1、第七章 场效应管及其基本放大电路 1第七章 场效应管及其基本放大电路 7.1 金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管 7.2 结型场效应管（JFET）7.3 场效应管的主要参数及其各种FET的特性比较 7.4 场效应管放大电路2FET分类分类金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）即绝缘栅型场效应管（MOS管）结型场效应管（JFET）场效应管有三个极：源极（s）、栅极（g）、漏极（d），对应于晶体管的：e、b、c；有三个工作区域：截止区、恒流区、可变电阻区，对应于晶体管的：截止区、放大区、饱和区。单极型晶体管仅靠半导体中的多数载流子导电噪声小、抗辐射能力强、低电压工作、低能耗场效应晶体管场
2、效应晶体管(FET)：利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件。：利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件。FET特点特点 场效应管具有制造工艺简单、占用芯片面积小、器件特性便于控制等特点，从而可以用于制造高密度的超大规模集成电路。第七章 场效应管及其基本放大电路 3N沟道增强型沟道增强型MOS管管 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管MOSFET分为分为 增强型增强型 N沟道、沟道、P沟道沟道 耗尽型耗尽型 N沟道、沟道、P沟道沟道7.1.1 增强型增强型MOS管管1.1.结构（结构（N N沟道）沟道）耗尽层耗尽层铝电极铝电极高高掺杂掺杂7.1 金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管41.结构剖
3、面图剖面图图中衬底箭头方向是图中衬底箭头方向是PNPN结结正偏时的正向电流方向正偏时的正向电流方向 5 uGS增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当反型层将两个N区相接时，形成导电沟道，增强型空穴空穴反型层反型层大到一定大到一定值才开启值才开启(1)uDS=0时，时，uGS对导电沟道的影响对导电沟道的影响增强型增强型2.工作原理6iDiD iD随uDS的增大而增大，可变电阻区 uGDUth,预夹断 iD几乎仅仅受控于uGS，恒流区，饱和刚出现夹断刚出现夹断uGS的的增大几乎全部用来克增大几乎全部用来克服夹断区的电阻服夹断区的电阻iDuDS ID 沟道电位梯度沟道电位梯度 整个沟道呈楔形分布整个
4、沟道呈楔形分布靠近漏极靠近漏极d处的电位升高处的电位升高电场强度减小电场强度减小DSGSthuuU （2）uDS对iD的影响7N N沟道增强型沟道增强型MOS管的输出特性曲线管的输出特性曲线预夹断后，预夹断后，uDS 夹断区延长夹断区延长沟道电阻沟道电阻 iD基本不变基本不变uDS=uGS-Uth（2）UDS对ID的影响8 uDS一定，一定，uGS变化时变化时 给定一个给定一个uGS，就有一条不同的就有一条不同的 iD uDS 曲线曲线。（3）uDS和uGS同时作用时9GSDDS()uif u 常常数数（1）输出特性曲线 截止区当uGSUGS（off）uGD0，说明该管为，说明该管为增强型增强
5、型MOS管。管。7.3场效应管的分类277.3场效应管的分类讨论：利用图示场效应管组成原理性共源放大电路。利用图示场效应管组成原理性共源放大电路。28 根据场效应管工作在恒流区的条件，在根据场效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(RIVUUVIIVU 1.1.基本共源放大电路基本共源放大电路7.4.1 场效应管的直流偏置及静态分析场效应管的直流偏置及静态分析7.4 场效应管放大电路29sDQSQGQGSQsDQSQGQ0RIUUURIUU ，)(sdDQDDDSQRRIVU 由正电源获得负偏压由正
6、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放大电路能够采用这种电路形式设置Q点？2.自给偏压电路22GSQDQSDQDSSDSSpp11UIRIIIUU 30【例例7.4.1】场效应管偏置电路及其转移特性曲线如图所示。试求场效应管偏置电路及其转移特性曲线如图所示。试求IDQ、UGSQ及及UDSQ的值。的值。解：由图解：由图(b)可读得：可读得：IDSS=2.3mA、UP=3V。列方程组。列方程组 DQSDQGSQ2GSQ2PGSQDSSDQ313.21IRIUUUUII V01.1mA01.1GSQDQUIDSQDDDQdS()151.01(61)7.93()UVIRRV 解方程组得到
