1、5 场效应管放大电路场效应管放大电路场效应管与双极型晶体管不同，它只有一种载流子导电场效应管与双极型晶体管不同，它只有一种载流子导电（电子或空穴，多子）导电，也称为单极型器件。（电子或空穴，多子）导电，也称为单极型器件。特点：输入阻抗高，温度稳定性好。特点：输入阻抗高，温度稳定性好。场效应管有两种场效应管有两种:N沟道结型场效应管结型场效应管JFETP沟道N沟道耗尽型增强型耗尽型P沟道增强型绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管MOS5.1 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管(MOS管管):MOS电容SiO2绝缘层+ + + + +- - - - -金属铝EPP型基底电子反型层SiO2绝缘层掺入了大量的碱
2、金属正离子Na+或K+ + + + + 金属铝- - - - -PP型基底电子反型层一、结构和电路符号一、结构和电路符号SGD金属铝两个N区DGSNPNP型基底 SiO2绝缘层导电沟道N沟道增强型SGDDNNGSN 沟道耗尽型沟道耗尽型P予埋了导予埋了导电沟道电沟道DSGDGPPSP 沟道增强型沟道增强型NSGDDPN予埋了导予埋了导电沟道电沟道PGSP 沟道耗尽型沟道耗尽型二、二、MOS管的工作原理管的工作原理1. 开启开启沟道沟道VGS控制控制沟道宽窄沟道宽窄增强型MOS管以以N 沟道增强型为例沟道增强型为例2沟道变形VDS控制沟道形状预夹断临界点轨迹预夹断临界点轨迹可变可变vDS=vGS
3、-VT电阻区电阻区饱和区饱和区截止区截止区vGD=vGS-vDS=VT输出特性曲线iD=f(vDS)?vGS=const预夹断临界点轨迹预夹断临界点轨迹可变可变电阻区电阻区vDS=vGS-VT饱和区饱和区转移特性曲线截止区截止区1) 截止区vGS0vGS=0vGSNNS源极源极符号符号D漏极漏极G(栅极栅极)PN沟道结型场效应管沟道结型场效应管DNPGSS源极源极栅极上的箭头表示栅极电流的方向（由P区指向N区）。结型场效应管代表符号中栅极上的箭头方向，可以确认沟道的类型。符号符号D漏极漏极G(栅极栅极)PP沟道结型场效应管沟道结型场效应管DNNGSS源极源极2、工作原理（以、工作原理（以N沟道
4、为例）沟道为例）(1)vGS对导电沟道及对导电沟道及iD的控制的控制PN结反偏，结反偏，vGS越大则耗尽区越越大则耗尽区越宽，导电沟道越宽，导电沟道越窄。窄。GDNN PN PvDS=0V时时iDvDSvGSvGS0VSvDS=0V时时但当但当vGS较小时，耗尽较小时，耗尽区宽度有限，存在导区宽度有限，存在导iDvGS越大耗尽区越宽，越大耗尽区越宽，D电沟道。电沟道。DS间相当于间相当于沟道越窄，电阻越大。沟道越窄，电阻越大。线性电阻。线性电阻。vDSNGNNPPvGSSVGS达到一定值时达到一定值时（夹断电压夹断电压VP）,耗耗尽区碰到一起，尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即间被夹断，这时
5、，即使使vDS ? 0V，漏极电，漏极电D流流iD=0A。GPVDS=0时时IDNPVDSVGSS(1)vDS对对iD的影响的影响|vGS|0、|vGD| = |vGS-vDS| |VP|时耗尽区的形状时耗尽区的形状DiD越靠近漏端，越靠近漏端，PN结反压越大结反压越大6VN6VvDSP4VGP2V0VvGSS导电沟道中电位分布情况沟道中仍是电阻沟道中仍是电阻特性，但是是非特性，但是是非线性电阻。线性电阻。|vGS| |Vp|且且vDS较大时较大时vGDVP时耗尽区的形状时耗尽区的形状DNiDvDSPGPvGSS漏端的沟道被夹断，漏端的沟道被夹断，称为称为予夹断。予夹断。DvDS增大则被夹断增
6、大则被夹断区向下延伸。区向下延伸。GP|vGS| |Vp|，vGD=VP时时iDNPvDSvGSS此时，电流此时，电流iD由未由未被夹断区域中的载被夹断区域中的载流子形成，基本不流子形成，基本不随随vDS的增加而增的增加而增加，呈恒流特性。加，呈恒流特性。GvGS|vGS| |Vp|且且vDS较大时较大时vGDvGSVP0vDSVGSVPVP(或VT)P沟道管：vGS0)P沟道管：负极性(vDS0)结型管：反极性增强型MOS管：同极性耗尽型MOS管：双极型 5.3场效应管放大电路场效应管放大电路场效应管是电压控制器件。它利用栅源电压来控制漏极电流的变化。它的放大作用以跨导来体现，在场效应管的漏
