第3章 場(chǎng)效應(yīng)管第3周第2節(jié)(1)

1、3.1 3.1 場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管3.2 3.2 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路場(chǎng)效應(yīng)管放大電路1作業(yè)作業(yè)n3-4n 3-7（第（第3問，當(dāng)問，當(dāng)RS2取最大值時(shí)計(jì)算取最大值時(shí)計(jì)算AU）n 3-8n 3-10n 3-112本章的重點(diǎn)與難點(diǎn)本章的重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)重點(diǎn):1. 掌握掌握?qǐng)鲂?yīng)管的外特性及主要參數(shù)；場(chǎng)效應(yīng)管的外特性及主要參數(shù)； 2. 掌握?qǐng)鲂?yīng)管放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)與動(dòng)態(tài)參掌握?qǐng)鲂?yīng)管放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)與動(dòng)態(tài)參數(shù)（數(shù)（Au、Ri、Ro）的分析方法。）的分析方法。難點(diǎn)難點(diǎn):通過外部電壓對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用來(lái)說(shuō)明結(jié)通過外部電壓對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用來(lái)說(shuō)明結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管及絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理。型場(chǎng)效應(yīng)

2、管及絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理。3場(chǎng)效應(yīng)管輸入回路內(nèi)阻很高場(chǎng)效應(yīng)管輸入回路內(nèi)阻很高(1071012 )，熱穩(wěn)定性，熱穩(wěn)定性好，噪聲低，比晶體管耗電小，應(yīng)用廣泛。好，噪聲低，比晶體管耗電小，應(yīng)用廣泛。僅靠多數(shù)載流子導(dǎo)電，又稱僅靠多數(shù)載流子導(dǎo)電，又稱單極型單極型晶體管。晶體管。場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管（FET）：是利用輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)是利用輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件。來(lái)控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件。3.1 3.1 場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管4場(chǎng)效應(yīng)管的分類場(chǎng)效應(yīng)管的分類5NJFETPNPIGFETNP溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（）溝道溝道按結(jié)構(gòu)分為增強(qiáng)型溝道絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（）溝道耗盡型

3、溝道3.1.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管是溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管是在同一塊在同一塊N型半導(dǎo)體上型半導(dǎo)體上制作兩個(gè)高摻雜的制作兩個(gè)高摻雜的P區(qū)，區(qū)，將它們連接在一起引出將它們連接在一起引出電極電極柵極柵極g。N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體分別引出分別引出漏極漏極d、源極源極s。1. N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)sgP+N導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道源極源極s柵極柵極g漏極漏極d6結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)N溝道符號(hào)溝道符號(hào)dsgdsgP溝道符號(hào)溝道符號(hào)7(1) g、s間和間和d、s間均短路的情況間均短路的情況導(dǎo)電溝道具有一定的導(dǎo)電溝道具有一定的寬度并且等寬寬度并且等寬2. 工作

4、原理電壓控制作用工作原理電壓控制作用(以以N溝道為例加以說(shuō)明溝道為例加以說(shuō)明)8(2) g、s間加負(fù)電壓和間加負(fù)電壓和d、s間短路間短路| UGS |增加到某一數(shù)值增加到某一數(shù)值,耗盡耗盡區(qū)區(qū)相接相接,溝道消失溝道消失,溝溝道電阻趨于無(wú)窮大，溝道電阻趨于無(wú)窮大，溝道夾斷道夾斷此時(shí)此時(shí)GS的值的值為為夾斷電壓夾斷電壓UGS（off） | UGS |增大，耗盡增大，耗盡區(qū)區(qū)增增寬，溝道變窄，寬，溝道變窄，溝道溝道電電阻增大。阻增大。等寬變化等寬變化N溝道溝道JFETUGS(off)09 UDS的作用產(chǎn)生漏極電流的作用產(chǎn)生漏極電流ID ，使溝道中，使溝道中各點(diǎn)和柵極間各點(diǎn)和柵極間的電壓不再相等的電壓

