模擬電子技術基礎課件：場效應管放大電路

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

場效應管是通過改變外加電壓產(chǎn)生的電場強度來控制其導電能力的半導體器件。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，而且還具有輸入電阻高、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強、噪聲低、制造工藝簡單、便于集成等特點。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用。

根據(jù)結構和工作原理不同,場效應管可分為兩大類:結型場效應管(JFET)和絕緣柵型場效應管(IGFET).

主要內(nèi)容:(1)結型場效應管的結構及工作原理

(2)金屬-氧化物-半導體場效應管的結構及工作原理

(3)場效應管放大電路的靜態(tài)及動態(tài)性能分析

學習指導學習目標：

1.

正確理解各種場效應管的工作原理

2.熟練掌握各種場效應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

學習方法：

學習本章內(nèi)容時，應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行比較（兩種管子的結構、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（結型與絕緣柵型）、不同溝道的各種場效應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）。

概述場效應管與晶體管的區(qū)別1.晶體管是電流控制元件；場效應管是電壓控制元件。2.晶體管參與導電的是電子—空穴，因此稱其為雙極型器件；場效應管是電壓控制元件，參與導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

；場效應管的輸入電阻高，可達109~1014

場效應管的分類結型場效應管JFETMOS型場效應管MOSFETP溝道耗盡型P溝道P溝道N溝道增強型N溝道N溝道（耗盡型）FET場效應管JFET結型MOSFET絕緣柵型(IGFET)耗盡型：場效應管沒有加偏置電壓時，就有導電溝道存在增強型：場效應管沒有加偏置電壓時，沒有導電溝道場效應管的分類：5.1金屬-氧化物-半導體（MOS）場效應管5.1.1N溝道增強型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5.1.1N溝道增強型MOSFET1.結構（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溝道增強型MOSFET剖面圖1.結構（N溝道）符號5.1.1N溝道增強型MOSFET2.工作原理（1）vGS對溝道的控制作用當vGS≤0時

無導電溝道，

d、s間加電壓時，也無電流產(chǎn)生。當0<vGS

<VT時

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

>VT時

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

vGS越大，導電溝道越厚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

電場強度減小

溝道變薄當vGS一定（vGS

>VT）時，vDS

ID

溝道電位梯度

整個溝道呈楔形分布當vGS一定（vGS

>VT）時，vDS

ID

溝道電位梯度

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

=VT預夾斷后，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同時作用時

vDS一定，vGS變化時

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vGS＜VT時，導電溝道尚未形成，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因子其中Kn為電導常數(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.結構和工作原理（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溝道增強型）5.1.3P溝道MOSFET5.1.4溝道長度調(diào)制效應實際上飽和區(qū)的曲線并不是平坦的L的單位為

m當不考慮溝道調(diào)制效應時，

＝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增強型1.開啟電壓VT

（增強型參數(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

當不考慮溝道調(diào)制效應時，

＝0，rds→∞

5.1.5MOSFET的主要參數(shù)2.低頻互導gm