1、電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院2019年電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）蘭州大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院場效應(yīng)管與雙極型晶體管不同，它是多子導(dǎo)電，輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好。結(jié)型場效應(yīng)管JFET絕緣柵型場效應(yīng)管MOS場效應(yīng)管有兩種:4.1 場效應(yīng)晶體管N溝道P溝道耗盡型增強(qiáng)型耗盡型增強(qiáng)型N溝道P溝道場效應(yīng)管與雙極型晶體管不同，它是多子導(dǎo)電，輸入阻抗高，溫度穩(wěn)一、結(jié)構(gòu)及符號4.1.1 結(jié)型場效應(yīng)管:源極（S）柵極（G）P區(qū)漏極DNNDGSN溝道GSDP溝道擴(kuò)散情況：NPNN一、結(jié)構(gòu)及符號4.1.1 結(jié)型場效應(yīng)管:源極（S）柵極（G）二、工作原理（以P溝道為例，N溝道見書）UDS=0V時(shí)PGS

2、DUDSUGSNNNNIDPN結(jié)反偏，UGS越大則耗盡區(qū)越寬，導(dǎo)電溝道越窄。4.1.1 結(jié)型場效應(yīng)管:二、工作原理（以P溝道為例，N溝道見書）UDS=0V時(shí)PGSPGSDUDSUGSNNIDUDS=0V時(shí)NNUGS越大耗盡區(qū)越寬，溝道越窄，電阻越大。但當(dāng)UGS較小時(shí)，耗盡區(qū)寬度有限，存在導(dǎo)電溝道。DS間相當(dāng)于線性電阻。何種載流子導(dǎo)電？二、工作原理（以P溝道為例）4.1.1 結(jié)型場效應(yīng)管:PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V時(shí)NNUGS越大耗盡PGSDUDSUGSNNUDS=0時(shí)UGS達(dá)到一定值時(shí)（夾斷電壓VP）,耗盡區(qū)碰到一起，DS間被夾斷，這時(shí)，即使UDS 0V，漏極電流ID=0A。ID

3、二、工作原理（以P溝道為例）4.1.1 結(jié)型場效應(yīng)管:PGSDUDSUGSNNUDS=0時(shí)UGS達(dá)到一定值時(shí)（夾斷PGSDUDSUGSUGS0、UGDVP時(shí)耗盡區(qū)的形狀NN越靠近漏端，PN結(jié)反壓越大ID二、工作原理（以P溝道為例）4.1.1 結(jié)型場效應(yīng)管:PGSDUDSUGSUGS0、UGDVP時(shí)PGSDUDSUGSUGSVp且UDS較大時(shí)UGDVP時(shí)耗盡區(qū)的形狀NN溝道中仍是電阻特性，但是是非線性電阻。ID二、工作原理（以P溝道為例）4.1.1 結(jié)型場效應(yīng)管:PGSDUDSUGSUGSVp且UDS較大時(shí)UGDVP時(shí)GSDUDSUGSUGSVp UGD=VP時(shí)NN漏端的溝道被夾斷，稱為予夾斷。

4、UDS增大則被夾斷區(qū)向下延伸。ID二、工作原理（以P溝道為例）4.1.1 結(jié)型場效應(yīng)管:GSDUDSUGSUGSVp UGD=VP時(shí)NN漏端的溝GSDUDSUGSUGSVp UGD=VP時(shí)NN此時(shí)，電流ID由未被夾斷區(qū)域中的載流子形成，基本不隨UDS的增加而增加，呈恒流特性。ID二、工作原理（以P溝道為例）4.1.1 結(jié)型場效應(yīng)管:GSDUDSUGSUGS0時(shí)UGS足夠大時(shí)（UGSVT）感應(yīng)出足夠多電子，這里出現(xiàn)以電子導(dǎo)電為主的N型導(dǎo)電溝道。感應(yīng)出電子VT稱為開啟（閾值）電壓二、MOS管的工作原理4.1.2 絕緣柵場效應(yīng)管:PNNGSDUDSUGSUGS0時(shí)UGS足夠大時(shí)（UGSUGS較小時(shí)，