5、不再相等，近漏極電，近漏極電壓最大，近源極電壓最小。壓最大，近源極電壓最小。 導(dǎo)電溝道寬度不再相等。導(dǎo)電溝道寬度不再相等。dsgUDSiD(3) g、s間短路，間短路，d、s間加正向電壓間加正向電壓隨著隨著UDS 的增加，的增加， ID近似近似線線性性增加增加,d-s間間呈電阻特性呈電阻特性。 10UGD = UGS - UDS = - UDS當(dāng)當(dāng)UDS 增加到增加到|UGS（off）| 。漏極附漏極附近的耗盡區(qū)相接，稱為近的耗盡區(qū)相接，稱為預(yù)夾斷預(yù)夾斷。UDSdsgAID隨著隨著UDS 增加，增加，ID增大。增大。溝道在漏極處越來(lái)越窄。溝道在漏極處越來(lái)越窄。此時(shí)，此時(shí)，UGD= UGS（of

6、f）UDS 再增加，夾斷區(qū)長(zhǎng)度增加（再增加，夾斷區(qū)長(zhǎng)度增加（AA）。）。A預(yù)夾斷時(shí)，導(dǎo)電溝道內(nèi)仍有電流預(yù)夾斷時(shí)，導(dǎo)電溝道內(nèi)仍有電流ID ，且，且UDS增大時(shí)增大時(shí)ID幾乎不變。幾乎不變。對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)UGS0時(shí)的時(shí)的ID最大，稱為最大，稱為“飽和漏極電流飽和漏極電流IDSS”11g、s間的負(fù)電壓使導(dǎo)電溝間的負(fù)電壓使導(dǎo)電溝道變窄（等寬）道變窄（等寬）；d、s間間的正電壓使溝道不等寬的正電壓使溝道不等寬。 UGS 增加，導(dǎo)電溝道變窄，增加，導(dǎo)電溝道變窄，溝道電阻增大，相同溝道電阻增大，相同UDS產(chǎn)產(chǎn)生的生的ID減小。減小。dsgUDSUGSID(4) g、s間加負(fù)向電壓，間加負(fù)向電壓，d、s間加正向電壓

7、間加正向電壓（綜合（綜合（2 2）（）（3 3）兩種情況）兩種情況）12稱場(chǎng)效應(yīng)管為稱場(chǎng)效應(yīng)管為電壓控制元件。電壓控制元件。由于由于UDS的增加幾乎全的增加幾乎全部落在夾斷區(qū)，漏極電部落在夾斷區(qū)，漏極電流流ID基本保持不變?；颈３植蛔儭D幾乎僅僅決定于幾乎僅僅決定于UGS，表現(xiàn)出恒流特性。表現(xiàn)出恒流特性。 AdsgUDSUGSID132. 工作原理電壓控制作用工作原理電壓控制作用正常工作時(shí)（放大）：正常工作時(shí)（放大）：在柵在柵-源之間加源之間加負(fù)向電壓負(fù)向電壓，(保證耗盡層承受反向電壓保證耗盡層承受反向電壓) 漏漏-源之間加源之間加正向電壓正向電壓，(以形成流入漏極的電流）以形成流入漏極的

8、電流）這樣既保證了柵源之間的電阻這樣既保證了柵源之間的電阻很高，又實(shí)現(xiàn)了很高，又實(shí)現(xiàn)了ugs對(duì)溝道電流對(duì)溝道電流iD的控制。的控制。d耗盡層耗盡層sgP+N導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖2. 工作原理電壓控制作用工作原理電壓控制作用143. 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性ID = f (UDS )UGS = 常數(shù)常數(shù)（1）輸出特性曲線）輸出特性曲線因場(chǎng)效應(yīng)管柵極電流幾乎為因場(chǎng)效應(yīng)管柵極電流幾乎為零，不討論輸入特性。零，不討論輸入特性。輸出特性和轉(zhuǎn)移特性輸出特性和轉(zhuǎn)移特性從圖中可以看出，管子的工作狀態(tài)分為四個(gè)區(qū)域：從圖中可以看出，管子的工作狀態(tài)分為四個(gè)區(qū)域：可變電阻區(qū)，恒流區(qū)，夾斷區(qū)

