1、14.1 結(jié)型場效應(yīng)管4.3 金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管4.4 場效應(yīng)管放大電路第四章 場效應(yīng)管放大電路2只有一種載流子參與導(dǎo)電，且利用電場效應(yīng)來控制只有一種載流子參與導(dǎo)電，且利用電場效應(yīng)來控制電流的三極管，稱為電流的三極管，稱為場效應(yīng)管場效應(yīng)管，也稱，也稱單極型三極管。單極型三極管。特點特點單極型器件單極型器件( (一種載流子導(dǎo)電一種載流子導(dǎo)電) )； 輸入電阻高；輸入電阻高；工藝簡單、易集成、功耗小、體積小、工藝簡單、易集成、功耗小、體積小、成本低。成本低。3N溝道溝道P溝道溝道增強型增強型耗盡型耗盡型N溝道溝道P溝道溝道N溝道溝道P溝道溝道FET場效應(yīng)管場效應(yīng)管JFET結(jié)型結(jié)型MOSF

2、ET絕緣柵型絕緣柵型(IGFET)場效應(yīng)管分類：場效應(yīng)管分類：44.1 結(jié)型場效應(yīng)管 4.1.1 JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理DSGN符符號號一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)N 溝道結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖溝道結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖N型型溝溝道道N型硅棒型硅棒柵極柵極源極源極漏極漏極P+P+P 型區(qū)型區(qū)耗盡層耗盡層( (PN 結(jié)結(jié)) )在漏極和源極之間加在漏極和源極之間加上一個正向電壓，上一個正向電壓，N型半型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子電子可導(dǎo)體中多數(shù)載流子電子可以導(dǎo)電。以導(dǎo)電。導(dǎo)電溝道是導(dǎo)電溝道是N型的，型的，稱稱N溝道結(jié)型場效應(yīng)管溝道結(jié)型場效應(yīng)管。5P 溝道場效應(yīng)管溝道場效應(yīng)管P 溝道結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖溝道結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖N

3、+N+P型型溝溝道道GSD P溝道場效應(yīng)管是在溝道場效應(yīng)管是在 P型硅棒的兩側(cè)做成高摻型硅棒的兩側(cè)做成高摻雜的雜的N型區(qū)型區(qū)( (N+) )，導(dǎo)電溝導(dǎo)電溝道為道為P型型，多數(shù)載流子為，多數(shù)載流子為空穴?？昭ā７柗朑DS6二、工作原理二、工作原理 N N溝道結(jié)型場效應(yīng)管用溝道結(jié)型場效應(yīng)管用改變改變VGS大小來控制漏極電流大小來控制漏極電流 ID 的。的。GDSNN型型溝溝道道柵極柵極源極源極漏極漏極P+P+耗盡層耗盡層*在柵極和源極之間加反在柵極和源極之間加反向電壓向電壓VGS，使柵極、溝道間，使柵極、溝道間的的PNPN結(jié)反向偏置，柵極電流幾結(jié)反向偏置，柵極電流幾乎為乎為0 0，場效應(yīng)管輸入

4、呈現(xiàn)高，場效應(yīng)管輸入呈現(xiàn)高阻。在漏極與源極間加一正電阻。在漏極與源極間加一正電壓壓VDS，形成漏極電流，形成漏極電流iD，電流，電流大小受到大小受到VGS控制?？刂啤Ｏ旅娣秩N情況來討論。下面分三種情況來討論。7ID = 0GDSN型型溝溝道道P+P+ ( (a) ) VGS = 0VGS = 0 時，耗時，耗盡層比較窄，盡層比較窄，導(dǎo)電溝比較寬導(dǎo)電溝比較寬VGS 由零逐漸增大，由零逐漸增大，耗盡層逐漸加寬，導(dǎo)耗盡層逐漸加寬，導(dǎo)電溝相應(yīng)變窄。電溝相應(yīng)變窄。當(dāng)當(dāng) VGS = VP，耗盡層，耗盡層合攏，導(dǎo)電溝被夾斷，合攏，導(dǎo)電溝被夾斷，夾斷電壓夾斷電壓VP 為負(fù)值。為負(fù)值。ID = 0GDSP+P

