第3章場效應(yīng)管放大電路§3.1結(jié)型場效應(yīng)管§3.2MOS型場效應(yīng)管§3.3場效應(yīng)管及其基本放大電路

場效應(yīng)管有三個極：源極（s）、柵極（g）、漏極（d），對應(yīng)于晶體管的e、b、c；有三個工作區(qū)域：截止區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū)，對應(yīng)于晶體管的截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。單極型管∶噪聲小、抗輻射能力強(qiáng)、低電壓工作場效應(yīng)管特點

在一塊N型半導(dǎo)體的兩側(cè)制作兩個高摻雜的P區(qū)，形成兩個PN結(jié)夾著一個N型溝道的結(jié)構(gòu)。兩個P區(qū)連在一起稱為柵極G，N型溝道的一端是漏極D，另一端是源極S。N溝道結(jié)型場效應(yīng)管沒有絕緣層，漏極、源極不斷開。只有耗盡型，沒有增強(qiáng)型。導(dǎo)電溝道§3.1

結(jié)型場效應(yīng)管（以N溝道為例）1.結(jié)構(gòu)和符號2.工作原理（1)uGS對iD的控制作用

耗盡層較窄，溝道較寬。PN結(jié)反偏，耗盡層向中間靠攏，溝道變窄。

溝道合攏，發(fā)生夾斷。uGS=0VuGS<0VuGS=UGS(off)(2)uDS對iD的影響

漏極處耗盡層變寬，溝道變窄，溝道呈楔形分布

漏極處出現(xiàn)夾斷區(qū)，發(fā)生預(yù)夾斷。

夾斷區(qū)向源極方向延長，uDS的增大幾乎全部用于克服夾斷區(qū)電阻。uGD=uGS-uDS>UGS(off)可變電阻區(qū)uGD=uGS-uDS=UGS(off)uGD=uGS-uDS<UGS(off)預(yù)夾斷恒流區(qū)

3.特性曲線(1)輸出特性曲線(2)轉(zhuǎn)移特性曲線在恒流區(qū)時，有

§3.2MOS型（絕緣柵）場效應(yīng)管一、N溝道增強(qiáng)型MOSFETN溝道增強(qiáng)型MOS管，襯底箭頭向里。漏極、襯底和源極斷開，表示零柵壓時溝道不通。

場效應(yīng)管有三個電極：源極(s)、柵極(g)、漏極(d)，對應(yīng)于晶體管的e、b、c；有三個工作區(qū)域：截止區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū)，對應(yīng)于晶體管的截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。1.結(jié)構(gòu)和符號SiO2絕緣層2.工作原理

(1)uGS對iD的控制作用

不足以形成導(dǎo)電溝道

形成N型導(dǎo)電溝道uGS>0，但較小uGS>UGS(th)

(2)uDS對iD的影響

iD隨uDS的增大而增大

漏極處出現(xiàn)夾斷區(qū)

uGS的增大幾乎全部用來克服夾斷區(qū)的電阻,

iD僅受控于uGS。uGD=uGS-uDS>UGS(th)可變電阻區(qū)uGD=UGS(th)預(yù)夾斷uGD<UGS(th)恒流區(qū)(1)輸出特性曲線gs電壓控制ds的等效電阻預(yù)夾斷條件，uGD＝UGS(th)iD幾乎僅決定于uGS3.特性曲線(2)轉(zhuǎn)移特性曲線開啟電壓UGS(th)IDO是uGS=2UGS(th)時對應(yīng)的iD。

※用轉(zhuǎn)移特性描述uGS對iD的控制作用在恒流區(qū)時，有

1.結(jié)構(gòu)和符號

N溝道耗盡型MOS管，襯底箭頭向里。漏極、襯底和源極不斷開表示零柵壓時溝道已經(jīng)連通。

在柵極下方的SiO2絕緣層中摻入適量的金屬正離子。當(dāng)uGS=0V時，在這些正離子作用下，SiO2絕緣層的下方就能夠形成反型層，形成了漏源之間的導(dǎo)電溝道。

二、N溝道耗盡型MOSFET含有正離子的SiO2絕緣層2.特性曲線(1)輸出特性曲線(2)轉(zhuǎn)移特性曲線

可變電阻區(qū)恒流區(qū)截止區(qū)在恒流區(qū)時，有P溝道結(jié)型場效應(yīng)管?導(dǎo)電溝道

uGS無電壓時，導(dǎo)電溝道存在，加入反向偏置電壓改變溝道寬窄，直到管道夾斷。即：uGS>0V

uDS無電壓時，無電流，uGD影響導(dǎo)電溝道的夾斷uGD=uGS-uDS>UGS(off)