9、及擊穿區(qū)。可變電阻區(qū)，恒流區(qū)，夾斷區(qū)及擊穿區(qū)。UGS 015UDS較小、曲線靠近縱軸的部分較小、曲線靠近縱軸的部分。也就是預(yù)夾斷軌跡左邊區(qū)域。也就是預(yù)夾斷軌跡左邊區(qū)域。 1) 可變電阻區(qū)可變電阻區(qū) 條件條件：|UGS | |UGS（off） | |UGD | |UGS（off） |預(yù)夾斷軌跡預(yù)夾斷軌跡：連接連接各曲線上各曲線上UGD= UGS（off）的點(diǎn)的點(diǎn)特點(diǎn)：可通過改變特點(diǎn)：可通過改變UGS大大小來(lái)改變漏源間電阻值。小來(lái)改變漏源間電阻值。16dsgUDSiDUDS較大、較大、 ID基本不隨基本不隨UDS的增的增加而增加的部分加而增加的部分。預(yù)夾斷軌跡右邊區(qū)域。預(yù)夾斷軌跡右邊區(qū)域。2) 恒

10、流區(qū)（飽和區(qū)，放大區(qū)）恒流區(qū)（飽和區(qū)，放大區(qū)）條件：條件：|UGS | | UGS（off） |特點(diǎn)：特點(diǎn)： ID只受只受UGS 控制控制17dsgUDSUGSID 導(dǎo)電溝道全部夾斷。導(dǎo)電溝道全部夾斷。3) 夾斷區(qū)（截止區(qū)）夾斷區(qū)（截止區(qū)）條件條件：|UGS | | UGS（off） | 特點(diǎn)：特點(diǎn)： ID 018194)4)擊穿區(qū)：擊穿區(qū)：U UDSDS增加到一定程度，電流急劇增大增加到一定程度，電流急劇增大( (雪崩）。雪崩）。 不允許管子工作在擊穿區(qū)。不允許管子工作在擊穿區(qū)。sgP+N導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道轉(zhuǎn)移特性曲線與輸出特性曲線有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)移特性曲線與輸出特性曲線有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系（2

11、）轉(zhuǎn)移特性）轉(zhuǎn)移特性ID = f (UGS )UDS = 常數(shù)常數(shù)反映反映UGS對(duì)對(duì)ID的控制作用的控制作用UDS=8VIDSS飽和漏極電流飽和漏極電流UGS=0時(shí)產(chǎn)生預(yù)夾時(shí)產(chǎn)生預(yù)夾斷時(shí)的漏極電流斷時(shí)的漏極電流放大區(qū)的轉(zhuǎn)移特性曲線幾乎重合?？勺冸娮鑵^(qū)時(shí)，不放大區(qū)的轉(zhuǎn)移特性曲線幾乎重合?？勺冸娮鑵^(qū)時(shí)，不同的同的UDS ，轉(zhuǎn)移特性曲線有很大差別。，轉(zhuǎn)移特性曲線有很大差別。20恒流區(qū)恒流區(qū)ID近似表達(dá)式為：近似表達(dá)式為：2GSDDSSGS(off)UI =I(1-)U30123 UGS / VUGS(off)ID /mA4IDSS12N溝道溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，柵源之間加結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，柵源之間加反向反向

12、電壓。電壓。P溝溝道道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，柵源之間加結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，柵源之間加正向正向電壓。電壓。211.4.2 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管（絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管（MOS管管) ) 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管輸入電阻可達(dá)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管輸入電阻可達(dá)107 ，但有些情況還，但有些情況還不足夠大；另外溫度升高時(shí)，不足夠大；另外溫度升高時(shí)，PN結(jié)反向電流增大，結(jié)反向電流增大，輸入電阻減小。輸入電阻減小。 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管采用絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管采用sio2絕緣層隔離，柵極為金絕緣層隔離，柵極為金屬鋁，又稱為屬鋁，又稱為MOS管，管，MOS管柵極與溝道之間處管柵極與溝道之間處于絕緣狀態(tài)，輸入電阻大，并且易于集成于絕緣狀態(tài)，輸入電阻大，并且易于集