5、+N型型溝溝道道 ( (b) ) VGS 0(較小較小) VDS線性線性ID00:. 2=GSDSvv加入9GDSP+NISIDP+P+VDS(C) VDS0(較大較大) VDS慢慢IDGDSP+NISIDP+P+VDS(d) VDS0(大大)A VDS趨于飽和趨于飽和ID出現(xiàn)預(yù)夾斷出現(xiàn)預(yù)夾斷 夾斷電壓夾斷電壓VP10VDSGDSP+NISIDP+P+(d) VDS0(更大更大)A VDS不變不變IDB VDSID擊穿擊穿結(jié)論：結(jié)論：VDS可以改變漏極電流可以改變漏極電流對于同樣的對于同樣的V VDS DS ，I ID D的值比的值比V VGSGS=0=0時的值要小時的值要小; ;導(dǎo)電溝道更容

6、易夾斷導(dǎo)電溝道更容易夾斷; ;負(fù)和正：加入GSDSvv0. 311綜上分析可知：綜上分析可知： 溝道中只有一種類型的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，溝道中只有一種類型的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電， 所以場效應(yīng)管也稱為單極型三極管所以場效應(yīng)管也稱為單極型三極管。 JFETJFET是電壓控制電流器件，是電壓控制電流器件，i iD D受受v vGSGS控制控制 預(yù)夾斷前預(yù)夾斷前i iD D與與v vDSDS呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，i iD D趨于飽和。趨于飽和。 JFET JFET柵極與溝道間的柵極與溝道間的PNPN結(jié)是反向偏置的，因結(jié)是反向偏置的，因 此此i iG G 0 0，輸入電阻很高

7、。，輸入電阻很高。124.1.2 JFET JFET的特性曲線及參數(shù)的特性曲線及參數(shù)GSVDSV0GSV注：形成雙端口網(wǎng)絡(luò)形成雙端口網(wǎng)絡(luò)（1 1）G G、S S輸入端口輸入端口（2 2）D D、S S輸出端口輸出端口（3 3）源極）源極S S為公共端口為公共端口131. 輸出特性輸出特性常量=GS)(DSDUufig-s電壓控電壓控制制d-s的等的等效電阻效電阻常量=DSGSDmUuig預(yù)夾斷軌跡，預(yù)夾斷軌跡，uGDUGS（off）可可變變電電阻阻區(qū)區(qū)恒恒流流區(qū)區(qū)iD幾乎僅決幾乎僅決定于定于uGS擊擊穿穿區(qū)區(qū)夾斷區(qū)（截止區(qū)）夾斷區(qū)（截止區(qū)）夾斷電壓夾斷電壓IDSSiD 不同型號的管子不同型號的

8、管子UGS（off）、IDSS將不同。將不同。低頻跨導(dǎo)：低頻跨導(dǎo)：142. 轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性常量=DS)(GSDUufi夾斷夾斷電壓電壓漏極飽漏極飽和電流和電流場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)，因而場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)，因而uGSUGS（off）且且uGDUGS（off）。uDGUGS（off）GS(off)GSDSUuu2GS(off)GSDSSD)1 (UuIi=在恒流區(qū)時154.3 絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管MOSFETMOSFET 由金屬、氧化物和半導(dǎo)體制成。稱為由金屬、氧化物和半導(dǎo)體制成。稱為金屬金屬-氧化物氧化物-半半導(dǎo)體場效應(yīng)管導(dǎo)體場效應(yīng)管，或簡稱，或簡稱 MOS 場效應(yīng)管場效應(yīng)管。特

9、點：輸入電阻可達(dá)特點：輸入電阻可達(dá) 109 以上。以上。類型類型N 溝道溝道P 溝道溝道增強型增強型耗盡型耗盡型增強型增強型耗盡型耗盡型UGS = 0 時漏源間存在導(dǎo)電溝道稱時漏源間存在導(dǎo)電溝道稱耗盡型場效應(yīng)管；耗盡型場效應(yīng)管；UGS = 0 時漏源間不存在導(dǎo)電溝道稱時漏源間不存在導(dǎo)電溝道稱增強型場效應(yīng)管。增強型場效應(yīng)管。Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor164.3.1 N 溝道增強型溝道增強型 MOS 場效應(yīng)管場效應(yīng)管 uGS增大，反型層（導(dǎo)電溝道）將變厚變長。當(dāng)增大，反型層（導(dǎo)電溝道）將變厚變長。當(dāng)反型層將兩個反型層將兩個N區(qū)

