第9讲场效应管

1、4.1 (5.3) 结型场效应管结型场效应管4.3 (5.1) 金属金属-氧化物氧化物-半导体场效应管半导体场效应管4.4 场效应管放大电路场效应管放大电路4.5 各种放大器件电路性能比较各种放大器件电路性能比较*4.2 (5.4) 砷化镓金属砷化镓金属-半导体场效应管半导体场效应管场场效应管效应管是一种利用电场效应来控制其是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件。电流大小的半导体器件。特点：特点：输入电阻高、噪声低、热稳定性输入电阻高、噪声低、热稳定性能好、抗辐射能力强。能好、抗辐射能力强。主要用于大规模和超大规模集成电路中。主要用于大规模和超大规模集成电路中。常用于数字集成电路常用于

2、数字集成电路N沟道沟道P沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)场效应管场效应管分类：分类：4.1 结型场效应管结型场效应管 结构结构 工作原理工作原理 输出特性输出特性 转移特性转移特性 主要参数主要参数 4.1.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理 4.1.2 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数 (Junction type Field Effect Transisstor)场效应管场效应管结型场效应管结型场效应管 场效应晶体三极管是由一种载流子

3、导电的、用输入电压控制输出电流的半导体器件。从参与导电的载流子来划分，它有自由电子导电的N沟道器件和空穴导电的P沟道器件。 按照场效应三极管的结构划分，有结型场效应管和绝缘栅型场效应管两大类。 1.结构结构 源极源极，用用S或或s表示表示N型导电沟道型导电沟道漏极漏极，用用D或或d表示表示 P型区型区P型区型区栅极栅极，用用G或或g表示表示栅极栅极，用用G或或g表示表示符号符号符号符号4.1.1(5.3) JFET的结构和工作原理的结构和工作原理4.1 结型结型场效应管场效应管1. 结构结构 2.工作原理工作原理（以（以N沟道为例）沟道为例）vDS=0V时时NGSDvDSVGSNNPPiDPN

4、结反偏，结反偏，VGS越负越负,则耗尽区越则耗尽区越宽，导电沟道越宽，导电沟道越窄。窄。 VGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用VDSNGSDVGSPPiDVGS达到一定值时达到一定值时耗尽耗尽区碰到一起，区碰到一起，DS间的间的导电沟道被夹断。导电沟道被夹断。 当沟道夹断时，对当沟道夹断时，对应的栅源电压应的栅源电压VGS称为称为夹断电压夹断电压VP （ 或或VGS(off) ）。）。 VGS继续减小继续减小对于对于N沟道的沟道的JFET，VP 0。NGSDVDSVGSNNiDVDS=0V时时PP VDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当当VGS=0时，时，VDS iD G、D间间PN结的反

5、向电压结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。上至下呈楔形分布。NGSDVDSVGSPP越靠近漏端，越靠近漏端，PN结反压越大结反压越大iD 当当VDS增加到使增加到使VGD=VP 时，时，在紧靠漏极处出现预夹断。在紧靠漏极处出现预夹断。此时此时VDS 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GSDVDSVGSPPiDN VGS和和VDS同时作用时同时作用时VGS越小耗尽区越宽，沟道越小耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。越窄，电阻越大。iD 减小。减小。当当VP VGS0时时VGS足够大时足够大时（V

6、GSVT）感感应出足够多电子，应出足够多电子，这里出现以电子这里出现以电子导电为主的导电为主的N型型导电沟道。导电沟道。感应出电子感应出电子VT称为阈值电或开启电压：称为阈值电或开启电压：在在VDS 作用下开始导电的作用下开始导电的VGS 。VGS较小时，导较小时，导电沟道相当于电电沟道相当于电阻将阻将D-S连接起连接起来，来，VGS越大此越大此电阻越小。电阻越小。PNNGSDVDSVGSVDS0时时iDPNNGSDVDSVGS当当VDS不太大不太大时，导电沟时，导电沟道在两个道在两个N区区间是均匀的。间是均匀的。当当VDS较大较大时，靠近时，靠近D区的导电沟区的导电沟道变窄。道变窄。（2 2

7、）V VDSDS改变改变i iD DPNNGSDVDSVGS夹断后，即使夹断后，即使VDS 继续增加，继续增加，iD仍仍呈恒流特性呈恒流特性。iDVDS增加，增加，VGD=VT 时，时，靠近靠近D端的沟道被夹断，端的沟道被夹断，称为予夹断。称为予夹断。（1）输出特性曲线）输出特性曲线iDV DS0VGS03.增强型增强型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线const.DSDGS)( vvfi可变电阻区可变电阻区恒流区恒流区击穿区击穿区3.增强型增强型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线(2)转移特性曲线转移特性曲线0iDvGSVTvDS=10Vconst.GSDDS)( vvfi(3)

