1、第九讲第九讲 场效应管及其放大电路场效应管及其放大电路第九讲第九讲 场效应管及其放大电路场效应管及其放大电路一、场效应管一、场效应管二、场效应管放大电路静态工作点二、场效应管放大电路静态工作点的设置方法的设置方法三、场效应管放大电路的动态分析三、场效应管放大电路的动态分析四、复合管四、复合管一、场效应管一、场效应管（以（以N沟道为例）沟道为例） 场效应管有三个极：源极（场效应管有三个极：源极（s）、栅极（、栅极（g）、漏极（）、漏极（d），），对应于晶体管的对应于晶体管的e、b、c；有三个工作区域：截止区、恒流区、；有三个工作区域：截止区、恒流区、可变电阻区，对应于可变电阻区，对应于晶体晶体管
2、的截止区、放大区、饱和区。管的截止区、放大区、饱和区。1. 结型场效应管结型场效应管导电导电沟道沟道源极源极栅极栅极漏极漏极符号符号结构示意图结构示意图栅栅- -源电压对导电沟道宽度的控制作用源电压对导电沟道宽度的控制作用沟道最宽沟道最宽沟道变窄沟道变窄沟道消失沟道消失称为夹断称为夹断 uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必必须加负电压？须加负电压？UGS（off）漏漏- -源电压对漏极电流的影响源电压对漏极电流的影响uGSUGS（off）且不变且不变，VDD增大，增大，iD增大增大。预夹断预夹断uGDUGS（off）VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的增大
3、，几乎全部用来克服沟道的电阻，的电阻，iD几乎不变，进入恒流区，几乎不变，进入恒流区，iD几乎仅仅决定于几乎仅仅决定于uGS。场效应管工作在恒流区的条件是什么场效应管工作在恒流区的条件是什么？uGDUGS（off）uGDUGS（off）常量DS)(GSDUufi夹断夹断电压电压漏极饱漏极饱和电流和电流转移特性转移特性场效应管工作在恒流区，因而场效应管工作在恒流区，因而uGSUGS（off）且且uDSUGS（off）。2GS(off)GSDSSD)1 (UuIi在恒流区时 为什么必须用转移特性为什么必须用转移特性描述描述uGS对对iD的控制作用？的控制作用？常量GS)(DSDUufig-s电压控
4、电压控制制d-s的等的等效电阻效电阻输出特性输出特性常量DSGSDmUuig预夹断轨迹，预夹断轨迹，uGDUGS（off）可可变变电电阻阻区区恒恒流流区区iD几乎仅决几乎仅决定于定于uGS击击穿穿区区夹断区（截止区）夹断区（截止区）夹断电压夹断电压IDSSiD 不同型号的管子不同型号的管子UGS（off）、IDSS将不同。将不同。低频跨导：低频跨导：2. 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管 uGS增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当反型层将两个反型层将两个N区相接时，形成导电沟道。区相接时，形成导电沟道。增强型管增强型管SiO2绝缘层绝缘层衬底衬底耗尽层耗
5、尽层空穴空穴高掺杂高掺杂反型层反型层大到一定大到一定值才开启值才开启增强型增强型MOS管管uDS对对iD的影响的影响 用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。N沟道增强型沟道增强型MOS管工作在恒流区的条件是什么？管工作在恒流区的条件是什么？ iD随随uDS的增的增大而增大，可大而增大，可变电阻区变电阻区 uGDUGS（th）,预夹断预夹断 iD几乎仅仅几乎仅仅受控于受控于uGS，恒，恒流区流区刚出现夹断刚出现夹断uGS的增大几乎全部用的增大几乎全部用来克服夹断区的电阻来克服夹断区的电阻耗尽型耗尽型MOS管管 耗尽型耗尽型MOS管在管在 uGS0