7、极特性的水平部分，漏极电流iD的值主要取决于vGS，而几乎与vDS无关。组成原则：组成原则：(1) 静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区，场效应管的偏置电路相对简单。区，场效应管的偏置电路相对简单。(2) 动态：能为交流信号提供通路。动态：能为交流信号提供通路。分析方法：分析方法：静态分析：静态分析：估算法、图解法。估算法、图解法。动态分析：动态分析：微变等效电路法。微变等效电路法。一、场效应管的直流偏置电路及静态分析一、场效应管的直流偏置电路及静态分析1. 直流偏置电路直流偏置电路1、自偏压电路、自偏压电路VDDRdC1C2iD+Cb10
8、.01uRg247kRg12MRg310M2、分压式自偏压电路、分压式自偏压电路VDD=18VRd30k+TCb24.7u+C47u+vi-RgvGS-R+CSRLvo-R2kRg：使g与地的直流电位几乎相同（因上无电流）。R：当IS流过R时产生直流压降ISR，使S对地有一定的电压：VGS=ISR=IDR0VGS? VG?VSRg2?VDD? IDRRg1? Rg2例例5.2.1 P212设VDS? VGS?VT，工作于饱和区VGS?Rg2Rg1? Rg2VDD240?5? 2V60? 402IDQ? Kn(VGS?VT) ? 0.2?(2 ?1) ? 0.2mAVDS?VDD? IDRd?
9、5? 0.2?15 ? 2V判断VDS? 2V ? (VGS?VT)=1V，成立(2)带源电阻的共源放大电路带源电阻的共源放大电路设VDS?VGS?VT，工作于饱和区VGS?Rg2Rg1? Rg2(VDD?VSS)? IDR2IDQ? Kn(VGS?VT)VDS?VDD?VSS? ID(Rd? R)判断VDS? VGS?VT是否成立例例5.2.3 P214 电流源偏置共源放大电路电流源偏置共源放大电路IDQ? Kn(VGSQ?VT)20.25? 0.16(VGSQ?1)2VGSQ? 2.25V，VS? ?2.25VVDD?VDQ5? 2.5Rd?10k?IDQ0.25VDSQ? VDQ?VS?
10、 4.75V ? (VGS?VT) ? 1.25V二、二、 场效应管的微变等效电路场效应管的微变等效电路1、参数的导出、参数的导出iDiD? f(vGS,vDS)vDS?iDdiD?vGS?iD?dvGS?vDS?dvDSvGSDGvDSvGS?iDgm?vGSS? gm?vgs?1rDS?vds跨导：反映了栅源电压对漏极电流的控制能力，相当于转移特性中工作点处的斜率。漏极输出电阻：（很大，常可以看作开路）；它是输出特性工作点处的切线斜率的倒数。rDS?vDS?iD2、等效电路、等效电路iDiD? f(vGS,vDS)vDS?iDdiD?vGS?iD?dvGS?vDS?dvDSvGSDGvDS
11、vGSS很大，可忽略。vds? gm?vgs?1idrDS?vdsidGDGDvgsgmvgsSrDSvgsgmvgsSvds3、gm的求法的求法iDiD? f(vGS,vDS)vDS?iDdiD?vGS?iD?dvGS?vDS?dvDSvGSDGvDSvGS由S2iD? Kn2(vGS?VT)vDS? vDS? gm?vgs?12rDS?vds =Kn(vGS?VT)?iDgm?vGS得? 2Kn(VGS?VT)vDS例例5.1：典型共源极放大（不带源极电阻）：典型共源极放大（不带源极电阻）动态分析动态分析VDD=20V微变等效电路RD10kD150kgd+10kRLCSvoRLRDRL+v
12、o-R1GRGS1M50kRGviR1R2-vgsgmvgsviR2RS10kvi? vgssRi? RG? R1/ R2? 1.0375 M?Ro=RD=10k?vo?gm? vgs? (RD/RL)voAv? ?gm?RLvi典型共源极放大（带源极电阻）典型共源极放大（带源极电阻）微变等效电路RL+vo-VDD=20VRD10kD150kgd+10kRLvoR1GRGS1M50kRGviR1R2-vgsRDRLgmvgsviR2RS10ksRSvi? vgs? gmvgsRSvo?gm? vgs? (RD/RL)Ri? RG? R1/ R2? 1.0375 M?Ro=RD=10k?vo?