5、導(dǎo)電溝道相當(dāng)于電阻將D-S連接起來，UGS越大此電阻越小。PNNGSDUDSUGS二、MOS管的工作原理4.1.2 絕緣柵場效應(yīng)管:UGS較小時(shí)，導(dǎo)電溝道相當(dāng)于電阻將D-S連接起來，UGS越大PNNGSDUDSUGS當(dāng)UDS不太大時(shí)，導(dǎo)電溝道在兩個(gè)N區(qū)間是均勻的。當(dāng)UDS較大時(shí)，靠近D區(qū)的導(dǎo)電溝道變窄。二、MOS管的工作原理4.1.2 絕緣柵場效應(yīng)管:PNNGSDUDSUGS當(dāng)UDS不太大時(shí)，導(dǎo)電溝道在兩個(gè)N區(qū)PNNGSDUDSUGS夾斷后，即使UDS 繼續(xù)增加，ID仍呈恒流特性。IDUDS增加，UGD=VT 時(shí)，靠近D端的溝道被夾斷，稱為予夾斷。二、MOS管的工作原理4.1.2 絕緣柵場效應(yīng)

6、管:PNNGSDUDSUGS夾斷后，即使UDS 繼續(xù)增加，ID三、增強(qiáng)型N溝道MOS管的特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線0IDUGSVT4.1.2 絕緣柵場效應(yīng)管:三、增強(qiáng)型N溝道MOS管的特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線0IDUGSV輸出特性曲線IDU DS0UGS0三、增強(qiáng)型N溝道MOS管的特性曲線4.1.2 絕緣柵場效應(yīng)管:輸出特性曲線IDU DS0UGS0三、增強(qiáng)型N溝道MOS管四、耗盡型N溝道MOS管的特性曲線耗盡型的MOS管UGS=0時(shí)就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓才能夾斷。轉(zhuǎn)移特性曲線0IDUGSVT4.1.2 絕緣柵場效應(yīng)管:四、耗盡型N溝道MOS管的特性曲線耗盡型的MOS管UGS=0輸出特性曲線IDU D

7、S0UGS=0UGS0四、耗盡型N溝道MOS管的特性曲線4.1.2 絕緣柵場效應(yīng)管:輸出特性曲線IDU DS0UGS=0UGS0四、4.1.2 絕緣柵場效應(yīng)管:五、說明：（1）MOS管由四種基本類型；（2）MOS管的特性與結(jié)型場效應(yīng)管的特性類似；（3）增強(qiáng)型的MOS管的UGS必須超過一定的值以使溝道形成； 耗盡型的MOS管使形成溝道的UGS可正可負(fù)；（4）MOS管的輸入阻抗特高（5）衡量場效應(yīng)管的放大能力用跨導(dǎo) 單位：ms4.1.2 絕緣柵場效應(yīng)管:五、說明：六、MOS管的有關(guān)問題4.1.2 絕緣柵場效應(yīng)管:（2）交流參數(shù)低頻跨導(dǎo)：極間電容：柵源電容CGS，柵漏電容CGD，漏源電容CDS（3）

8、極限參數(shù) 最大漏極電流IDM，最大耗散功率P0M，漏源擊穿電壓U(BR)DS柵源擊穿電壓UBR)GS1、主要參數(shù)（1）直流參數(shù)開啟電壓UGS(th)指增強(qiáng)型的MOS管夾斷電壓UGS(off)指耗盡型的MOS管飽和漏電流IDSS直流輸入電阻： 通常很大107左右六、MOS管的有關(guān)問題4.1.2 絕緣柵場效應(yīng)管:（2）交六、MOS管的有關(guān)問題4.1.2 絕緣柵場效應(yīng)管:2、場效應(yīng)管與三極管的比較六、MOS管的有關(guān)問題4.1.2 絕緣柵場效應(yīng)管:2、場效六、MOS管的有關(guān)問題4.1.2 絕緣柵場效應(yīng)管:3、使用注意事項(xiàng)（1）結(jié)型場效應(yīng)管的柵源電壓不能接反，但可在開路狀態(tài)下保存；（2）MOS管在不使用

