關(guān)于場(chǎng)效應(yīng)管及其基本放大電路第一頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日3.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管

引言3.1.1

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及類型3.1.3

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的伏安特性3.1.2

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理3.1.4

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)第二頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日引言場(chǎng)效應(yīng)管FET

(FieldEffectTransistor)類型：增強(qiáng)型耗盡型絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(IGFET)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(JFET)場(chǎng)效應(yīng)管(FET)N溝道P溝道N溝道P溝道N溝道P溝道第三頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日特點(diǎn)：1.單極性器件(一種載流子導(dǎo)電)3.工藝簡(jiǎn)單、易集成、功耗小、

體積小、成本低2.輸入電阻高

(1071015，IGFET可高達(dá)1015)第四頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日3.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管3.1.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及類型N溝道JFETP溝道JFET第五頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日3.1.2結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理1.當(dāng)uDS=0時(shí)，柵源電壓uGS對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用

uGS=0UGS（off）<uGS<0uGS≤UGS（off）

第六頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日2.當(dāng)uGS=0時(shí)，漏源電壓uDS對(duì)導(dǎo)電溝道的影響UGS（off）＞uDS＞0uDS=UGS（off）

uDS＞UGS（off）

第七頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日3.當(dāng)uGS﹤0、uDS﹥0時(shí)，柵源電壓uGS對(duì)漏極電流iD的控制作用uGS

0，uDS

>0

此時(shí)

uGD=UGS(off)；

溝道楔型耗盡層剛相碰時(shí)稱預(yù)夾斷。當(dāng)uDS

，預(yù)夾斷點(diǎn)下移。第八頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日3.1.3結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的伏安特性1.輸出特性第九頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日2.轉(zhuǎn)移特性UGS(off)≤uGS≤0和管子工作在恒流區(qū)的條件下第十頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日3.1.4結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)1.直流參數(shù)(1)夾斷電壓UGS（off）

指uDS=某值，使漏極電流iD

為某一小電流時(shí)的uGS

值。

結(jié)型型場(chǎng)效應(yīng)管，當(dāng)uGS=0時(shí)所對(duì)應(yīng)的漏極電流。(2)飽和漏極電流IDSS第十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日(3)直流輸入電阻RGS(DC)

是指漏源電壓為零時(shí)，柵源電壓與柵極電流之比。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的RGS(DC)一般大于107Ω。

反映了uGS對(duì)iD的控制能力，單位S(西門子)。一般為幾毫西

(mS)uGS/ViD/mAQO2.交流參數(shù)(1)低頻跨導(dǎo)gm第十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日(2)極間電容CGS約為1~3pF，而CGD約為0.1~1pF

3.極限參數(shù)(1)最大漏極電流IDM(2)最大漏源電壓U(BR)DS(3)最大柵源電壓U(BR)GS(4)最大耗散功率PDMPDM=uDSiD，受溫度限制。第十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日3.2絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管MOS場(chǎng)效應(yīng)管（絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管）N溝道絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管P溝道絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管增強(qiáng)型耗盡型增強(qiáng)型耗盡型第十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、增強(qiáng)型N溝道MOSFET

(MentalOxideSemi—FET)1.結(jié)構(gòu)與符號(hào)P型襯底(摻雜濃度低)N+N+用擴(kuò)散的方法制作兩個(gè)N區(qū)在硅片表面生一層薄SiO2絕緣層SD用金屬鋁引出源極S和漏極DG在絕緣層上噴金屬鋁引出柵極GB耗盡層S—源極SourceG—柵極Gate

D—漏極DrainSGDB3.2.1增強(qiáng)型MOS管第十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日2.工作原理反型層(溝道)(1)導(dǎo)電溝道的形成uGS=0uGS>0且uGS>UGS(th)第十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日1)uGS

對(duì)導(dǎo)電溝道的影響

(uDS=0)a.

當(dāng)UGS=0

，DS間為兩個(gè)背對(duì)背的PN結(jié)；b.