導(dǎo)電溝道完全夾斷！故推出-uDS>0iD電流方向應(yīng)該流出漏極。iDN溝道JFETP溝道

JFET表1場效應(yīng)管的符號和特性曲線對比0uGS/V

iD/mA2-4-6-1234=-10VUDS表1場效應(yīng)管的符號和特性曲線對比N溝道增強(qiáng)型MOSFETP溝道增強(qiáng)型MOSFETN溝道耗盡型MOSFETP溝道耗盡型MOSFET表1場效應(yīng)管的符號和特性曲線對比三、場效應(yīng)管的主要參數(shù)和型號1.直流參數(shù)①開啟電壓UGS(th)(或UT)----開啟電壓是增強(qiáng)型MOS管的參數(shù)，柵源電壓小于開啟電壓的絕對值，場效應(yīng)管不導(dǎo)通。②

夾斷電壓UGS(off)(或UP)----夾斷電壓是耗盡型場效應(yīng)管的參數(shù)，當(dāng)UGS=UGS(off)時，漏極電流為零。③

飽和漏極電流IDSS----耗盡型場效應(yīng)管，當(dāng)UGS=0V時所對應(yīng)的漏極電流。④輸入電阻RGS----場效應(yīng)管柵源之間的電阻，對于結(jié)型場效管，反偏時RGS約大于107Ω，對于絕緣柵型場效應(yīng)管，RGS約是109～1015Ω。2.交流參數(shù)⑤低頻跨導(dǎo)gm----低頻跨導(dǎo)反映了柵壓對漏極電流的控制作用。gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求取，單位是mS(毫西門子)⑥極間電容----場效應(yīng)晶體管的三個電極之間存在電容。一般Cgs和Cgd約為1~3pF，Cds約為0.1~1pF。耗盡型場效應(yīng)管增強(qiáng)型場效應(yīng)管3.極限參數(shù)⑦最大漏極電流IDM----場效應(yīng)管正常工作時的漏極電流的上限值。⑧擊穿電壓U(BR)GS----結(jié)型場效應(yīng)管柵源之間所加的反向電壓使PN結(jié)擊穿的電壓值，或絕緣柵場效應(yīng)管的柵極絕緣層擊穿的電壓值。⑩最大漏極功耗PDM----最大漏極功耗可由PDM=UDSID決定，與雙極型晶體管的PCM相當(dāng)。⑨擊穿電壓U(BR)DS----場效應(yīng)管進(jìn)入恒流區(qū)，uds的增加使

iD驟然增加的漏源電壓值。4.場效應(yīng)管的型號

第一種命名方法是與雙極型晶體管相同，第三位字母J代表結(jié)型場效應(yīng)管，O代表絕緣柵場效應(yīng)管。第二位字母代表材料，D是P型硅N溝道；C是N型硅P溝道。例如3DJ6D是結(jié)型N溝道場效應(yīng)晶體管，3DO6C是絕緣柵型N溝道場效應(yīng)晶體管。

第二種命名方法是CS××#，CS代表場效應(yīng)管，××以數(shù)字代表型號的序號，#用字母代表同一型號中的不同規(guī)格。例如CS14A、CS45G等。

場效應(yīng)晶體管的型號,現(xiàn)行有兩種命名方法。表2雙極型晶體管和場效應(yīng)管性能對比晶體管類型項目雙極型晶體管(BJT)場效應(yīng)管(FET)結(jié)構(gòu)NPN型PNP型結(jié)型：N溝道,P溝道絕緣柵增強(qiáng)型：N溝道,P溝道絕緣柵耗盡型：N溝道,P溝道電極使用C、E電極不能互換使用D、S可以互換使用載流子多子、少子多子輸入量電流電壓控制電流控制電流源CCCS(β)電壓控制電流源VCCS(gm)噪聲系數(shù)較大較小熱穩(wěn)定性差較好輸入電阻低（幾十歐姆到幾千歐姆）高（幾兆歐姆以上），iG≈0靜電影響不易受靜電影響易受靜電影響集成工藝不易大規(guī)模集成適宜大規(guī)模和超大規(guī)模集成大電流特性好次之耗電多省電源電壓范圍窄寬場效應(yīng)管有三種不同的組態(tài)(或稱為三種接法)：共源極組態(tài)，與共發(fā)射極組態(tài)對應(yīng)；共漏極組態(tài)，與共集電極組態(tài)對應(yīng)；共柵極組態(tài)，與共基極組態(tài)對應(yīng)。(a)共源組態(tài)(b)共漏組態(tài)(c)共柵組態(tài)場效應(yīng)放大電路的三種組態(tài)RS§3.3場效應(yīng)管基本放大電路