13、成。 2223MOS管分類管分類 NMOSNMOSPMOSPMOS增強(qiáng)型溝道管（）耗盡型MOS管增強(qiáng)型溝道管（）耗盡型柵柵-源電壓源電壓UGS為零時(shí)，無(wú)導(dǎo)電溝道的管子稱為為零時(shí)，無(wú)導(dǎo)電溝道的管子稱為增強(qiáng)型增強(qiáng)型柵柵-源電壓源電壓UGS為零時(shí)，已建立了導(dǎo)電溝道的管子稱為為零時(shí)，已建立了導(dǎo)電溝道的管子稱為耗耗盡型盡型1、N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管管 （1）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu) 通常通常襯底和源極連接在一起襯底和源極連接在一起使用。使用。 柵柵-源電壓改變時(shí)，源電壓改變時(shí)，將改變襯底靠近絕緣層處感將改變襯底靠近絕緣層處感應(yīng)電荷的多少，從而控制漏應(yīng)電荷的多少，從而控制漏極電流的大小。極電流的大小。P型硅襯底

14、型硅襯底源極源極s 柵極柵極g漏極漏極d 襯底引線襯底引線BN+N+SiO2dBsgN溝道符號(hào)溝道符號(hào)dBsgP溝道符號(hào)溝道符號(hào)24SiO2P型硅襯底型硅襯底耗盡層耗盡層襯底引線襯底引線BN+N+sgdUDSID = 0D與與S之間是兩個(gè)之間是兩個(gè)PN結(jié)反向串聯(lián)，結(jié)反向串聯(lián)，無(wú)論無(wú)論D與與S之間加之間加什么極性的電壓，什么極性的電壓，漏極電流均接近于漏極電流均接近于零。零。（2） 工作原理工作原理1) 1) UGS =025 由于絕緣層由于絕緣層SiO2的存在，柵極的存在，柵極電流為零。電流為零。 柵源電壓產(chǎn)生向下的電場(chǎng)強(qiáng)度，柵源電壓產(chǎn)生向下的電場(chǎng)強(qiáng)度，基底靠近柵極形成基底靠近柵極形成N型型薄

15、層，薄層，稱為反型層。稱為反型層。 這個(gè)反型層就構(gòu)成了漏源之間這個(gè)反型層就構(gòu)成了漏源之間的導(dǎo)電溝道。的導(dǎo)電溝道。PN+N+sgd反型層反型層2）UGS 0 ，UDS =026UGS到達(dá)到達(dá)UGS（th)后，后，UGS越大，反型層越寬，導(dǎo)電溝越大，反型層越寬，導(dǎo)電溝道電阻越小，相同的道電阻越小，相同的UDS產(chǎn)生的電流產(chǎn)生的電流ID大，從而實(shí)大，從而實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)了壓控電流作用壓控電流作用。 產(chǎn)生反型層（導(dǎo)電溝道）時(shí)產(chǎn)生反型層（導(dǎo)電溝道）時(shí)對(duì)應(yīng)的柵對(duì)應(yīng)的柵-源電壓稱為源電壓稱為 開啟電壓開啟電壓UGS(th) PN+N+sgd反型層反型層27 UDS作用產(chǎn)生漏極電流作用產(chǎn)生漏極電流ID 。溝。溝道各點(diǎn)對(duì)

16、柵極電壓不再相等，道各點(diǎn)對(duì)柵極電壓不再相等，導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道寬度不再相等寬度不再相等，沿源，沿源-漏方向逐漸變窄。漏方向逐漸變窄。3）UGS UGS(th） ，UDS 0P襯底襯底B BN+N+sgdUGD=UGS-UDS UGS(th） ，UDS 0P襯底襯底BN+N+sgd2930恒流區(qū)恒流區(qū)擊穿區(qū)擊穿區(qū)可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)夾斷區(qū)夾斷區(qū)輸出特性輸出特性轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性（3） 特性曲線特性曲線2GSDD0GS(th)UI =I(-1)U恒流區(qū)恒流區(qū)ID和和UGS的近似關(guān)系：的近似關(guān)系：ID0是是UGS = 2UGS(th)時(shí)的時(shí)的ID。UDS =10V0123246UGS / VUGs(th