當(dāng)0<UGS<UGS(th)(開啟電壓)時(shí)，GB間的垂直電場(chǎng)吸引

P區(qū)中電子形成離子區(qū)(耗盡層)；c.

當(dāng)uGS

UGS(th)

時(shí)，襯底中電子被吸引到表面，形成導(dǎo)電溝道。uGS

越大溝道越厚。第十七頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日(2)柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用(uGS>UGS(th))

DS間的電位差使溝道呈楔形，uDS，靠近漏極端的溝道厚度變薄。預(yù)夾斷(UGD=

UGS(th))：漏極附近反型層消失。預(yù)夾斷發(fā)生之前：uDSiD。預(yù)夾斷發(fā)生之后：uDSiD不變。第十八頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日(1)輸出特性可變電阻區(qū)uDS<uGSUGS(th)uDSiD

，直到預(yù)夾斷飽和(放大區(qū))uDS，iD

不變uDS加在耗盡層上，溝道電阻不變截止區(qū)uGS

UGS(th)

全夾斷iD=0

iD/mAuDS/VuGS=2V4V6V8V截止區(qū)

飽和區(qū)可變電阻區(qū)放大區(qū)恒流區(qū)O3.伏安特性第十九頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日(2)轉(zhuǎn)移特性2464321uGS/ViD/mAUDS=10VUGS(th)當(dāng)uGS>UGS(th)

時(shí)：uGS=2UGS(th)

時(shí)的

iD值開啟電壓O第二十頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、耗盡型N溝道MOSFETSGDBSio2

絕緣層中摻入正離子在uGS=0時(shí)已形成溝道；在DS間加正電壓時(shí)形成iD，uGS

UGS(off)

時(shí)，全夾斷。第二十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日輸出特性u(píng)GS/ViD/mA轉(zhuǎn)移特性IDSSUGS(off)夾斷電壓飽和漏極電流當(dāng)uGS

UGS(off)

時(shí)，uDS/ViD/mAuGS=4V2V0V2VOO第二十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、P溝道MOSFET增強(qiáng)型耗盡型SGDBSGDB第二十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日N溝道增強(qiáng)型SGDBiDP溝道增強(qiáng)型SGDBiD2–2OuGS/ViD/mAUGS(th)SGDBiDN溝道耗盡型iDSGDBP溝道耗盡型UGS(off)IDSSuGS/ViD/mA–5O5FET符號(hào)、特性的比較第二十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日OuDS/ViD/mA5V2V0V–2VuGS=2V0V–2V–5VN溝道結(jié)型SGDiDSGDiDP溝道結(jié)型uGS/ViD/mA5–5OIDSSUGS(off)OuDS/ViD/mA5V2V0VuGS=0V–2V–5V第二十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日3.1.3場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)開啟電壓UGS(th)(增強(qiáng)型)

夾斷電壓

UGS(off)(耗盡型)

指uDS=某值，使漏極電流iD為某一小電流時(shí)的uGS

值。UGS(th)UGS(off)2.飽和漏極電流IDSS耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管，當(dāng)uGS=0時(shí)所對(duì)應(yīng)的漏極電流。IDSSuGS/ViD/mAO第二十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日UGS(th)UGS(off)3.直流輸入電阻RGS

指漏源間短路時(shí)，柵、源間加

反向電壓呈現(xiàn)的直流電阻。JFET：RGS>107

MOSFET：RGS=109

1015IDSSuGS/ViD/mAO第二十七頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日4.低頻跨導(dǎo)gm

