第四章场效应管放大电路

1、场效应管与双极型晶体管不同，它是多子场效应管与双极型晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。导电，输入阻抗高，温度稳定性好。结型场效应管结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管MOS场效应管有两种场效应管有两种:第四章第四章 场效应晶体管场效应晶体管N基底基底 ：N型半导体型半导体PP两边是两边是P区区G(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极一、结构一、结构4.1 结型场效应管结型场效应管:导电沟道导电沟道NPPG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极N沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSDGSPNNG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极P沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSDGS

2、 图 N沟道结型场效应管结构与电路(a) N沟道结构示意图; (b) N沟道管电路; (c) P沟道管电路 EGEDUGSUDSIDEGEDUGSUDSIDEGEDS源极N型沟道漏极D耗尽层P型栅区G栅极( a )( b )(c )Is二、工作原理（以二、工作原理（以P沟道为例）沟道为例）UDS=0V时时PGSDUDSUGSNNNNIDPN结反偏，结反偏，UGS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。PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V时时NNUGS越大耗尽区越宽，越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。沟道越窄，电阻越大。但当但当UGS较小时，耗尽较小时，耗尽区宽度有

3、限，存在导区宽度有限，存在导电沟道。电沟道。DS间相当于间相当于线性电阻。线性电阻。PGSDUDSUGSNNUDS=0时时UGS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，间被夹断，这时，即这时，即使使UDS 0V，漏极电，漏极电流流ID=0A。IDPGSDUDSUGSUGS0、UGDVP时时耗尽区的形状耗尽区的形状NN越靠近漏端，越靠近漏端，PN结反压越大结反压越大IDPGSDUDSUGSUGSVp且且UDS较大时较大时UGDVP时耗尽区的形状时耗尽区的形状NN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。ID

4、GSDUDSUGSUGSVp UGD=VP时时NN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。UDS增大则被夹断增大则被夹断区向下延伸。区向下延伸。IDGSDUDSUGSUGS0时时UGS足够大时足够大时（UGSVT）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称为阈值电压称为阈值电压UGS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，UGS越大此越大此电阻越小。电阻越小。PNNGSDUDSUGSPNNGSDUDSUGS当当UDS不太大不太大时，导电沟

5、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UDS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。PNNGSDUDSUGS夹断后，即夹断后，即使使UDS 继续继续增加，增加，ID仍仍呈恒流特性呈恒流特性。IDUDS增加，增加，UGD=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。三、增强型三、增强型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线转移特性曲线转移特性曲线0IDUGSVT输出特性曲线输出特性曲线IDU DS0UGS0四、耗尽型四、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MOS管管UGS=0时就有导电沟道

6、，加反向时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。电压才能夹断。转移特性曲线转移特性曲线0IDUGSVT输出特性曲线输出特性曲线IDU DS0UGS=0UGS04.3 场效应管的特点场效应管的特点 (1) (1) 场效应管是一种电压控制器件场效应管是一种电压控制器件, , 即通过即通过U UGSGS来控制来控制I ID D。 (2) (2) 场效应管输入端几乎没有电流场效应管输入端几乎没有电流, , 所以其直流输入所以其直流输入电阻和交流输入电阻电阻和交流输入电阻都非常高。都非常高。 (3) (3) 由于场效应管是利用多数载流子导电的由于场效应管是利用多数载流子导电的, , 因此因此, , 与双极性

7、三极管相比与双极性三极管相比, , 具有噪声小、受幅射的影响小、热具有噪声小、受幅射的影响小、热稳定性较好而且存在零温度系数工作点等特性。稳定性较好而且存在零温度系数工作点等特性。 (4) (4) 由于场效应管的结构对称由于场效应管的结构对称, , 有时漏极和源极可以有时漏极和源极可以互换使用互换使用, , 而各项指标基本上而各项指标基本上不受影响不受影响, , 因此应用时比较因此应用时比较方便、方便、 灵活。灵活。 (5) (5) 场效应管的制造工艺简单场效应管的制造工艺简单, , 有利于大规模集成。有利于大规模集成。 (6) (6) 由于由于MOSMOS场效应管的输入电阻可高达场效应管的输

8、入电阻可高达10101515, , 因此因此, , 由外界静电感应所产生的电荷不易泄漏由外界静电感应所产生的电荷不易泄漏, , 而栅极上的而栅极上的SiOSiO2 2绝缘层又很薄绝缘层又很薄, , 这将在栅极上产生很高这将在栅极上产生很高的电场强度的电场强度, , 以致以致引起绝缘层击穿而损坏管子。引起绝缘层击穿而损坏管子。 (7) (7) 场效应管的跨导较小场效应管的跨导较小, , 当组成放大电路时当组成放大电路时, , 在相在相同的负载电阻下同的负载电阻下, , 电压放大倍电压放大倍数比双极型三极管低。数比双极型三极管低。 iDOuGS零温度系数工作点T3T2T1T1 T2 T3图 4 1

9、4 场效应管的零温度系数工作点 DSGRVD1VD2图 415 栅极过压保护电路 4.4 场效应管放大电路场效应管放大电路(1) 静态：适当的静态工作点，使场效应管工作静态：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在恒流区，场效应管的偏置电路相对简单。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。组成原则：组成原则：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。分析方法：分析方法：4.4.1 场效应管的微变等效电路场效应管的微变等效电路GSD),(DSGSDuufi DSDSDGSG

10、SDDuuiuuiiDSDSGSmurug1GSDmuig跨导跨导DDSDSiur漏极输出电阻漏极输出电阻uGSiDuDS很大，很大，可忽略。可忽略。 场效应管的微变等效电路为：场效应管的微变等效电路为：GSDuGSiDuDSSGDugsgmugsudsSGDrDSugsgmugsuds4.4.2 场效应管的共源极放大电路场效应管的共源极放大电路一、静态分析一、静态分析求：求：UDS和和 ID。设：设：UGUGS则：则：UG US而：而：IG=0所以：所以：UDD=20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10kV5212DDGURRRUmA5 .

11、0SGSSDRURUIV10)(DSDDDDSRRIUUuoUDD=20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k二、动态分析二、动态分析sgR2R1RGRLdRLRD微变等效电路微变等效电路gsmUggsUsgR2R1RGRLdRLRDgsUgsmUgiUoUgsiUU)/(LDgsmoRRUgULmuRgA21/RRRrGiM0375. 1ro=RD=10k 4.4.3 源极输出器源极输出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G一、静态分析一、静态分析US UGmA50.RURUISGSSDUDS=UDD- US

12、 =20-5=15VV5211DDGURRRUuo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2GLgsmgsLgsmiouRUgURUgUUA11LmLmRgRgiUoUgsUgsmUgdIriro ro gR2R1RGsdRLRS微变等效电路微变等效电路二、动态分析二、动态分析riro ro gR2R1RGsdRLRS微变等效电路微变等效电路21/RRRrGiM0375. 1输入电阻输入电阻 ri输出电阻输出电阻 ro加压求流法加压求流法mgsmgsdogUgUIUr1SooRrr/UIdIgd微变等效电路微变等效电路ro ro R2R1RGsRSgsUgsmUg场效应管放大电路小结场效应管放大电