7、两个解：解方程组得到两个解：IDQ1=1.01mA、IDQ2=8.9mA，其中，其中IDQ2IDSS，不合实际，不合实际，舍去。故舍去。故7.4 场效应管放大电路31 自给偏压电路中源极电阻越大，电路静态工作点越稳定。但是源极电阻太大会使偏置太大，电路的工作点将接近截止点，使得gm和Au随之减小。增强型场效应管只有栅-源电压先达到某个开启电压Uth时才有漏极电流ID，因此对增强型场效应管不能使用自偏压电路。分压式偏置电路可克服此缺点。7.4 场效应管放大电路32即典型的即典型的Q点稳定电路点稳定电路适合任何类型的场适合任何类型的场效应管构成的放大效应管构成的放大电路。电路。为什么加为什么加Rg
8、3?其数值应大些小些？其数值应大些小些？哪种场效应管能哪种场效应管能够采用这种电路够采用这种电路形式设置形式设置Q点？点？3.分压式偏置电路33sDQSQDDg2g1g1AQGQRIUVRRRUU 2GS(th)GSQDSSDQ)1(UUII)(sdDQDDDSQRRIVU 3.分压式偏置电路g1GSQGQSQDDDQSg1g2RUUUVIRRR 2thGSQDQ)(UUKI 或或34 2GSQ2thGSQDQDQDQDDg2g1g2GSQ)1(5.0)(10203020UUUKIIRIVRRRU【例例7.4.2】图所示电路中N沟道增强型MOSFET的参数为：Uth=1V，K=0.5mA/V2
9、。求UGSQ，UDSQ，IDQ。解：V65.2GSQ UV65.2GSQ UmA36.1DQ IV92.5)12(36.110)(dDQDDDSQ RRIVU解得：因为是因为是N沟道增强型沟道增强型MOSFET，舍去负值得：，舍去负值得：3.分压式偏置电路351场效应管的微变等效电路场效应管的微变等效电路输入回路中，由于栅输入回路中，由于栅-源极之间呈现很高的电阻，基本不从信号源索取源极之间呈现很高的电阻，基本不从信号源索取电流，故可认为栅电流，故可认为栅-源间近似开路。源间近似开路。dmgsig u 因而可认为输出回路是一个电压控制的电流源。因而可认为输出回路是一个电压控制的电流源。rds它
10、是输出特性曲线它是输出特性曲线在静态工作点上斜率在静态工作点上斜率的倒数，相当于晶体的倒数，相当于晶体管的管的rce，其数值通常，其数值通常比较大，可以认为是比较大，可以认为是开路。开路。在输出回路中，漏极电流仅仅决定于栅在输出回路中，漏极电流仅仅决定于栅-源电压，满足源电压，满足7.4.2 共源极放大电路的动态分析361场效应管的微变等效电路2thGSD)(UuKi DSGSDmUuig （1）对于耗尽型管）对于耗尽型管 在静态工点处，用在静态工点处，用IDQ代入得代入得（2）对于增强型管）对于增强型管 可见，可见，gm与与Q点密切相关，与晶体管放大电路一样，点密切相关，与晶体管放大电路一样
11、，Q点不仅影响电路是否点不仅影响电路是否会产生失真，而且影响着电路的动态参数。会产生失真，而且影响着电路的动态参数。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。DSDSDSSGSDmDSS DGSppp221uuIuigIiuUUU 2GSDDSSP(1)uiIUDSSDQmp2 IIgU mGSQth2()gK UU37输出电阻分析输出电阻分析2.基本共源放大电路的动态分析gs0U ogsgsmdLmL(/)Ug URRg UR oumdLmLi(/)UAgRRg RU LLd/RRR igRR gsm0g U odURRI igsUU 38【例例7.4.3】在图（在图
12、（a）所示电路）所示电路中，已知中，已知MOS管的管的K=0.5mA/V2（1）求静态工作点）求静态工作点Q；（2）求）求解解：（：（1）根据直流通路）根据直流通路,有有 15DDVV150g1kR300g2kR2g3MR5dkR 500SR 5LkR 2thVUuAiRoRg1GSQDDDQSDQDQg1g2150150.550.5150300RUVIRIIRR2GSQ2thGSQDQ)2(5.0)(UUUKI7.4.2 共源极放大电路的动态分析39 GSQ4VU 解解：联立求解，得出联立求解，得出舍去负值，得出合理解为舍去负值，得出合理解为g1GSQDDDQSg1g2DQDQ150150.