17、)ID /mA31制造時(shí)制造時(shí),在在sio2絕緣層中摻入大量絕緣層中摻入大量的正離子的正離子,即使即使UGS =0，在正離子，在正離子的作用下，源的作用下，源-漏之間也存在導(dǎo)漏之間也存在導(dǎo)電溝道。只要加正向電溝道。只要加正向UDS ，就會(huì)，就會(huì)產(chǎn)生流入漏極的電流產(chǎn)生流入漏極的電流ID。UGS0,并且當(dāng)并且當(dāng)UGS小于某一值時(shí)，小于某一值時(shí)，導(dǎo)電溝道消失，此時(shí)的導(dǎo)電溝道消失，此時(shí)的UGS稱為稱為夾斷電壓夾斷電壓UGS(off) 。結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖P源極源極s漏極漏極d 柵極柵極gBN+N+正離子正離子反型層反型層SiO22、N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSMOS管管32dN溝道符號(hào)溝道符號(hào)Bsg

18、P溝道符號(hào)溝道符號(hào)dBsgMOSMOS管符號(hào)管符號(hào)dBsgN溝道符號(hào)溝道符號(hào)dBsgP溝道符號(hào)溝道符號(hào)耗盡型耗盡型MOSMOS管符號(hào)管符號(hào)增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOSMOS管符號(hào)管符號(hào)33432104812UGS =1V2V3V輸出特性輸出特性轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性N N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSMOS管的特性曲線管的特性曲線 1230V1012123 UGS / V2. 特性曲線特性曲線 ID UGSUGs(off) UDS / VUDS =10VID /mAID /mA34場(chǎng)效場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)管的符的符號(hào)及號(hào)及特性特性76頁(yè)頁(yè)結(jié)型結(jié)型N溝道溝道結(jié)型結(jié)型P溝道溝道NMOS增強(qiáng)型增強(qiáng)型NMOS耗盡型耗盡型PMOS增

19、強(qiáng)型增強(qiáng)型PMOS耗盡型耗盡型（+）（+）（+）（+）（-）（-）（-）（-）3536判斷判斷N溝道結(jié)型場(chǎng)溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)效應(yīng)管的工作狀態(tài)管的工作狀態(tài)UGS（off） 0(1) UGSUGS（off） ， UGDUGS（off） ， UGDUGS（off） ：可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)37判斷判斷MOS管的工作狀態(tài)管的工作狀態(tài)N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型：UGS（th） 0(1) UGSUGS（th） ， UGDUGS（th） ， UGDUGS（th） ：可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)38P溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型：UGS（th） UGS（th） ：夾斷區(qū)夾斷區(qū)(2) UGSUGS（th） ：恒流區(qū)恒流區(qū)(3) UGSU

20、GS（th） ， UGDUGS（th） ：可變電阻區(qū)可變電阻區(qū) 測(cè)得某放大電路中三個(gè)測(cè)得某放大電路中三個(gè)MOS管的三個(gè)電極的電位及它們的管的三個(gè)電極的電位及它們的開啟電壓如表所示。試分析各管的工作狀態(tài)（夾斷區(qū)、恒開啟電壓如表所示。試分析各管的工作狀態(tài)（夾斷區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū)）。流區(qū)、可變電阻區(qū)）。管號(hào)管號(hào)U UGS(th)GS(th)/V/VUs/VUs/VU UG G/V/VU UD D/V/V工作狀態(tài)工作狀態(tài)T14-513T2-43310T3-4605恒流區(qū)恒流區(qū)夾斷區(qū)夾斷區(qū)可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)增強(qiáng)型增強(qiáng)型NMOSPMOS391、直流參數(shù)、直流參數(shù) （1）開啟電壓開啟電壓UGS(th)

21、 UDS為固定值能產(chǎn)生漏極電流為固定值能產(chǎn)生漏極電流ID所需的柵所需的柵-源電源電壓壓UGS的最小值。的最小值。 增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOS管的參數(shù)管的參數(shù)。 （NMOS管為正，管為正，PMOS管為負(fù)）管為負(fù)）40 （ 2）夾斷電壓夾斷電壓 UGS(off) UDS為固定值使漏極電流近似等于零時(shí)所需的柵為固定值使漏極電流近似等于零時(shí)所需的柵-源電壓。源電壓。 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和耗盡型結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和耗盡型MOS管管的參數(shù)。的參數(shù)。 （NMOS管為負(fù)，管為負(fù)，PMOS管為正）。管為正）。41 （4）直流輸入電阻直流輸入電阻RGS（DC）柵柵- -源電壓與柵極電流的比值，其值很高源電壓與柵極電流的比值，其值很高

