態(tài)分析場電路的直流偏置電路及靜態(tài)分析 由場效應(yīng)管組成放大電路時，也要建立合適的靜態(tài)工作由場效應(yīng)管組成放大電路時，也要建立合適的靜態(tài)工作點點Q，而且場效應(yīng)管是電壓控制器件，因此需要有合適的柵，而且場效應(yīng)管是電壓控制器件，因此需要有合適的柵-源偏置電壓。源偏置電壓。 常用的直流偏置電路有兩種形式，即自偏壓電路和分常用的直流偏置電路有兩種形式，即自偏壓電路和分壓式自偏壓電路。壓式自偏壓電路。 4.4 4.4 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管

45、放大電路N N溝道耗盡型結(jié)型溝道耗盡型結(jié)型場效應(yīng)管放大器的自偏壓電路如圖場效應(yīng)管放大器的自偏壓電路如圖1(a)1(a)所示。所示。其中場效應(yīng)管的柵極通過電阻其中場效應(yīng)管的柵極通過電阻RgRg接地，源極通過電阻接地，源極通過電阻R R接地。接地。 場效應(yīng)管放大器的自偏壓電路場效應(yīng)管放大器的自偏壓電路 一、直流偏置電路一、直流偏置電路1.自偏壓電路自偏壓電路第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路工作原理工作原理 這種偏置方式靠漏極電流這種偏置方式靠漏極電流ID在源極電阻在源極電阻R上產(chǎn)生的電壓上產(chǎn)生的電壓為柵為柵-源極間提供一個偏置電壓源極間提供一個偏置電壓VGS，故稱為自偏壓電路。，故稱

46、為自偏壓電路。靜態(tài)時，源極電位靜態(tài)時，源極電位VS=IDR。由于。由于柵極電流為零柵極電流為零，Rg上沒有上沒有電壓降，柵極電位電壓降，柵極電位VG=0，所以柵源偏置電壓，所以柵源偏置電壓VGS=VGVS=IDR 。耗盡型耗盡型MOS管管也可采用這種形式的偏也可采用這種形式的偏置電路。置電路。第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路 圖圖1(b)1(b)所示電路是自偏壓電路的所示電路是自偏壓電路的特例特例，其中，其中V VGSGS=0=0。顯然這。顯然這種偏置電路只種偏置電路只適用于耗盡型適用于耗盡型MOSMOS管管，因為在柵源電壓大于零、等，因為在柵源電壓大于零、等于零和小于零的一定范

47、圍內(nèi)，耗盡型于零和小于零的一定范圍內(nèi)，耗盡型MOSMOS管均能正常工作。管均能正常工作。 增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOSMOS管只有在柵管只有在柵- -源電壓達(dá)到其開啟電壓源電壓達(dá)到其開啟電壓V VT T時，才有時，才有漏極電流漏極電流I ID D產(chǎn)生，因此圖產(chǎn)生，因此圖1 1所示的自偏壓電路非增強(qiáng)型所示的自偏壓電路非增強(qiáng)型MOSMOS管。管。 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路2 2分壓器式自偏壓電路分壓器式自偏壓電路 分壓器式自偏壓電路是在自偏壓電路的基礎(chǔ)上加接分壓電分壓器式自偏壓電路是在自偏壓電路的基礎(chǔ)上加接分壓電路后構(gòu)成的，如圖路后構(gòu)成的，如圖2 2所示。所示。 圖 2 第四章第四章

48、場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路工作原理工作原理：靜態(tài)時，由于柵極電流為零，靜態(tài)時，由于柵極電流為零，Rg3上沒有電壓降，所以柵極上沒有電壓降，所以柵極電位由電位由Rg2與與Rg1對電源對電源VDD分壓得到，即分壓得到，即 源極電位源極電位 VS=IDR，因此柵源直流偏置電壓因此柵源直流偏置電壓 VGS=VG-VS 。適用范圍適用范圍：這種偏置方式同樣適用于：這種偏置方式同樣適用于結(jié)型場效應(yīng)管或耗盡結(jié)型場效應(yīng)管或耗盡型型MOSMOS管管組成的放大電路，還適用于組成的放大電路，還適用于增強(qiáng)型增強(qiáng)型管電路。管電路。 DDgggGVRRRV212第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路二、靜態(tài)