10、相接時，形成導(dǎo)電溝道。區(qū)相接時，形成導(dǎo)電溝道。SiO2絕緣層絕緣層襯底襯底耗盡層耗盡層空穴空穴高摻雜高摻雜反型層反型層增強型管增強型管大到一定大到一定值才開啟值才開啟17增強型MOS管uDS對iD的影響 用場效應(yīng)管組成放大電路時應(yīng)使之工作在恒流區(qū)。用場效應(yīng)管組成放大電路時應(yīng)使之工作在恒流區(qū)。N溝道增強型溝道增強型MOS管工作在恒流區(qū)的條件是什么？管工作在恒流區(qū)的條件是什么？ iD隨隨uDS的增的增大而增大，可大而增大，可變電阻區(qū)變電阻區(qū) uGDUGS（th）,預(yù)夾斷預(yù)夾斷 iD幾乎僅僅幾乎僅僅受控于受控于uGS，恒，恒流區(qū)流區(qū)剛出現(xiàn)夾斷剛出現(xiàn)夾斷uGS的增大幾乎全部用的增大幾乎全部用來克服夾斷

11、區(qū)的電阻來克服夾斷區(qū)的電阻18 耗盡型 MOS管 耗盡型耗盡型MOS管在管在 uGS0、 uGS 0、 uGS 0時均可導(dǎo)時均可導(dǎo)通，且與結(jié)型場效應(yīng)管不同，由于通，且與結(jié)型場效應(yīng)管不同，由于SiO2絕緣層的存在，在絕緣層的存在，在uGS0時仍保持時仍保持g-s間電阻非常大的特點。間電阻非常大的特點。加正離子加正離子小到一定小到一定值才夾斷值才夾斷uGS=0時就存在時就存在導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道19MOS管的特性1)增強型增強型MOS管管2)耗盡型耗盡型MOS管管開啟開啟電壓電壓夾斷夾斷電壓電壓DGS(th)GSDO2GS(th)GSDOD2) 1(iUuIUuIi時的為式中在恒流區(qū)時，=20場效應(yīng)管

12、的分類工作在恒流區(qū)時工作在恒流區(qū)時g-s、d-s間的電壓極性間的電壓極性)0(P)0(N)00(P)00(N)00(P)00(NDSGSDSGSDSGSDSGSDSGSDSGS極性任意，溝道極性任意，溝道耗盡型，溝道，溝道增強型絕緣柵型，溝道，溝道結(jié)型場效應(yīng)管uuuuuuuuuuuuuGS=0可工作在恒流區(qū)的場效應(yīng)管有哪幾種？可工作在恒流區(qū)的場效應(yīng)管有哪幾種？ uGS0才可能工作在恒流區(qū)的場效應(yīng)管有哪幾種？才可能工作在恒流區(qū)的場效應(yīng)管有哪幾種？ uGS0才可能工作在恒流區(qū)的場效應(yīng)管有哪幾種？才可能工作在恒流區(qū)的場效應(yīng)管有哪幾種？ 214.4 場效應(yīng)管放大電路 4.4.1 FET FET的直流偏

13、置及靜態(tài)分析的直流偏置及靜態(tài)分析 根據(jù)場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)的條件，在根據(jù)場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)的條件，在g-s、d-s間間加極性合適的電源加極性合適的電源dDQDDDSQ2GS(th)BBDODQBBGSQ) 1(RIVUUVIIVU=1.基本共源放大電路基本共源放大電路222.自給偏壓電路sDQSQGQGSQsDQSQGQ0RIUUURIUU= ，2GS(off)GSQDSSDQ)1 (UUII=)(sdDQDDDSQRRIVU=由正電源獲得負(fù)偏壓由正電源獲得負(fù)偏壓稱為自給偏壓稱為自給偏壓哪種場效應(yīng)管能夠采用這種電路形式設(shè)置哪種場效應(yīng)管能夠采用這種電路形式設(shè)置Q點？點？233.分壓式偏置電路s

14、DQSQDDg2g1g1AQGQRIUVRRRUU=2GS(th)GSQDODQ) 1(=UUII)(sdDQDDDSQRRIVU=為什么加為什么加Rg3?其數(shù)值應(yīng)大些小些？其數(shù)值應(yīng)大些小些？哪種場效應(yīng)管能夠采用這種電路形式設(shè)置哪種場效應(yīng)管能夠采用這種電路形式設(shè)置Q點？點？即典型的即典型的Q點穩(wěn)定電路點穩(wěn)定電路244.4.2 FET放大電路的小信號模型分析法1.FETFET小信號模型小信號模型 DSGSDmUuig=近似分析時可認(rèn)近似分析時可認(rèn)為其為無窮大！為其為無窮大！根據(jù)根據(jù)iD的表達(dá)式或轉(zhuǎn)移特性可求得的表達(dá)式或轉(zhuǎn)移特性可求得gm。與晶體管的與晶體管的h參數(shù)等效模型類比：參數(shù)等效模型類比：252.小信號模型分析小信號模