场效晶体管放大电路

1、 Powerpoint Design by Chen Zhenyuan电子技术基础教学演示文稿中等职业教育国家规划教材 第三章 场效晶体管放大电路 back陈振源主编HEP1 1第三章 场效晶体管放大电路 场效晶体管是一种电压控制型器件，是利用输入电压产生电场效应来控制输出电流，它具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、耗电省等优点，目前已广泛应用于各种电子电路中。本章将介绍场效晶体管的结构、基本特性和放大电路的基本工作原理。 绝缘栅场效晶体管绝缘栅场效晶体管 结型场效晶体管结型场效晶体管 场效晶体管放大电路场效晶体管放大电路 本章小结本章小结 Powerpoint Design by Chen

2、Zhenyuan电子技术基础教学演示文稿中等职业教育国家规划教材 第三章 场效晶体管放大电路 back陈振源主编HEP2 2 第一节第一节 绝缘栅场效晶体管绝缘栅场效晶体管一、结构一、结构绝缘栅场效晶体管（绝缘栅场效晶体管（MOS管）分为增强型和耗尽型两类，各类又有管）分为增强型和耗尽型两类，各类又有P沟道和沟道和N沟道两种沟道两种。N沟道增强型绝缘栅场效晶体管 结构示意图及电路符号P沟道增强型绝缘栅场效晶体管 结构示意图及电路符号 N沟道增强型绝缘栅场效晶体管是用一块杂质浓度较低的沟道增强型绝缘栅场效晶体管是用一块杂质浓度较低的P型硅片作衬底，型硅片作衬底， B为衬底引线。在硅片上面扩散两个

3、高浓度为衬底引线。在硅片上面扩散两个高浓度N型区型区(图中图中N+区区)，各用金属线引出电极，各用金属线引出电极，分别称为源极分别称为源极s和漏极和漏极d，在硅片表面生成一层薄薄的二氧化硅绝缘层，绝缘层上，在硅片表面生成一层薄薄的二氧化硅绝缘层，绝缘层上再制作一层铝金属膜作为栅极再制作一层铝金属膜作为栅极g。 Powerpoint Design by Chen Zhenyuan电子技术基础教学演示文稿中等职业教育国家规划教材 第三章 场效晶体管放大电路 back陈振源主编HEP3 3二、电压控制原理二、电压控制原理 在在N沟道增强型场效晶体管的漏极沟道增强型场效晶体管的漏极d与源极与源极s之间

4、加上工作电压之间加上工作电压VDS后，管子的输出电流后，管子的输出电流ID就受就受栅源电压栅源电压VGS的控制。的控制。 当栅源之间的电压当栅源之间的电压VGS=0时，由于漏极时，由于漏极d与与衬底衬底B之间的之间的PN结处于反向偏置，漏源极间无导结处于反向偏置，漏源极间无导电沟道，因此漏极电流电沟道，因此漏极电流ID=0，管子处于截止状态。，管子处于截止状态。 当当VGS增加至某个临界电压时，感应电子层增加至某个临界电压时，感应电子层将两个分离的将两个分离的N+区接通，形成区接通，形成N型导电沟道，于型导电沟道，于是产生漏极电流是产生漏极电流ID，管子开始导通。，管子开始导通。 继续加大继续

5、加大VGS，导电沟道就会愈宽，输出电，导电沟道就会愈宽，输出电流流ID也就愈大也就愈大。增强型场效晶体管的工作电路 Powerpoint Design by Chen Zhenyuan电子技术基础教学演示文稿中等职业教育国家规划教材 第三章 场效晶体管放大电路 back陈振源主编HEP4 4三、特性曲线三、特性曲线 1.1.转移特性转移特性 指漏源电压指漏源电压VDS为确定值时，漏极电流为确定值时，漏极电流iD与栅源电压与栅源电压vGS之间的关系曲线。之间的关系曲线。 N沟道增强型沟道增强型MOS管转移特性曲线见右管转移特性曲线见右图。图。 在在vGS=0时，时，iD=0； 当当vGSVGS（

