1、4 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路 場效應(yīng)管是以半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電的，因場效應(yīng)管是以半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電的，因此，又叫做此，又叫做單極型單極型晶體管。屬晶體管。屬電壓控制電壓控制器件。器件。 按結(jié)構(gòu)的不同分按結(jié)構(gòu)的不同分結(jié)型場效應(yīng)管（結(jié)型場效應(yīng)管（JFET) 和和 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（MOS) 兩大類兩大類。4. 1 結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管 4. 1. 1 JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理 1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管(JFET)，分為，分為N溝道和溝道和P溝道兩種。溝道兩種。結(jié)構(gòu)和電路符號如圖結(jié)構(gòu)和電路符號如圖4.

2、1.1和和 圖圖4.1.2 所示。所示。 2. 工作原理工作原理 由于兩種管子的工作原理相同，下面以由于兩種管子的工作原理相同，下面以 N溝道為例分析溝道為例分析其工作原理。其工作原理。 N 溝道溝道JFET工作時(shí)，在柵極與源極之間需加工作時(shí)，在柵極與源極之間需加一負(fù)電壓負(fù)電壓（ vGS107 ）。 在漏極與源極之間加一正電壓（在漏極與源極之間加一正電壓（ vDS 0 ） ，使，使 N 溝道中溝道中的多數(shù)載流子（電子）在電場作用下由源極向漏極運(yùn)動(dòng)，形的多數(shù)載流子（電子）在電場作用下由源極向漏極運(yùn)動(dòng)，形成電流成電流 iD 。 iD 的大小受的大小受vGS 控制控制 。 因此，討論因此，討論 JF

3、ET 的工作原理就是的工作原理就是討論討論vGS 對對 iD 的控制作用和的控制作用和 vDS 對對iD的影響。的影響。 (1) vGS 對對 iD 的控制作用的控制作用 當(dāng)當(dāng) vGS=Vp時(shí)，溝道完全時(shí)，溝道完全消失（夾斷），溝道電阻消失（夾斷），溝道電阻趨于無窮大，相應(yīng)的柵源趨于無窮大，相應(yīng)的柵源電壓稱為夾斷電壓電壓稱為夾斷電壓 Vp 。 如在漏源之間加上固定電壓，將有電流如在漏源之間加上固定電壓，將有電流 iD ，改變，改變 |vGS| ，可以，可以有效的控制溝道電阻的大小，從而控制有效的控制溝道電阻的大小，從而控制 iD 大小，大小， |vGS| 越大，越大，iD越小。越小。 先假定先

4、假定 vDS = 0 ， 改變改變 vGS 的大小，導(dǎo)電溝道隨著的大小，導(dǎo)電溝道隨著改變，導(dǎo)電溝道隨改變，導(dǎo)電溝道隨 |vGS| 的的增大而變窄，溝道電阻變大增大而變窄，溝道電阻變大， (2) vDS 對對 iD 的影響的影響 首先從首先從 vGS=0 開始討論開始討論。 a) vDS=0, iD =0 b) 0 vDS|vP| , iD =IDSS 近漏端溝道夾斷區(qū)增加近漏端溝道夾斷區(qū)增加。0 DSvPDSVv PDSVv PDSVv (a)(b)(c)(d) G、S 間加負(fù)電壓間加負(fù)電壓，耗盡耗盡層加寬，導(dǎo)電溝道變窄；層加寬，導(dǎo)電溝道變窄；D、S 間加正電壓間加正電壓，導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道變得

5、不等寬。根據(jù)變得不等寬。根據(jù) vGD= vGS vDS=VP 可知，可知，vGS 越負(fù)，發(fā)生預(yù)夾斷所需的越負(fù)，發(fā)生預(yù)夾斷所需的 vDS 就越小。相反，在同樣的就越小。相反，在同樣的 vDS作用下，作用下，vGS越負(fù)，耗盡層越寬，溝道電阻越大，漏極電流越負(fù)，耗盡層越寬，溝道電阻越大，漏極電流 iD 就就越小，越小，iD 隨隨vDS變化曲線下移，圖變化曲線下移，圖.1.5(b)示出了不同示出了不同 vGS下，所下，所得的得的 iDvDS曲線曲線。vGS 越負(fù)越負(fù)，iD 越小，體現(xiàn)了柵源電壓越小，體現(xiàn)了柵源電壓 vGS對漏對漏極電流極電流 iD 的控制作用的控制作用。 由上述分析可繪出由上述分析可繪

6、出 時(shí)的時(shí)的 iD vDS 特性曲線特性曲線 0 GSv 綜上分析，可得如下結(jié)論：綜上分析，可得如下結(jié)論： JFET 柵極、溝道之間的柵極、溝道之間的 PN 結(jié)是反向偏置的，因此結(jié)是反向偏置的，因此 ，輸入電阻很高。，輸入電阻很高。 JFET是電壓控制電流器件，是電壓控制電流器件， iD 受受 vGS 控制?？刂?。 預(yù)夾斷前，預(yù)夾斷前， iD 與與 vDS 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，iD 趨于飽和趨于飽和 , 其大小僅隨其大小僅隨 vGS 變化。變化。 P 溝道溝道 JFET工作時(shí)，其電源極性與工作時(shí)，其電源極性與 N 溝道溝道 JFET的的電源極性相反。電源極性相反