反映了uGS對(duì)iD的控制能力，單位S(西門子)。一般為幾毫西

(mS)uGS/ViD/mAQO第二十八頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日PDM=uDSiD，受溫度限制。5.漏源動(dòng)態(tài)電阻rds6.最大漏極功耗PDM第二十九頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日3.2.3場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較管子名稱晶體管場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)電機(jī)理利用多子和少子導(dǎo)電利用多子導(dǎo)電控制方式電流控制電壓控制放大能力高較低直流輸入電阻小約幾kΩ大JFET可達(dá)107Ω以上,MOS可達(dá)1010Ω穩(wěn)定性受溫度和輻射的影響較大溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)噪聲中等很小結(jié)構(gòu)對(duì)稱性集電極和發(fā)射極不對(duì)稱，不能互換漏極和源極對(duì)稱，可互換使用適用范圍都可用于放大電路和開關(guān)電路等第三十頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日

【例3-1】已知某場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線如圖3-15

所示，試確定場(chǎng)效應(yīng)管的類型。UGS（th）=2V為N溝道增強(qiáng)型MOS管。第三十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日【例3-2】電路如圖3-16(a)所示，場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性如圖3-16(b)所示，分析當(dāng)uI＝3V、8V、12V三種情況下場(chǎng)效應(yīng)管分別工作在什么區(qū)域。

解：UGS（th）=5VuGS＝uI

第三十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日

當(dāng)uI＝3V時(shí)，uGS小于開啟電壓，即uGS<UGS(th)，故場(chǎng)效應(yīng)管截止。第三十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日

當(dāng)uI＝8V時(shí)，uGS>UGS(th)，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，假設(shè)場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)，根據(jù)輸出特性可知iD≈0.6mA，則管壓降

uDS≈VDD﹣iDRd=12﹣0.6×3.3≈10V第三十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日uGS﹣UGS(th)=8V﹣5V=3V，所以，uDS>uGS﹣UGS(th)，說明假設(shè)成立，即場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)。因?yàn)椋簎DS≈10V第三十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日當(dāng)uI＝12V時(shí)，uGS>UGS(th)，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，假設(shè)場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)可知，當(dāng)UGS=12V時(shí)iD≈4mA第三十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日則：uDS=VDD﹣iDRd=12﹣4×3.3≈﹣1.2V而電路實(shí)際的uDS>0

所以：假設(shè)不正確，實(shí)際的iD小于4mA故場(chǎng)效應(yīng)管工作在可變電阻區(qū)。第三十七頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日【例3-3】圖3-17所示電路，已知RD=3.3k，RG=100k，VDD=10V，VGG=2V，場(chǎng)效應(yīng)管的UGS(off)=﹣5V，IDSS=3mA，試分析場(chǎng)效應(yīng)管工作在什么區(qū)域。解：UGSQ=﹣VGG=﹣2V>UGS(off)場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通假設(shè)場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)

UGSQ﹣UGS(off)=﹣2﹣(﹣5)=3VUDSQ>UGSQUGS(off)

假設(shè)正確第三十八頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日3.3

場(chǎng)效應(yīng)管放大電路3.3.2場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析3.3.1場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的直流偏置與靜態(tài)分析第三十九頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日3.2.1場(chǎng)效應(yīng)管放大電路三種組態(tài)：共源、共漏、共柵特點(diǎn)：輸入電阻極高，噪聲低，熱穩(wěn)定性好1.固定偏壓放大電路一、電路的組成（1）合適的偏置（2）能輸入能輸出+VDDRDC2+C1+uiRGGDRL+UoVGG三種組態(tài)：共源、共漏、共柵三種組態(tài)：共源、共漏、共柵三種組態(tài)：共源、共漏、共柵第四十頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日第四十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日柵極電阻RG的作用：(1)為柵偏壓提供通路(2)瀉放柵極積累電荷源極電阻RS的作用：提供負(fù)柵偏壓漏極電阻RD的作用：把iD的變化變?yōu)閡DS的變化+VDDRDC2CS+++uoC1+uiRGRSGSDUGS+VDDRD0C1RGRSGSDIDUDSRL

2.自給偏壓放大電路第四十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日

UDSQ=VDD–

IDQ(RS+RD)