6、th）时，时，iD随随vGS的增大而增的增大而增大。大。转移特性曲线 Powerpoint Design by Chen Zhenyuan电子技术基础教学演示文稿中等职业教育国家规划教材 第三章 场效晶体管放大电路 back陈振源主编HEP5 52.2.输出特性曲线输出特性曲线 指栅源电压指栅源电压VGS为确定值时，漏极电流为确定值时，漏极电流iD与漏源电压与漏源电压vDS的关系曲线。按场晶体管的工作情的关系曲线。按场晶体管的工作情况可将输出特性分为三个区域。况可将输出特性分为三个区域。 在在区域内，漏源电压区域内，漏源电压vDS相对较小，是相对较小，是曲线簇的上升段。该区域输出电阻曲线簇的上

7、升段。该区域输出电阻ro随随vGS的变的变化而变化，所以称化而变化，所以称区为可调电阻区。区为可调电阻区。 在在区内，漏极电流区内，漏极电流iD几乎不随漏源电几乎不随漏源电压压vDS的变化而变化，所以称为饱和区。在该区的变化而变化，所以称为饱和区。在该区域内域内iD会随栅源电压会随栅源电压vGS增大而增大，故增大而增大，故区又区又称为放大区。称为放大区。 区叫击穿区，在这个区域内，由于漏区叫击穿区，在这个区域内，由于漏源电压源电压vDS较大，场效晶体管内的较大，场效晶体管内的PN结被击穿。结被击穿。输出特性曲线 Powerpoint Design by Chen Zhenyuan电子技术基础教

8、学演示文稿中等职业教育国家规划教材 第三章 场效晶体管放大电路 back陈振源主编HEP6 6四、增强型与耗尽型效晶体管的主要差异四、增强型与耗尽型效晶体管的主要差异N沟道耗尽型场效晶体管的结构与增强型场效晶体管相比，其不同点仅在于沟道耗尽型场效晶体管的结构与增强型场效晶体管相比，其不同点仅在于:在在二氧化硅绝缘层中渗人大量的正离子，产生足够的内电场使二氧化硅绝缘层中渗人大量的正离子，产生足够的内电场使P型硅衬底的表面感应出型硅衬底的表面感应出很多负电荷，导致漏极与源极之间形成很多负电荷，导致漏极与源极之间形成N型原导电沟道，如下图所示。型原导电沟道，如下图所示。耗尽型耗尽型MOS管不论栅源电

9、压是正、负或零值都能控制漏极电流管不论栅源电压是正、负或零值都能控制漏极电流ID，这是与增强，这是与增强型型MOS管不同的一个重要特点。管不同的一个重要特点。 (a)结构 (b)电路图形符号 （c）转移特性曲线 （d）输出特性曲线 N沟道耗尽型绝缘栅场效晶体管 N型原导电沟道型原导电沟道 Powerpoint Design by Chen Zhenyuan电子技术基础教学演示文稿中等职业教育国家规划教材 第三章 场效晶体管放大电路 back陈振源主编HEP7 7五、主要参数五、主要参数开启电压开启电压VGS(th) 指指VDS为定值时，使增强型绝缘栅场效应管开始导通的栅为定值时，使增强型绝缘栅

10、场效应管开始导通的栅源电压。源电压。夹断电压夹断电压VGS(off) 指指VDS为定值时，使耗尽型绝缘栅场效应管处于刚开始截为定值时，使耗尽型绝缘栅场效应管处于刚开始截止的栅源电压，止的栅源电压，N沟道管子的沟道管子的VGS(off)为负值，属耗尽型场效应管的参数。为负值，属耗尽型场效应管的参数。低频跨导低频跨导gm 指指VDS为定值时，栅源输入信号为定值时，栅源输入信号vgs与由它引起的漏极电流与由它引起的漏极电流id之之比，这是表征栅源电压比，这是表征栅源电压vgs对漏极电流对漏极电流id控制作用大小的重要参数。控制作用大小的重要参数。最高工作频率最高工作频率fM 它是保证管子正常工作的频

11、率最高限额。场效应管三个它是保证管子正常工作的频率最高限额。场效应管三个电极间存在极间电容，极间电容小的管子最高工作频率高，工作速度快。电极间存在极间电容，极间电容小的管子最高工作频率高，工作速度快。 Powerpoint Design by Chen Zhenyuan电子技术基础教学演示文稿中等职业教育国家规划教材 第三章 场效晶体管放大电路 back陈振源主编HEP8 8 存放绝缘栅场效应管时要将三个电极短路，取用管子时应注意人体静电对存放绝缘栅场效应管时要将三个电极短路，取用管子时应注意人体静电对栅极的感应，可在手腕上套一接地的金属箍。栅极的感应，可在手腕上套一接地的金属箍。 焊接绝缘栅