22、, , 一般為一般為107-1010左右。左右。 （3）飽和漏極電流）飽和漏極電流IDSS對(duì)于對(duì)于耗盡型耗盡型MOS管管,在在UGS =0情況下產(chǎn)生情況下產(chǎn)生 預(yù)夾斷時(shí)預(yù)夾斷時(shí)的漏極電流。的漏極電流。422、交流參數(shù)、交流參數(shù) gm是衡量柵是衡量柵-源電壓對(duì)漏極電流控制能力的一個(gè)重源電壓對(duì)漏極電流控制能力的一個(gè)重要參數(shù)，要參數(shù)，gm一般都較小，所以場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的一般都較小，所以場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的增益較低增益較低。 （1）低頻跨導(dǎo)）低頻跨導(dǎo) gm管子工作在恒流區(qū)并且管子工作在恒流區(qū)并且 UDS為常數(shù)時(shí)，漏極電流的微為常數(shù)時(shí)，漏極電流的微變量與引起這個(gè)變化的柵變量與引起這個(gè)變化的柵-源電壓的微

23、變量之比稱為低源電壓的微變量之比稱為低頻跨導(dǎo)，即頻跨導(dǎo)，即DmDSGSig|Uu常量43（2）交流輸出電阻）交流輸出電阻rdsrds反映了反映了uDS對(duì)對(duì)iD的影響，是輸出特性曲線上的影響，是輸出特性曲線上Q點(diǎn)處切點(diǎn)處切線斜率的倒數(shù)線斜率的倒數(shù) rds在在恒流區(qū)很大。恒流區(qū)很大。常數(shù)GSUDDSdsiur443、參數(shù)參數(shù)（1）最大漏極電流）最大漏極電流IDM()最大漏源電壓最大漏源電壓U DS(BR)(3)最大柵源電壓最大柵源電壓U GS(BR)(4)最大耗散功率最大耗散功率P DM453.1.4 3.1.4 場(chǎng)效應(yīng)管與雙極型晶體管的比較場(chǎng)效應(yīng)管與雙極型晶體管的比較場(chǎng)效應(yīng)管的柵極場(chǎng)效應(yīng)管的柵極

24、g g、源極、源極s s、漏極、漏極d d分別對(duì)應(yīng)于晶體管分別對(duì)應(yīng)于晶體管的基極的基極b b、發(fā)射極、發(fā)射極e e、集電極、集電極c c1 1）FETFET是電壓控制元件，輸入阻抗很高；是電壓控制元件，輸入阻抗很高；BJT BJT 是電流控制元件，輸入阻抗較??；是電流控制元件，輸入阻抗較?。? 2）FETFET（單極型）多子參與導(dǎo)電，溫度穩(wěn)定性好，抗（單極型）多子參與導(dǎo)電，溫度穩(wěn)定性好，抗輻射能力強(qiáng)，輻射能力強(qiáng)， FETFET噪聲系數(shù)?。辉肼曄禂?shù)??；BJTBJT為多子和少子同時(shí)參與導(dǎo)電，溫度特性能差；為多子和少子同時(shí)參與導(dǎo)電，溫度特性能差；463 3）FETFET漏極與源極可以互換使用；漏極與

25、源極可以互換使用；BJTBJT的發(fā)射極與集的發(fā)射極與集電極一般不能互換使用；電極一般不能互換使用； FETFET比比BJTBJT的種類多，組成的種類多，組成電路更靈活；電路更靈活；4 4）FETFET工藝簡(jiǎn)單，功耗小，占用芯片面積小，電源范工藝簡(jiǎn)單，功耗小，占用芯片面積小，電源范圍寬，更多用于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路。圍寬，更多用于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路。）管的柵極絕緣，外界感應(yīng)電荷不易泄放。）管的柵極絕緣，外界感應(yīng)電荷不易泄放。存儲(chǔ)及使用時(shí)要注意。存儲(chǔ)及使用時(shí)要注意。47 例例 已知某管的輸出特性曲線如圖所示。試分析已知某管的輸出特性曲線如圖所示。試分析該管是什么類型的場(chǎng)效應(yīng)管。該管是什么

