模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課件：場效應(yīng)管放大電路

5場效應(yīng)管放大電路5.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場效應(yīng)管5.3結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）*5.4砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場效應(yīng)管5.5各種放大器件電路性能比較5.2MOSFET放大電路

場效應(yīng)管是通過改變外加電壓產(chǎn)生的電場強(qiáng)度來控制其導(dǎo)電能力的半導(dǎo)體器件。它不僅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(diǎn)，而且還具有輸入電阻高、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(diǎn)。因而，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。

根據(jù)結(jié)構(gòu)和工作原理不同,場效應(yīng)管可分為兩大類:結(jié)型場效應(yīng)管(JFET)和絕緣柵型場效應(yīng)管(IGFET).

主要內(nèi)容:(1)結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及工作原理

(2)金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及工作原理

(3)場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)及動態(tài)性能分析

學(xué)習(xí)指導(dǎo)學(xué)習(xí)目標(biāo)：

1.

正確理解各種場效應(yīng)管的工作原理

2.熟練掌握各種場效應(yīng)管的外特性及主要參數(shù)

3.熟練掌握共源、共漏放大電路的工作原理及直流偏置

4.會用場效應(yīng)管小信號模型分析法求解共源、共漏放大電路的電壓增益、輸入電阻和輸出電阻

學(xué)習(xí)方法：

學(xué)習(xí)本章內(nèi)容時(shí)，應(yīng)特別注意使用比較和歸納的方法：

1.與三極管及其放大電路進(jìn)行比較（兩種管子的結(jié)構(gòu)、工作原理、外特性、主要參數(shù)、小信號模型等的比較；兩種器件組成的放大電路的直流偏置電路及靜態(tài)、動態(tài)分析方法的比較；共射與共源、共集與共漏等放大電路性能的比較）。

2.不同類型（結(jié)型與絕緣柵型）、不同溝道的各種場效應(yīng)管之間的比較與歸納（工作原理、電壓極性、主要參數(shù)的比較等）。

概述場效應(yīng)管與晶體管的區(qū)別1.晶體管是電流控制元件；場效應(yīng)管是電壓控制元件。2.晶體管參與導(dǎo)電的是電子—空穴，因此稱其為雙極型器件；場效應(yīng)管是電壓控制元件，參與導(dǎo)電的只有一種載流子，因此稱其為單極型器件。3.晶體管的輸入電阻較低，一般102~104

；場效應(yīng)管的輸入電阻高，可達(dá)109~1014

場效應(yīng)管的分類結(jié)型場效應(yīng)管JFETMOS型場效應(yīng)管MOSFETP溝道耗盡型P溝道P溝道N溝道增強(qiáng)型N溝道N溝道（耗盡型）FET場效應(yīng)管JFET結(jié)型MOSFET絕緣柵型(IGFET)耗盡型：場效應(yīng)管沒有加偏置電壓時(shí)，就有導(dǎo)電溝道存在增強(qiáng)型：場效應(yīng)管沒有加偏置電壓時(shí)，沒有導(dǎo)電溝道場效應(yīng)管的分類：5.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場效應(yīng)管5.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET5.1.5MOSFET的主要參數(shù)5.1.2N溝道耗盡型MOSFET5.1.3P溝道MOSFET5.1.4溝道長度調(diào)制效應(yīng)5.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET1.結(jié)構(gòu)（N溝道）L：溝道長度W：溝道寬度tox

：絕緣層厚度通常W>L5.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET剖面圖1.結(jié)構(gòu)（N溝道）符號5.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET2.工作原理（1）vGS對溝道的控制作用當(dāng)vGS≤0時(shí)

無導(dǎo)電溝道，

d、s間加電壓時(shí)，也無電流產(chǎn)生。當(dāng)0<vGS

<VT時(shí)

產(chǎn)生電場，但未形成導(dǎo)電溝道（感生溝道），d、s間加電壓后，沒有電流產(chǎn)生。當(dāng)vGS

>VT時(shí)

在電場作用下產(chǎn)生導(dǎo)電溝道，d、s間加電壓后，將有電流產(chǎn)生。

vGS越大，導(dǎo)電溝道越厚VT稱為開啟電壓2.工作原理（2）vDS對溝道的控制作用

靠近漏極d處的電位升高

電場強(qiáng)度減小

溝道變薄當(dāng)vGS一定（vGS

>VT）時(shí)，vDS

ID

溝道電位梯度

整個溝道呈楔形分布當(dāng)vGS一定（vGS

>VT）時(shí)，vDS

ID

溝道電位梯度

當(dāng)vDS增加到使vGD=VT時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。2.工作原理（2）vDS對溝道的控制作用在預(yù)夾斷處：vGD=vGS-vDS

=VT預(yù)夾斷后，vDS

夾斷區(qū)延長

溝道電阻

ID基本不變2.工作原理（2）vDS對溝道的控制作用2.工作原理（3）vDS和vGS同時(shí)作用時(shí)

vDS一定，vGS變化時(shí)

給定一個vGS

，就有一條不同的iD

–vDS

曲線。3.

V-I特性曲線及大信號特性方程（1）輸出特性及大信號特性方程①截止區(qū)當(dāng)vGS＜VT時(shí)，導(dǎo)電溝道尚未形成，iD＝0，為截止工作狀態(tài)。3.

V-I特性曲線及大信號特性方程（1）輸出特性及大信號特性方程②可變電阻區(qū)

vDS≤（vGS－VT）由于vDS較小，可近似為rdso是一個受vGS控制的可變電阻3.

V-I特性曲線及大信號特性方程（1）輸出特性及大信號特性方程②可變電阻區(qū)

n：反型層中電子遷移率Cox：柵極（與襯底間）氧化層單位面積電容本征電導(dǎo)因子其中Kn為電導(dǎo)常數(shù)，單位：mA/V23.

V-I特性曲線及大信號特性方程（1）輸出特性及大信號特性方程③飽和區(qū)（恒流區(qū)又稱放大區(qū)）vGS

>VT

，且vDS≥（vGS－VT）是vGS＝2VT時(shí)的iD

V-I特性：3.

V-I特性曲線及大信號特性方程（2）轉(zhuǎn)移特性5.1.2N溝道耗盡型MOSFET1.結(jié)構(gòu)和工作原理（N溝道）二氧化硅絕緣層中摻有大量的正離子可以在正或負(fù)的柵源電壓下工作，而且基本上無柵流5.1.2N溝道耗盡型MOSFET2.V-I特性曲線及大信號特性方程

（N溝道增強(qiáng)型）5.1.3P溝道MOSFET5.1.4溝道長度調(diào)制效應(yīng)實(shí)際上飽和區(qū)的曲線并不是平坦的L的單位為

m當(dāng)不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)時(shí)，

＝0，曲線是平坦的。

修正后5.1.5MOSFET的主要參數(shù)一、直流參數(shù)NMOS增強(qiáng)型1.開啟電壓VT

（增強(qiáng)型參數(shù)）2.夾斷電壓VP

（耗盡型參數(shù)）3.飽和漏電流IDSS

（耗盡型參數(shù)）4.直流輸入電阻RGS

（109Ω～1015Ω

）二、交流參數(shù)1.輸出電阻rds

當(dāng)不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)時(shí)，

＝0，rds→∞

5.1.5MOSFET的主要參數(shù)2.低頻互導(dǎo)gm