49、工作點的確定二、靜態(tài)工作點的確定 1 1估算法求靜態(tài)工作點估算法求靜態(tài)工作點 對場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)分析也可以采用圖解法或?qū)鲂?yīng)管放大電路的靜態(tài)分析也可以采用圖解法或公式估算法，圖解法的步驟與雙極型三極管放大電路的圖公式估算法，圖解法的步驟與雙極型三極管放大電路的圖解法相似。這里僅討論用公式估算法求靜態(tài)工作點。解法相似。這里僅討論用公式估算法求靜態(tài)工作點。 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路工作在飽和區(qū)時，結(jié)型場效應(yīng)管和耗盡型工作在飽和區(qū)時，結(jié)型場效應(yīng)管和耗盡型MOS管的漏極電流管的漏極電流 增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOSMOS管的漏極電流管的漏極電流 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)

50、管放大電路求靜態(tài)工作點時，對于圖求靜態(tài)工作點時，對于圖1(a)1(a)所示的自偏壓電路，可求解方程組所示的自偏壓電路，可求解方程組 得到得到I ID D和和V VGSGS管壓降管壓降 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路對于圖對于圖2 2所示電路，可求解方程組所示電路，可求解方程組 管壓降管壓降 V VDS=V=VDDIID( R( Rd + R ) + R ) 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路圖一圖二RSRg1Rg2Rg3Rd第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路例例1 下圖電路中，設(shè)場效應(yīng)管為下圖電路中，設(shè)場效應(yīng)管為JFET，已知，已知Rg1=300K ，R

51、g2=150K ，VDD=18V，Rd=3K ，RS=3K ，Rg3=1M ，ID0=2.5mA，VT=-2.5V，試用估算法求解靜態(tài)工作點。，試用估算法求解靜態(tài)工作點。CsRLC1C2RSRg1Rg2Rg3Rd+vi-+v0-第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路RSRg1Rg2Rg3Rd解解： （1）畫出電路的直流通路。如下圖所示）畫出電路的直流通路。如下圖所示第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路（2）寫出輸入、輸出回路方程）寫出輸入、輸出回路方程V VDS=V=VDDIID( R( Rd + R ) + R ) 將已知條件代入上式得：將已知條件代入上式得：VmAviiv

52、VivGSDDDSDGS25215261836).(.)()(第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路（3）聯(lián)立求解得：）聯(lián)立求解得：應(yīng)舍去）,(.,.PGSGSVVvVv5255225021mAiD072.VvDS585.所以：所以：VvVGSGSQ22501.mAiIDDQ072.VvVDSDSQ585.第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路 4.4.2 場效應(yīng)管放大電路的的小信號模型分析法場效應(yīng)管放大電路的的小信號模型分析法 一、場效應(yīng)管的小信號模型一、場效應(yīng)管的小信號模型 1. 1. 場效應(yīng)管也是非線性場效應(yīng)管也是非線性器件，在輸入信號電壓很小器件，在輸入信號電壓很小的條

53、件下，也可將其用小信的條件下，也可將其用小信號模型等效。號模型等效。與建立雙極型與建立雙極型三極管小信號模型相似，將三極管小信號模型相似，將場效應(yīng)管也看成一個兩端口場效應(yīng)管也看成一個兩端口網(wǎng)絡(luò)，以結(jié)型場效應(yīng)管為例，網(wǎng)絡(luò)，以結(jié)型場效應(yīng)管為例，柵極與源極之間為輸入端口，柵極與源極之間為輸入端口，漏極與源極之間為輸出端口，漏極與源極之間為輸出端口，如圖如圖1 1（a a）所示。）所示。 +vGS-vDS第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路(1)(1)輸入端口輸入端口無論是哪種類型的場效應(yīng)管，均可以認(rèn)為柵極電流為零，無論是哪種類型的場效應(yīng)管，均可以認(rèn)為柵極電流為零，輸入端口視為開路，柵輸入端

54、口視為開路，柵-源極間只有電壓存在。源極間只有電壓存在。 (2)輸出端口輸出端口在輸出端口，漏極電流在輸出端口，漏極電流i iD是是v vGS和和v vDS的函數(shù)，即的函數(shù)，即 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路（1 1）互導(dǎo)）互導(dǎo)g gm m2.2.研究電壓、電流間的微變關(guān)系時，要用全微分表示研究電壓、電流間的微變關(guān)系時，要用全微分表示，即，即 在介紹場效應(yīng)管參數(shù)時已經(jīng)講過在介紹場效應(yīng)管參數(shù)時已經(jīng)講過常數(shù)DSVGSDmvigg gm m稱為低頻跨導(dǎo)，表征稱為低頻跨導(dǎo)，表征v vGSGS對對i iD D的控制能力。的控制能力。 DSvDSDGSvGSDDdvvidvvidiGSDS