9、時(shí)，須將各個(gè)電極短接；（3）焊接時(shí)，電烙鐵必須有外接地線，最好是斷電后再焊接；（4）結(jié)型場效應(yīng)管可用萬用表定性檢測管子的質(zhì)量，而MOS管必須用專門的儀器來檢測；（5）若用四引線的場效應(yīng)管，其襯底引線應(yīng)正確連接；六、MOS管的有關(guān)問題4.1.2 絕緣柵場效應(yīng)管:3、使用 4.2 場效應(yīng)管放大電路(1) 靜態(tài)：適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)，使場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)，場效應(yīng)管的偏置電路相對簡單。 (2) 動(dòng)態(tài)：能為交流信號提供通路。組成原則：靜態(tài)分析：估算法、圖解法。動(dòng)態(tài)分析：微變等效電路法。分析方法： 場效應(yīng)管是電壓控制器件。它利用柵源電壓來控制漏極電流的變化。它的放大作用以跨導(dǎo)來體現(xiàn)，在場效應(yīng)管的漏極特性的水

10、平部分，漏極電流iD的值主要取決于vGS，而幾乎與vDS無關(guān)。 4.2 場效應(yīng)管放大電路(1) 靜態(tài)：適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)，1、 固定偏置電路 4.2.1 場效應(yīng)管的直流偏置電路+EDRdRgEgTuouiT：控制器件（N溝道耗盡型MOS管）ED、Eg：直流電源C1、C2：隔直流通交流Rd：將變化的電流轉(zhuǎn)化為變化的電壓為保證T工作是恒流區(qū)，必須滿足：UGS始終為負(fù)；UDS始終為正，且UDGUP1、 固定偏置電路 4.2.1 場效應(yīng)管的直流偏置電路+ED2、自偏壓電路3、分壓式自偏壓電路vGSvGSvGSvGSvGS4.2.1 場效應(yīng)管的直流偏置電路Rg：使g與地的直流電位幾乎相同（因上無電流）。R

11、：當(dāng)IS流過R時(shí)產(chǎn)生直流壓降ISR，使S對地有一定的電壓：UGS=ISR=IDRUGS則：UGUS而：IG=0所以：UDD=20VuoRSuiCSR1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k4.2.4 場效應(yīng)管的共源極放大電路一、靜態(tài)分析求：UDS和4.2.4 場效應(yīng)管的共源極放大電路UDD=20VuoRSuiCSR1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k二、動(dòng)態(tài)分析微變等效電路sgR2R1RGRLdRLRDro=RD=10k4.2.4 場效應(yīng)管的共源極放大電路UDD=20VuoRSu4.2.5 共漏極放大器源極輸出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2R

12、L150k50k1M10kDSC2G一、靜態(tài)分析USUGUDS=UDD- US =20-5=15V4.2.5 共漏極放大器源極輸出器uo+UDDRSui4.2.5 共漏極放大器源極輸出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2Griro rogR2R1RGsdRLRS微變等效電路二、動(dòng)態(tài)分析4.2.5 共漏極放大器源極輸出器uo+UDDRSui輸出電阻 ro加壓求流法gd微變等效電路ro roR2R1RGsRS4.2.5 共漏極放大器源極輸出器二、動(dòng)態(tài)分析輸出電阻 ro加壓求流法gd微變等效電路ro roR2R1微變等效電路4.2.6 共柵放大器動(dòng)態(tài)分析EDRESRdRLuigmugsgduiRdRLsRI總Ii1 、電壓放大倍數(shù)Uo=gmUgsUi=Ugs Au=Uo/Ui =gm2、輸入電阻 Ui=I總R=(Ii+gmUgs)R =(IigmUi)R得3、輸出電阻 Ro= Rd微變等效電路4.2.6 共柵放大器動(dòng)態(tài)分析EDRESRdR場效應(yīng)管放大電路小結(jié)(1) 場效應(yīng)管放大器輸入電阻很大。(2) 場效應(yīng)管共源極放大器(漏極輸出)輸入輸出反相，電壓放大倍數(shù)大于1；輸出電阻=RD。(3) 場效應(yīng)管源極跟隨器輸入輸出同相，電壓放大倍數(shù)小于1且約等于1；輸出電阻小。場效應(yīng)管放大電路小結(jié)(1) 場效應(yīng)管放