6、、 uGS 0、 uGS 0时均可导时均可导通，且与结型场效应管不同，由于通，且与结型场效应管不同，由于SiO2绝缘层的存在，在绝缘层的存在，在uGS0时仍保持时仍保持g-s间电阻非常大的特点。间电阻非常大的特点。加正离子加正离子小到一定小到一定值才夹断值才夹断uGS=0时就存在时就存在导电沟道导电沟道MOS管的特性管的特性1)增强型增强型MOS管管2)耗尽型耗尽型MOS管管开启开启电压电压夹断夹断电压电压DGS(th)GSDO2GS(th)GSDOD2) 1(iUuIUuIi时的为式中在恒流区时，3. 场效应管的分类场效应管的分类工作在恒流区时工作在恒流区时g-s、d-s间的电压极性间的电压
7、极性)0(P)0(N)00(P)00(N)00(P)00(NDSGSDSGSDSGSDSGSDSGSDSGS极性任意，沟道极性任意，沟道耗尽型，沟道，沟道增强型绝缘栅型，沟道，沟道结型场效应管uuuuuuuuuuuuuGS=0可工作在恒流区的场效应管有哪几种？可工作在恒流区的场效应管有哪几种？ uGS0才工作在恒流区的场效应管有哪几种？才工作在恒流区的场效应管有哪几种？ uGS0才工作在恒流区的场效应管有哪几种？才工作在恒流区的场效应管有哪几种？ 二、场效应管静态工作点的设置方法二、场效应管静态工作点的设置方法 1. 基本共源放大电路基本共源放大电路 根据场效应管工作在恒流区的条件，在根据场效
8、应管工作在恒流区的条件，在g-s、d-s间间加极性合适的电源加极性合适的电源dDQDDDSQ2GS(th)BBDODQBBGSQ) 1(RIVUUVIIVU2. 自给偏压电路自给偏压电路sDQSQGQGSQsDQSQGQ0RIUUURIUU ，2GS(off)GSQDSSD)1 (UUII)(sdDQDDDSQRRIVU由正电源获得负偏压由正电源获得负偏压称为自给偏压称为自给偏压哪种场效应管能够采用这种电路形式设置哪种场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？点？3. 分压式偏置电路分压式偏置电路sDQSQDDg2g1g1AQGQRIUVRRRUU2GS(th)GSQDOD) 1(UUII)(sd
9、DQDDDSQRRIVU为什么加为什么加Rg3?其数值应大些小些？其数值应大些小些？哪种场效应管能够采用这种电路形式设置哪种场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？点？即典型的即典型的Q点稳定电路点稳定电路三、场效应管放大电路的动态分析三、场效应管放大电路的动态分析 1. 场效应管的交流等效模型场效应管的交流等效模型DSGSDmUuig近似分析时可认近似分析时可认为其为无穷大！为其为无穷大！根据根据iD的表达式或转移特性可求得的表达式或转移特性可求得gm。与晶体管的与晶体管的h参数等效模型类比：参数等效模型类比：2. 基本共源放大电路的动态分析基本共源放大电路的动态分析doidmgsddioRR
10、RRgURIUUAu若Rd=3k， Rg=5k， gm=2mS，则与共射电路比较。?uA3. 基本共漏放大电路的动态分析基本共漏放大电路的动态分析ismsmsdgssdio1RRgRgRIURIUUAu若Rs=3k，gm=2mS，则?uA基本共漏放大电路输出电阻的分析基本共漏放大电路输出电阻的分析msomsooooo1gRUgRUUIUR若Rs=3k，gm=2mS，则Ro=?四、四、复合管复合管复合管的组成：多只管子合理连接等效成一只管子。复合管的组成：多只管子合理连接等效成一只管子。21)1)(1 (211BE ii 不同类型的管子复合不同类型的管子复合后，其类型决定于后，其类型决定于T1管。管。目的：增大目的：增大，减小前级驱动电流，改变管子的类型。，减小前级驱动电流，改变管子的类型。讨论一讨论一判断下列各图是否能组成复合管判断下列各图是否能组成复合管 在合适的外加电压下，在合适的外加电压下，每只管子的电流都有合每只管子的电流都有合适的通路，才能组成复适的通路，才能组成复合管。合管。清华大学 华成英 Ri=? Ro=?)(1 ()1 (Le2be21be1biRRrrRR21sbbe1be2eo11RRrrRR讨论二讨论二