55、第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路（r rd d為場效應(yīng)管的輸出電阻），表明為場效應(yīng)管的輸出電阻），表明v vDSDS對對i iD D的影響程度。的影響程度。 分別用分別用g gm和和r rd d代入代入d diD D的表達(dá)式，則得的表達(dá)式，則得 （2）輸出電阻）輸出電阻rdGSVDDSdivrGSdGSmDdvrdvgdi1第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路（3）小信號參數(shù)）小信號參數(shù)dmrg 稱為電壓放大系數(shù)，是一個無量綱的數(shù)。稱為電壓放大系數(shù)，是一個無量綱的數(shù)。DDDIgsdsIGSDSIGSDSvvvvvv 第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路3. 3

56、. 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 （1）在低頻小信號條件下，場效應(yīng)管可用圖）在低頻小信號條件下，場效應(yīng)管可用圖 (b)所示的模型等效所示的模型等效+vGS-vDSVGS rgsrdV0gmVgs（b）低頻模型）低頻模型第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路（2 2）高頻小信號模型）高頻小信號模型（c）高頻模型）高頻模型第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路 1. 1.共源極放大電路及其小信號模型分析法共源極放大電路及其小信號模型分析法 與雙極型三極管放大電路相對應(yīng)，場效應(yīng)管放大電與雙極型三極管放大電路相對應(yīng)，場效應(yīng)管放大電路也有三種基本組態(tài)，即共源極、共漏極

57、和共柵極放大路也有三種基本組態(tài)，即共源極、共漏極和共柵極放大電路（由于共柵連接時，柵極與溝道間的高阻未能發(fā)揮電路（由于共柵連接時，柵極與溝道間的高阻未能發(fā)揮作用，故共柵電路很少使用）。用場效應(yīng)管小信號模型作用，故共柵電路很少使用）。用場效應(yīng)管小信號模型分析其放大電路的步驟，與三極管放大電路的小信號模分析其放大電路的步驟，與三極管放大電路的小信號模型分析法的步驟相同。型分析法的步驟相同。 二、應(yīng)用小信號模型法分析二、應(yīng)用小信號模型法分析FETFET放大電路放大電路第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路C1C2RSRg1Rg2Rg3Rd+vi-+v0-Td共源電路及其小信號等效電路共源電路

58、及其小信號等效電路第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路+Vi-+V0-Rg3Rg2Rg1RSrgsrdRdIdgmVgsgds共源極電路低頻小信號模型共源極電路低頻小信號模型第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路+Vi-+V0-Rg3Rg2Rg1RSrgsRdIdgmVgsgds中頻小信號模型中頻小信號模型 場效應(yīng)管的輸出電阻場效應(yīng)管的輸出電阻rd通常在幾百千歐數(shù)量級，比電阻通常在幾百千歐數(shù)量級，比電阻Rd、RL大得多，因此可將大得多，因此可將rd作開路處理，作開路處理，第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路1 1中頻電壓增益中頻電壓增益式中負(fù)號表示共源極放大電路的輸

59、出電壓與輸入電壓相位相式中負(fù)號表示共源極放大電路的輸出電壓與輸入電壓相位相反，即共源放大電路屬于反相電壓放大電路。反，即共源放大電路屬于反相電壓放大電路。 )(SmgsSgsmgsiRgVRVgVV1dgsmORVgVsmdmVmRgRgA1第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路3輸出電阻輸出電阻 應(yīng)用前面介紹過的求放大電路輸出電阻的方法，可求得圖應(yīng)用前面介紹過的求放大電路輸出電阻的方法，可求得圖1 1所示電路的輸出電阻為所示電路的輸出電阻為 2輸入電阻輸入電阻 由于場效應(yīng)管柵極幾乎不取信號電流，柵由于場效應(yīng)管柵極幾乎不取信號電流，柵- -源極間的交流電源極間的交流電阻阻r rgsgs

60、可視為無窮大，因此，圖可視為無窮大，因此，圖1 1所示共源極放大電路的輸入電阻所示共源極放大電路的輸入電阻為為 )/(213gggiRRRRdddORrRR/第四章第四章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路 由上述分析可知，與共射極放大電路類似，共源由上述分析可知，與共射極放大電路類似，共源極放大電路具有一定的電壓放大能力，且輸出電壓與極放大電路具有一定的電壓放大能力，且輸出電壓與輸入電壓反相，故被稱為反相電壓放大器。共源極放輸入電壓反相，故被稱為反相電壓放大器。共源極放大電路的輸入電阻很高，輸出電阻主要由漏極電阻大電路的輸入電阻很高，輸出電阻主要由漏極電阻R Rd d決定。適用于作多級放大電路