12、场效应管时，电烙铁必须要有外接地线，或切断电源利用电烙焊接绝缘栅场效应管时，电烙铁必须要有外接地线，或切断电源利用电烙铁的余热焊接，以防烙铁漏电损坏管子。焊接时应先焊源极，其次焊漏极，最后铁的余热焊接，以防烙铁漏电损坏管子。焊接时应先焊源极，其次焊漏极，最后焊栅极。焊栅极。 要拆焊电路板上的场效应管，应先将电路板的工作电源关闭，不允许电路要拆焊电路板上的场效应管，应先将电路板的工作电源关闭，不允许电路通电时用烙铁进行焊接操作通电时用烙铁进行焊接操作漏源击穿电压漏源击穿电压V(BR)DS 指漏源极之间允许加的最大电压，实际电压值超过指漏源极之间允许加的最大电压，实际电压值超过该参数时，会使该参数

13、时，会使PN结反向击穿。结反向击穿。最大耗散功率最大耗散功率PDSM 指指ID与与VDD的乘积不应超过的极限值，是从发热角度的乘积不应超过的极限值，是从发热角度对管子提出的限制条件。对管子提出的限制条件。用工程应 Powerpoint Design by Chen Zhenyuan电子技术基础教学演示文稿中等职业教育国家规划教材 第三章 场效晶体管放大电路 back陈振源主编HEP9 9 第二节第二节 结型场效晶体管结型场效晶体管一、电路图形符号和分类一、电路图形符号和分类结型场效晶体管的结构示意图和符号如下图所示，结型场效晶体管的结构示意图和符号如下图所示，3个电极是漏极个电极是漏极d、源极

14、、源极s和和栅极栅极g。结型场效晶体管可分为结型场效晶体管可分为P沟道和沟道和N沟道两种，电路符号是以栅极的箭头指向来区沟道两种，电路符号是以栅极的箭头指向来区别。别。结型场效晶体管的结构示意图 结型场效晶体管电路符号及外形 Powerpoint Design by Chen Zhenyuan电子技术基础教学演示文稿中等职业教育国家规划教材 第三章 场效晶体管放大电路 back陈振源主编HEP1010二、特性曲线二、特性曲线 1.1.转移特性曲线转移特性曲线 转移特性曲线位于纵轴的左侧说明栅源极之间加的是负电压，即转移特性曲线位于纵轴的左侧说明栅源极之间加的是负电压，即vGS0，这是，这是N沟

15、道结型场效晶体管正常工作的需要。沟道结型场效晶体管正常工作的需要。vGS由零向负值方向逐渐变化，则管子导电沟由零向负值方向逐渐变化，则管子导电沟道电阻加大，道电阻加大，iD将逐渐减小。当将逐渐减小。当vGS到达夹断电压到达夹断电压VGS（th）时，时，iD=0，管子截止。，管子截止。 2.2.输出特性曲线输出特性曲线 结型场效晶体管的输出特性曲线与三极管相似，不同之处在于：三极管是不同结型场效晶体管的输出特性曲线与三极管相似，不同之处在于：三极管是不同IB的曲线簇，而结型场效晶体管是不同的的曲线簇，而结型场效晶体管是不同的VGS的曲线簇。的曲线簇。 N沟道结型场效晶体管转移特性曲线 N沟道结型

16、场效晶体管输出特性曲线 Powerpoint Design by Chen Zhenyuan电子技术基础教学演示文稿中等职业教育国家规划教材 第三章 场效晶体管放大电路 back陈振源主编HEP1111 第三节第三节 场效应管放大电路场效应管放大电路 Rd漏极负载电阻，可将漏极电流漏极负载电阻，可将漏极电流id转转换为输出电压换为输出电压vo。 Rs源极电阻，稳定静态工作点。源极电阻，稳定静态工作点。 Cs源极旁路电容，消除源极旁路电容，消除RS对交流信号对交流信号的衰减作用。的衰减作用。 Cl、C2耦合电容，起隔直流、耦合交耦合电容，起隔直流、耦合交流信号的作用。流信号的作用。分压偏置共源放