26、類型的場(chǎng)效應(yīng)管。N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管管2105101510V8V6V uDS / ViD /mA4V開啟電壓開啟電壓UGS(th)=4V48例例 電路及管子的輸出特性如圖所示。試分析電路及管子的輸出特性如圖所示。試分析uI為為0、8V和和10V三種情況下三種情況下uO分別為幾伏。分別為幾伏。+VDD(+15V)RD5kuo +-uI +- -2105101510V8V6V uDS / ViD /mA4VVVuuiuuDDDSODIGS15, 00) 1 (，因而時(shí)，管子處于夾斷狀態(tài)當(dāng)49VVRiVuumAiVuuDDDDDSODIGS10)5115(,18)2(的時(shí)，管子工作在恒流區(qū)

27、當(dāng)+VDD(+15V)RD5kuo +-uI +- -2105101510V8V6V uDS / ViD /mA4V輸入電壓為輸入電壓為8V50VVVRRRukiuRVuuDDDdsdsODDSdsIGS6 . 51535331013/103區(qū)，等效電阻為，管子工作在可變電阻（3）當(dāng)）當(dāng)UGS(th)=10V時(shí)，若認(rèn)為時(shí)，若認(rèn)為 T工作在恒流區(qū)，工作在恒流區(qū)，則則iD為為2.2mA, uo=4V,而而uGS=10V時(shí)的預(yù)夾斷電壓時(shí)的預(yù)夾斷電壓為為uDS=6V說(shuō)明管子工作在可變電阻區(qū)。說(shuō)明管子工作在可變電阻區(qū)。+VDD(+15V)RD5kuo +-uI +- - uDS / V210510151

28、0V8V6ViD /mA4V351場(chǎng)效應(yīng)管組成的放大電路與雙極型晶體管一樣，場(chǎng)效應(yīng)管組成的放大電路與雙極型晶體管一樣，必須建立必須建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。. . 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路場(chǎng)效應(yīng)管放大電路. . .1. 1. 自給偏壓電路自給偏壓電路此電路只適用于此電路只適用于耗盡型器件耗盡型器件不適用于增強(qiáng)型器件不適用于增強(qiáng)型器件52靜態(tài)工作點(diǎn)分析靜態(tài)工作點(diǎn)分析GSQGQSQDQsGSQ2DQDSSGS(off)U=U-U=-IRUI=I(1-)UDSQDDDQDS()UVIRR柵極電流為柵極電流為0，則，則UGQ=0解方程求出IDQ和UGSQ53解出兩個(gè)解，UGSQ一定要保證管子工作

29、在恒流區(qū)。、分壓式偏置電路、分壓式偏置電路靜態(tài)工作點(diǎn)分析靜態(tài)工作點(diǎn)分析直流通路直流通路54GSQGQSQG2DDDQSG1G2UUURVIRRRIDQ UGSQ2GSDD0GS(th)(1)UiIUDSQDDDQDS()UVIRR柵極電流為柵極電流為0增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOSMOS管的電流方程管的電流方程靜態(tài)工作點(diǎn)分析靜態(tài)工作點(diǎn)分析55靜態(tài)分析小結(jié)靜態(tài)分析小結(jié)n利用場(chǎng)效應(yīng)管柵極電流為利用場(chǎng)效應(yīng)管柵極電流為0，得到柵源電壓，得到柵源電壓與漏極電流之間關(guān)系式。與漏極電流之間關(guān)系式。n列出場(chǎng)效應(yīng)管在恒流區(qū)的電流方程。列出場(chǎng)效應(yīng)管在恒流區(qū)的電流方程。 聯(lián)立上述兩方程，求解聯(lián)立上述兩方程，求解UGSQ和和ID

30、Q，并推算，并推算UDSQ。n注意解算后應(yīng)使得管子工作在注意解算后應(yīng)使得管子工作在恒流區(qū)恒流區(qū)。56例例3-1 自給偏壓電路中自給偏壓電路中,已知場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性已知場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性, 用圖解法確定用圖解法確定Q點(diǎn)點(diǎn)GSDDDR =10M,R =2K,R =18k,V=20VDSDDSDD()uiRRV(1) (1) 根據(jù)輸出回路方程作根據(jù)輸出回路方程作直流負(fù)載線直流負(fù)載線MNMN(2) (2) 根據(jù)直流負(fù)載線與各輸根據(jù)直流負(fù)載線與各輸出曲線的交點(diǎn)出曲線的交點(diǎn)a a、b b、c c、d d、e e所對(duì)應(yīng)的所對(duì)應(yīng)的i iD D和和u uGSGS的值作的值作轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移特性特性57（4 4）源極負(fù)