13、515030050.5RUVIRRRII 2DQGSQth2GSQ()0.5(2)IK UUUGSQDQ4(V),2(mA)UIDSQDDDQdS()152(50.5)4(V)UVIRR7.4.2 共源极放大电路的动态分析40mGSQth2()2 0.5(42)2(mS)gK UU2 555oumdLi(/)(/)UAgRRU 20 150 32 1ig3g1g2/(./.).(M)RRRR5od(k)RR低频等效跨导为低频等效跨导为（2）画出放大电路的微变等效电路417.4.3 共漏极放大电路的动态分析g1GSQDDDQSg1g22GSQDQDSSpDSQDDDQS1RUVIRRRUIIUU
14、VIR ogsmSigsgsmSUg URUUg UR omSumSi1g RUAg RU ig3g1g2/RRRR(2)动态分析,画出微变等效电路(1)静态工作点的计算方法与共源极电路类似共漏放大电路共漏放大电路也称为源极也称为源极输出器或源极跟随器。输出器或源极跟随器。42由于由于共共漏极放大电路的漏极放大电路的特点特点与共集电与共集电极放大极放大电路相似电路相似.分析共漏极放大电路的输出电阻分析共漏极放大电路的输出电阻(3)求输出电阻 采用外加电源法求输出电阻，采用外加电源法求输出电阻，将输入端短路，在输出端加交将输入端短路，在输出端加交流电压源流电压源 RSgsgsmmSUIIg Ug
15、 UR gsUU mSUIg UR oSmmS11/1URRggIR 43各种放大器件电路性能比较各种放大器件电路性能比较44组态对应关系：组态对应关系：CEBJTFETCSCCCDCBCG电压增益：电压增益：BJTFETbeLc)/(rRR )/)(1()/()1(LebeLeRRrRR beLc)/(rRR CE：CC：CB：)/(LddsmRRrg)/(1)/(LdsmLdsmRRrgRRrg dsLdLddsm/1)/)(1(rRRRRrg CS：CD：CG：各种放大器件电路性能比较45beb/rR输出电阻：输出电阻：cR )/)(1(/LebebRRrR 1)/(/bebserRRR
16、 1/beerRcRBJTFET输入电阻：输入电阻：CE：CC：CB：CS：CD：CG：很高很高m1/gR很高很高CE：CC：CB：CS：CD：CG：dds/Rrmds1/gRrdds/Rr各种放大器件电路性能比较46 解：解：画中频小信号等效电路画中频小信号等效电路放大电路如图所示。已知放大电路如图所示。已知，mS 18m g，100 试求电路的中频试求电路的中频增益、输入电阻和输出电。增益、输入电阻和输出电。，k 1ber例题47giRR coRR M 5则电压增益为则电压增益为sgiRRR 由于由于则则 k 20iusiRARR u128.6A 根据电路有根据电路有gsmgs2iUUg U Rmgsbbbg UIIIobcmgscUI Rg U R ousmsUAU128 6omcuim2.1Ug RAUg R 例题