7、。 0 Gi4. 1 .2 特性曲線及參數(shù)特性曲線及參數(shù) 1 輸出特性輸出特性 分為四個(gè)區(qū)：分為四個(gè)區(qū)： I 區(qū)：區(qū)： 可變電阻區(qū)可變電阻區(qū) 溝道電阻受柵源電壓控制。溝道電阻受柵源電壓控制。 II區(qū)：區(qū)：恒流區(qū)或飽和區(qū)，恒流區(qū)或飽和區(qū)，也稱為線性放大區(qū)。也稱為線性放大區(qū)。III區(qū)：區(qū)：擊穿區(qū)擊穿區(qū) （V(BR)DS ）IV區(qū)：區(qū)：截止區(qū)截止區(qū)， VGS VT 時(shí)時(shí)，出現(xiàn)，出現(xiàn) N型溝道型溝道出現(xiàn)夾斷時(shí)或出現(xiàn)夾斷時(shí)或預(yù)夾斷處預(yù)夾斷處 vGD= vGS vDS=VT(c) vDS 較小時(shí)較小時(shí)， iD 迅速增大迅速增大(d) vDS較大出現(xiàn)夾斷較大出現(xiàn)夾斷時(shí)時(shí)，iD 趨于飽和趨于飽和3 特性曲線特

8、性曲線 在恒流區(qū)內(nèi)，轉(zhuǎn)移特性可近似表示為在恒流區(qū)內(nèi)，轉(zhuǎn)移特性可近似表示為),()1(20TGDTGSTGSDDVvVvVvIi 4 參數(shù)參數(shù) MOSFET的參數(shù)與的參數(shù)與 JFET的基本相同，不同的是的基本相同，不同的是MOS增增強(qiáng)型管不用夾斷電壓強(qiáng)型管不用夾斷電壓V P , 而用開啟電壓而用開啟電壓VT 表征管子的特性。表征管子的特性。 4. 3.2 N 溝道耗盡型溝道耗盡型 MOSFET 結(jié)構(gòu)與增強(qiáng)型相似，結(jié)構(gòu)與增強(qiáng)型相似，不同的是在二氧化硅絕緣不同的是在二氧化硅絕緣層中摻入了大量的正離子層中摻入了大量的正離子，這樣，這樣，VGS =0 時(shí)，時(shí)，存在導(dǎo)電溝道，存在導(dǎo)電溝道， iD 0 耗盡

9、型管子的柵源電壓可耗盡型管子的柵源電壓可正可負(fù)，參數(shù)是夾斷電壓正可負(fù)，參數(shù)是夾斷電壓V P。4.4 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路4.1.1 直流偏置電路及靜態(tài)分析直流偏置電路及靜態(tài)分析 1 直流偏置電路直流偏置電路Q: 偏置電路的形式有兩種。偏置電路的形式有兩種。 1）自偏壓電路）自偏壓電路 僅適用于結(jié)型和耗盡型管子。僅適用于結(jié)型和耗盡型管子。 DSDGSVIV,RIVDGS 4.1.1 2） 分壓式自偏壓電路分壓式自偏壓電路RIVRRRVVVDDDgggSGGS 212 不僅僅適用于結(jié)型和不僅僅適用于結(jié)型和耗盡型管子，也適用增強(qiáng)耗盡型管子，也適用增強(qiáng)型管子。型管子。 4.1.12. 靜態(tài)

10、工作點(diǎn)的確定靜態(tài)工作點(diǎn)的確定 FET放大電路靜態(tài)分析可用圖解法和公式法。下面放大電路靜態(tài)分析可用圖解法和公式法。下面討論公式法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。討論公式法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。2)1 (PGSDSSDVvIi 20) 1( TGSDDVvIi和和 公式法就是利用恒流區(qū)中公式法就是利用恒流區(qū)中 iD 與與 vGS 的近似關(guān)系式的近似關(guān)系式 以及由直流通路中線性部分列出的電壓電流方程聯(lián)立求解可以及由直流通路中線性部分列出的電壓電流方程聯(lián)立求解可計(jì)算出靜態(tài)工作點(diǎn)。計(jì)算出靜態(tài)工作點(diǎn)。 )(RRIVVdDDDDS 2)1(PGSDSSDVvIi 例例如對于圖如對于圖4.4.1a電路電路 :聯(lián)立求解聯(lián)立求解可求出

11、可求出 VGS 和和 ID再由輸出回路列方程，可得再由輸出回路列方程，可得RivDGS 4.4.2 FET 放大電路的小信號模型分析法放大電路的小信號模型分析法 1 FET小信號模型小信號模型低頻簡化模型低頻簡化模型2 應(yīng)用小信號模型分析放大電路應(yīng)用小信號模型分析放大電路 圖圖 4.4.3 a 的小信號等效電路如圖的小信號等效電路如圖b 。 +-gsV o(1) 中頻電壓增益中頻電壓增益(2) 輸入電阻輸入電阻(3) 輸出電阻輸出電阻 例例 4.4.2 求圖求圖 4.4.4a 所示所示共漏電路共漏電路源極輸出器的中源極輸出器的中頻電壓增益、輸入電阻和輸頻電壓增益、輸入電阻和輸出電阻。出電阻。 解解：中頻小信號等效電中頻小信號等效電路如圖路如圖4.4.4b 所示。所示。 (1) 中頻電壓增益中頻電壓增益 由圖由圖4.4.4b 可得可得(2) 輸入電阻輸入電阻 (3) 輸出電阻輸出電阻 圖圖 4.4.5 為求輸出電阻的為求輸出電阻的等效電路等效電路 ，由圖有，由圖有213/gggiRRRR 具有和共集電路一樣的具有和共集電路一樣的特點(diǎn)，但輸入電阻更高。特點(diǎn)，但輸入電阻更高。 3 三種基本放大電路的性能比較三種基本放大電路的性能比較 場效應(yīng)管放大電路也有三種組態(tài)：共柵、共漏、共源。場效應(yīng)管放大電路也有三種組態(tài)：共柵、共漏、共源