31、載線與轉(zhuǎn)移特性曲線的交點(diǎn)為）源極負(fù)載線與轉(zhuǎn)移特性曲線的交點(diǎn)為Q Q點(diǎn)點(diǎn)GSDSui R QQGSQDQDSQ0.750.3712.5UVImAUV (3) (3) 根據(jù)輸入回路方程作根據(jù)輸入回路方程作源極負(fù)載線源極負(fù)載線OLOL58G1G2GSDDDGSoffDSS: R=2M,R=47k,R =10M,R =2k,R =30k,V=18V,U=-1VI=0.5mA（）例 圖示電路中，場(chǎng)效應(yīng)管的，求靜態(tài)工作點(diǎn)Q2DQGSQGSQDQ0.5(1)0.42IUUIDQ1DQ20.31,1.59ImA ImAGSQ2DQDSSGS(off)(1)UIIUGSQ1GSQ2GS(off)0.22 ,2.

32、78 (,)UV UVU 舍去DSQDDDQSD()8.1UVIRRV59G2GSQGQSQDDDQSG1G2RUUUVIRRR3.2.2 用微變等效電路法分析場(chǎng)效應(yīng)管放大用微變等效電路法分析場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)參數(shù)電路的動(dòng)態(tài)參數(shù) 場(chǎng)效應(yīng)管的交流低頻小信號(hào)模型場(chǎng)效應(yīng)管的交流低頻小信號(hào)模型),(DSGSDuufidsUDSDmUGSDruiguiGSDS1令DSUDSDGSUGSDDuuiuuiiGSDSddd求全微分求全微分dsdsgsmdUrUgI1則60低頻小信號(hào)模型低頻小信號(hào)模型dsdsgsmdUrUgI1rdsMOSMOS管簡(jiǎn)化交流等效模型管簡(jiǎn)化交流等效模型sdg. . .U Ugs

33、gsg gm mU Ugsgs61sdg. . .U Ugsgsg gm mU Ugsgs增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOSMOS：2GSDDOGS(th)(1)UiIUgm的計(jì)算的計(jì)算mDO DQGS(th)2gIIU62耗盡型耗盡型MOSMOS及結(jié)型及結(jié)型FETFET2GSDDSSGS(off)(1)uiIUDSSDQGS(off)2mgIIU63應(yīng)用微變等效電路分析法分析應(yīng)用微變等效電路分析法分析場(chǎng)效應(yīng)管放大電路場(chǎng)效應(yīng)管放大電路（）（）共源放大電路共源放大電路 1) 1)靜態(tài)分析：靜態(tài)分析： 自給偏置電路自給偏置電路64微變等效電路微變等效電路 電壓增益電壓增益LDLLmgsLgsmgsLdiOuRRR

34、RgURUgURIUUA/2 2）動(dòng)態(tài)分析：）動(dòng)態(tài)分析：65GiRR 輸入電阻輸入電阻 輸出電阻輸出電阻DoRR 66例例3-3圖示電路圖示電路, 計(jì)算計(jì)算、和和，已知，已知12300,100,2,2,10,1,GGGSDmRkRkRMRkRkgmS解：解：由于由于gm值已給，因此值已給，因此不需要進(jìn)行靜態(tài)分析。不需要進(jìn)行靜態(tài)分析。67mgsDOmDumSigsmgsSg U RUg RA3.31 g RUUg U R 動(dòng)態(tài)分析：動(dòng)態(tài)分析：1）電壓增益）電壓增益68kRRDo10共源電路的電壓增益比共射電路小，輸入電阻大共源電路的電壓增益比共射電路小，輸入電阻大輸入與輸出電阻輸入與輸出電阻12/2.075iGGGRRRRM69（）共漏放大電路（）共漏放大電路靜態(tài)分析靜態(tài)分析70SLLLmLmLgsmgsLgsmiouRRRRgRgRUgURUgU