8、计算公式计算公式)() 1(2GSDTGSTDOVvVvIiNPPgsdgsdP 沟道增强型沟道增强型4.参数见表参数见表4.1.1栅源端加负电压栅源端加负电压 漏源端加负电压漏源端加负电压1.N 沟道耗尽型沟道耗尽型予埋了导电沟道予埋了导电沟道 （正离子），在（正离子），在P P型衬底表面型衬底表面形成反型层（形成反型层（N N型）。型）。在在vGS 0 0时，就有感生时，就有感生沟道，当沟道，当V DS 0 0时，则有时，则有iD通过。通过。 gsdNgsdPNe e e4.3.2 耗尽型耗尽型MOSFET2.P 沟道耗尽型沟道耗尽型NPPgsdgsd予埋了导电沟道（负离子）予埋了导电沟道

9、（负离子） 3.耗尽型耗尽型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线耗尽型的耗尽型的N沟道沟道MOS管管VGS=0时就有导电沟道，加反向电时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。压才能夹断。转移特性曲线转移特性曲线0iDVGSVP输出特性曲线输出特性曲线iDvDS0vGS=0vGS04.3.3各种各种FET的特性比较及使用注意事项。（见的特性比较及使用注意事项。（见P173P175）栅源电压可正可负。栅源电压可正可负。4.4 场效应管放大电路场效应管放大电路 直流偏置电路直流偏置电路 静态工作点静态工作点 FET小信号模型小信号模型 动态指标分析动态指标分析 三种基本放大电路的性能比较三种基本放大

10、电路的性能比较 4.4.1 FET的直流偏置及静态分析的直流偏置及静态分析 4.4.2 FET放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法 1. 直流偏置电路直流偏置电路4.4.1 FET的直流偏置电路及静态分析的直流偏置电路及静态分析（1）自）自偏压电路偏压电路（2）分压式自）分压式自偏压电路偏压电路vGSvGSvGSvGSvGSVGS = - IDRSV GSVGVDDg2g1g2VRRR RID 4.4 结型结型场效应管场效应管2. 静态工作点静态工作点Q点：点： VGS 、 ID 、 VDSVGS =2PGSDSSD)1 (VVIIVDS =已知已知VP ，由由VDD- ID

11、(Rd + R )- IDR可解出可解出Q点的点的VGS 、 ID 、 VDS 如知道如知道FET的特性曲线，也可采用的特性曲线，也可采用图解法。图解法。4.4 结型结型场效应管场效应管4.4.2 FET放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法1. FET小信号模型小信号模型 （1）低频模型）低频模型4.4 结型结型场效应管场效应管（2）高频模型）高频模型4.4 结型结型场效应管场效应管2. 动态指标分析动态指标分析 （1 1）中频小信号模型）中频小信号模型4.4 结型结型场效应管场效应管2. 动态指标分析动态指标分析 （2）中频电压增益）中频电压增益（3）输入电阻）输入电阻（4）

12、输出电阻）输出电阻忽略忽略 rd iVgsVRVggsm )1(mgsRgV oVdgsmRVg mVARgRgmdm1 /iiRR 由输入输出回路得由输入输出回路得则则giiIVR )/(g2g1g3RRR )/()1(g2g1g3mgsgsRRRRgrr 通常通常则则)/(g2g1g3iRRRR doRR Rgrr)1(mgsgs gsgsgsmgsgsgs)(rVRVgrVV 输出电压与输入电压反相。 例例4.4.2 共漏极放大电路如图共漏极放大电路如图示。试求中频电压增益、输入电阻示。试求中频电压增益、输入电阻和输出电阻。和输出电阻。（2）中频电压增益）中频电压增益（3）输入电阻）输入

13、电阻 iVgsV)/(LgsmRRVg )/(1LmgsRRgV oV)/(LgsmRRVg mVA)/(1)/(LmLmRRgRRg 得得)/(g2g1g3iRRRR 解：解： （1 1）中频小信号模型）中频小信号模型由由ioVV1 例题例题（4 4）输出电阻）输出电阻 TIRIgsmVg RVT gsVTV oRm11gR 所以所以由图有由图有TTIVgsmVg m1/gR 例题例题3. 三种基本放大电路的性能比较三种基本放大电路的性能比较组态对应关系：组态对应关系：4.4 结型结型场效应管场效应管CEBJTFETCSCCCDCBCGBJTFET电压增益：电压增益：beLc)/(rRR )

14、/)(1()/()1(LebeLeRRrRR beLc)/(rRR CE：CC：CB：)/(LdmRRg )/(1)/(LmLmRRgRRg )/(LdmRRgCS：CD：CG：beb/rR输出电阻：输出电阻：cR )/)(1(/LebebRRrR 1)/(/bebserRRR 1/beerRcR3. 三种基本放大电路的性能比较三种基本放大电路的性能比较4.4 结型结型场效应管场效应管BJTFET输入电阻：输入电阻：CE：CC：CB：CS：CD：CG：)/(g2g1g3RRR m1/gR)/(g2g1g3RRR CE：CC：CB：CS：CD：CG：dRm1/gRdR 解：解：画中频小信号等效电路画中频小信号等效电路 gsmVg iV gsV2gsmRVg