13、gmvgsRL? gmRLAv?vivgs? gmvgsRS1? gmRS共漏极放大器共漏极放大器源极输出器源极输出器+VDD动态分析动态分析RGvivoR1RigsR2dRo?RogmvgsC1R1150kGRGSDC2RSRL10k?gmvgs?RLRSRLvoviR250k1MvoAv?vivgs? gmvgsRL微变等效电路Ri? RG? R1/R2? 1.0375 M?gmRL?1?1? gmRLgRGvgsidRSiT输出电阻输出电阻Ro加压求流法加压求流法sR2dvTgmvgsR1?vgsvT1Ro?id? gmvgsgmRo? Ro/ RSRo? Ro微变等效电路例例5.2.6
14、（共漏极放大电路）：（共漏极放大电路）：vo? gmvgs(R/ /rds)vi? vgs? vo? vgs1? gm(R/ /rds)gm(R/ /rds)Av?1? gm(R/ /rds)Ri? Rg1/ /Rg2例例5.2.6：it? ir? iR? gmvgsvtvt =? gmvgsrdsoRvgs? ?vt11it=vt(? gm)rdsoR1Ro? R/ /rds/ /gmCE / CB / CCCE / CB / CC?RL?CE:Av? ?rbeCS / CG / CDCS / CG / CD? ?g R?CS:AvmL?g RmL?CD:Av1? gmR?L? ?g R?C
15、G :AvmL?Av(1?)R?Lrbe? (1?)R?L?RL? ?CB:Avrbe?CC:AvRiCE :Rb/rbeCC :Rb/rbe?(1?)RL CB:Re/rbe/(1?)CE：Rcrbe+Rb/RsCC： Re/1?CB： RcCS：Rg1 / Rg2CD：Rg+ (Rg1 / Rg2)CG：R/(1/gm)CS：RdCD：R/(1/gm)CG：RdRo场效应管放大电路小结场效应管放大电路小结(1) 场效应管放大器输入电阻很大。场效应管放大器输入电阻很大。(2) 场效应管共源极放大器场效应管共源极放大器 (漏极输出漏极输出)输入输入输出反相，电压放大倍数大于输出反相，电压放大倍
16、数大于 1；输出电；输出电阻阻=RD。(3) 场效应管源极跟随器输入输出同相，电场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于压放大倍数小于1且约等于且约等于1；输出电阻；输出电阻小。小。两级电压放大电路如下图所示。+VCCR1300kC1+GR43kDC3(+20V)R6500kT2+T1S?Vi-R32MR2100kR51kC4+?VO1R7C210k-RL5.1k?VO-在T1位置上画出合适的FET；若T1的漏极电位VD= 14V，其gm= 3ms，求T1的静态值ID、VDS、VGS？若T2的 = 50，VBE= 0.6 V，求T2的静态值IB、IC、VCE？画出微变等效电路，并求AV、Ri、RO。作业:P249:5.1.4 5.3.45.3.55.2.9 5.3.8 5.5.4练习:P249: 5.1.1, 5.1.2 5.3.3