UGS+VDDRDRGRSGSDIDUDSUGSQ

=–IDQRS二、靜態(tài)分析1.估算法第四十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日2.圖解法①在輸出特性上作直流負(fù)載線②作負(fù)載轉(zhuǎn)移特性曲線

③作輸入回路的直流負(fù)載線

④確定靜態(tài)工作點(diǎn)轉(zhuǎn)移特性曲線與輸入回路的直流負(fù)載線的交點(diǎn)即為靜態(tài)工作點(diǎn)Q，Q點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)值即為UGSQ，縱坐標(biāo)值即為IDQ，再根據(jù)IDQ在輸出特性曲線上求出靜態(tài)工作點(diǎn)Q，確定UDSQ。第四十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日(a)轉(zhuǎn)移特性曲線(b)輸出特性曲線圖自給偏壓電路Q點(diǎn)的圖解第四十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.場(chǎng)效應(yīng)管的等效電路三、動(dòng)態(tài)分析—場(chǎng)效應(yīng)管電路小信號(hào)等效電路分析法第四十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日移特性可知，gm是轉(zhuǎn)移特性在靜態(tài)工作點(diǎn)Q處gm為低頻跨導(dǎo)，反映了管子的放大能力，從轉(zhuǎn)切線的斜率.第四十七頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日rds為場(chǎng)效應(yīng)管的共漏極輸出電阻，為輸出特性在Q點(diǎn)處的切線斜率的倒數(shù)，如圖所示，通常rds在幾十千歐到幾百千歐之間。第四十八頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日從輸入端口看入，相當(dāng)于電阻

rgs()。從輸出端口看入為受

ugs控制的電流源。id=gmugs小信號(hào)模型根據(jù)rgs

Sidgmugs+ugs+udsGDrds第四十九頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日2.場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的微變等效電路RLRD+uo+uiGSD+ugsgmugsidiiRG3.計(jì)算放大電路的動(dòng)態(tài)指標(biāo)注意：自給偏壓電路只適用耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管放大電路第五十頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日3.2.2分壓式自偏壓放大電路調(diào)整電阻的大小，可獲得：UGSQ>0UGSQ=0UGSQ<0RL+VDDRDC2CS+++uoC1+uiRG2RSGSDRG1一、電路組成二、靜態(tài)分析第五十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日

UDSQ=VDD–

IDQ(RS+RD)

三、動(dòng)態(tài)分析RLRD+uo+uiRG2GSDRG1+ugsgmugsidii第五十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日四、改進(jìn)電路目的：為了提高輸入電阻有CS時(shí)：RL+VDDRDC2CS+++uoC1+uiRG2RSGSDRG1RG3RLRD+uo+uiRG2GSDRG3RG1+ugsgmugsidii無CS

時(shí)：RSRi、Ro不變第五十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日3.2.3共漏放大電路RL+VDDC2++uoC1+uiRG2RSGSDRG1RG3RLRS+uo+uiRG2GSDRG3RG1+ugsgmugsiiioRo第五十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日例耗盡型N溝道MOS管，RG=1M，

RS

=2k，RD=12k

，VDD=20V。

IDSS=4mA，UGS(off)

=–4V，求iD和uO。iG=0uGS=iDRS第五十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日iD1=4mAiD2=1mAuGS=–8V<UGS(off)增根uGS=–2V

uDS=VDD–

iD(RS+RD)=20–14=6(V)

uO=VDD–

iD

RD=20–14=8(V)在放大區(qū)例已知UGS(off)=0.8V，IDSS=0.18mA，

1.求“Q”。2.求AU,Ri,RO第五十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日解方程得：IDQ1=0.69mA，UGSQ=–

2.5V(增根，舍去)

IDQ2=0.45mA，

UGSQ=–

0.4V

RLRDC2CS+++uoC1+uiRG2GSDRG1RG310k10k200k64k1M2k5k+24V第五十七頁(yè)，共六十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日例gm=0.65mA/V，ui

=20s