17、大电路 一、电路构成及元件作用一、电路构成及元件作用1.1.分压偏置共源放大电路分压偏置共源放大电路 V场效应管，电压控制元件，由输入电压场效应管，电压控制元件，由输入电压vgs控制漏极电流控制漏极电流id。 Rg1、Rg2分压电阻，使栅极获得合适的工作电压，通常是改变分压电阻，使栅极获得合适的工作电压，通常是改变RG1的阻值来的阻值来调整放大电路的静态工作点。调整放大电路的静态工作点。 Powerpoint Design by Chen Zhenyuan电子技术基础教学演示文稿中等职业教育国家规划教材 第三章 场效晶体管放大电路 back陈振源主编HEP12122.2.自偏压放大电路自偏压放

18、大电路 对于耗尽型绝缘栅场效应管通常应用在对于耗尽型绝缘栅场效应管通常应用在VGS0的放大区域，可采用自偏压共源的放大区域，可采用自偏压共源放大电路。放大电路。 自偏压放大电路只有下偏置电阻，在场效应管的源极串入源极电阻自偏压放大电路只有下偏置电阻，在场效应管的源极串入源极电阻RS，源极电，源极电流流IS流过流过RS形成形成ISRS压降，该电压降为栅源极间提供负栅压压降，该电压降为栅源极间提供负栅压VGS= - ISRS，使管子工作使管子工作于放大状态。于放大状态。场效应管自偏压放大电路 Powerpoint Design by Chen Zhenyuan电子技术基础教学演示文稿中等职业教育国

19、家规划教材 第三章 场效晶体管放大电路 back陈振源主编HEP1313二、静态工作点的估算二、静态工作点的估算 栅极电压栅极电压 漏极电流漏极电流 漏源电压漏源电压SGSGDRVVI2gg1DDg2GRRVRV2GS(T)GSDSSD)1 (RVIIDdDS)(IRRVVsDD 三、交流参数估算三、交流参数估算 电压放大倍数电压放大倍数 输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻mLgsdLgLiogRviRviRvvAsdvg2g1i/ RRR doRR 分压偏置共源放大电路 Powerpoint Design by Chen Zhenyuan电子技术基础教学演示文稿中等职业教育国家规划教材 第三

20、章 场效晶体管放大电路 back陈振源主编HEP1414 1.场效晶体管是一种电压控制器件，分为绝缘栅型和结型两大类，每类又有P沟道、N沟道两种。绝缘栅场效晶体管还有增强型和耗尽型两种。2.场效晶体管利用栅源电压vGS的电场效应控制导电沟道的宽窄，改变沟道电阻而达到控制漏极电流iD的目的。场效晶体管的基本特性主要由转移特性和输出特性来描述，跨导是表征输入电压对输出电流控制能力的重要参数。3.场效晶体管放大电路具有输入阻抗高、噪声低，热稳定性能好等优点，常用于放大电路的输入级。场效晶体管的放大电路常用的有分压式偏置共源放大电路，对于耗尽型绝缘栅场效晶体管可采用共源自偏压放大电路。场效晶体管放大电

21、路的分析方法和步骤与三极管放大电路有很多类似之处，学习时应注意比较归纳。 Powerpoint Design by Chen Zhenyuan电子技术基础教学演示文稿中等职业教育国家规划教材 第三章 场效晶体管放大电路 back陈振源主编HEP1515 主主 教教 材材 简简 介介 书名：电子技术基础电子技术基础 第第2 2版（版（附学习卡） 出版单位：高等教育出版社 作者：陈振源 出版日期：2006-07-01 书号：7-04-019714-6 适用层次：中职 定价：25.20本书参照教育部颁布的中等职业学校电子技术基础教学大纲，以及有关的职业资格标准或行业职业技能鉴定标准，在保留2001年出版的中等职业教育国家规划教材电子技术基础编写风格的基础上，根据近几年中职生源的变化情况，贯彻落实“以服务为宗旨，以就业为导向，以能力为本位”的职业教育办学指导思想，修订而成。本书包括模拟电子技术和数字电子技术两部分，模拟部分包括：二极管及整流电路、晶体管及基本放大电路、场效晶体管放大电路、负反馈、低频功率放大器、集成运算放大器、正弦波振荡器、直流稳压电源、晶闸管及应