具體的偏置電路形式：場效應(yīng)管放大電路的電壓偏置有兩種形式，分壓偏置和自給偏壓。

場效應(yīng)管放大電路設(shè)置偏置的原則：

N溝道增強(qiáng)型MOS管放大電路，UGS>0工作，UGS<0截止;P溝道增強(qiáng)型MOS管放大電路，UGS<0工作，UGS>0截止。

N溝道耗盡型MOS管放大電路，UGS<0工作，也可UGS>0;P溝道耗盡型MOS管放大電路，UGS>0工作，也可UGS<0;

N溝道結(jié)型場效應(yīng)管放大電路，UGS<0工作，不允許UGS>0；

P溝道結(jié)型場效應(yīng)管放大電路，UGS>0工作，不允許UGS<0?；酒媚?？為什么沒有基本偏置電路？因為它不能提供合適的靜態(tài)工作點！3.3.1場效應(yīng)管共源基本放大電路一、靜態(tài)分析1.分壓偏置電路

由于沒有柵流，柵極電位僅由Rg1和Rg2分壓確定，所以分壓偏置既可得到正偏壓又可得到負(fù)偏壓，適合任何類型的場效應(yīng)管放大電路。場效應(yīng)管共源分壓偏置電路一般應(yīng)使UGS<0。結(jié)型場效應(yīng)管的漏極電流管壓降N溝道結(jié)型場效應(yīng)管共源基本放大電路的直流通路如圖所示。N溝道結(jié)型場效應(yīng)管分壓偏置電路的直流通路如果放大電路采用增強(qiáng)型絕緣柵場效應(yīng)管，則柵源電壓一般應(yīng)使UGS>0。增強(qiáng)型場效應(yīng)管的漏極電流※在求靜態(tài)工作點解方程式時，需從兩組解中挑選一組合理的解。

管壓降

2.自給偏壓電路

由于柵流等于0，所以柵極電位等于0。適用于耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管和結(jié)型場效應(yīng)管基本放大電路場效應(yīng)管共源自給偏置電路由于柵極電位UG=0V，所以柵源為負(fù)偏壓耗盡型場效應(yīng)管的漏極電流管壓降※在求靜態(tài)工作點解方程式時，需從兩組解中挑選一組合理的解。

二、動態(tài)分析1.場效應(yīng)管的微變等效電路

場效應(yīng)管柵源之間的輸入電阻很大，可視為開路。輸出回路是一個電壓控制電流源，大小是gmUgs。電流源并聯(lián)有一個輸出電阻rds，一般rds為幾十千歐到幾百千歐，可忽略不計。

與雙極型晶體管一樣，可以用一個線性模型來代替場效應(yīng)管，條件仍然是工作在恒流區(qū)或是微變信號?！@個模型僅適用于低頻段和中頻段。

2.動態(tài)分析N溝道結(jié)型場效應(yīng)管共源基本放大電路的微變等效電路如圖。因，所以有信號源內(nèi)阻Rs時，則源電壓增益輸出電壓電壓放大倍數(shù)(1)電壓放大倍數(shù)

電阻Rg1和Rg2經(jīng)過一個較大電阻Rg接到柵極，因柵流等于0，Rg的串入不影響柵極電位。微變等效電路如圖所示。(2)輸入電阻根據(jù)微變等效電路，有※場效應(yīng)晶體管具有輸入電阻高的特點，但是由于偏置電阻并聯(lián)的影響，其輸入電阻并不一定高。

可采用下圖所示電路提高場效應(yīng)管放大電路的輸入電阻。由微變等效電路可知共源放大電路微變等效電路

根據(jù)輸出電阻的定義，令源電壓等于0，負(fù)載電阻開路，并在輸出端加一個測試電源，可得求輸出電阻的微變等效電路。此時受控源相當(dāng)開路。求輸出電阻的微變等效電路(3)輸出電阻3.3.2場效應(yīng)管共漏基本放大電路一、靜態(tài)分析根據(jù)直流通路，可以計算出靜態(tài)工作點:共漏基本放大電路直流通路二、動態(tài)分析(1)電壓放大倍數(shù)

為正，表示輸出與輸入同相；通常gmR

L?1，則小于1，且約等于1。(2)輸入電阻

輸入電阻由偏置回路電阻決定微變等效電路(3)輸出電阻

為計算放大電路的輸出電阻，可按雙端口網(wǎng)絡(luò)計算原則將放大電路的微變等效電路