第四章场效应管放大合理使用电路

1、第四章场效应管放大合理使用电路基本要求基本要求 熟练掌握场效应管的主要参数，熟练掌握场效应管的主要参数，共源、共漏组态放大电路工作原理，共源、共漏组态放大电路工作原理，用小信号模型法分析用小信号模型法分析A AV V、R Ri i、R Ro o，正，正确理解图形分析法，正确理解场效应确理解图形分析法，正确理解场效应管的工作原理。管的工作原理。 4.1 结型场效应管结型场效应管4.3 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 砷化镓金属砷化镓金属-半导体场效应管半导体场效应管N沟道

2、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)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4.1.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理 1. 结构结构 JFET的结构示意图如图所示：的结构示意图如图所示： P P+ + 高掺杂的高掺杂的P P型区型区1 1）在）在N N

3、型半导体上，扩散两个高掺型半导体上，扩散两个高掺 杂的杂的P P型区，形成两个型区，形成两个PNPN结。结。2 2）N N电极电极d d漏极，流走载流漏极，流走载流子子 电极电极s s源极，发源载流子源极，发源载流子3 3）两边）两边P P区引出栅极区引出栅极g g（控制载流子（控制载流子运动）运动）4 4）中间部分）中间部分导电沟道导电沟道 P P沟道沟道 N N沟道沟道2. 工作原理工作原理（以（以N沟道沟道JFET为例）为例）利用利用PNPN结的特性结的特性采用外加反压控制采用外加反压控制PNPN结厚薄结厚薄的方法控制电流的变化。的方法控制电流的变化。加反偏后加反偏后耗尽区宽耗尽区宽ii

4、i iD D的形成：的形成：在在v vDSDS电压作用下，多子产电压作用下，多子产生漂移运动。生漂移运动。漂移：在电场力作用下的漂移：在电场力作用下的运动。运动。扩散：由密度大扩散：由密度大小运动小运动 2. 工作原理工作原理4.1 结型结型场效应管场效应管（以（以N沟道沟道JFET为例）为例）i iD D的控制：的控制：v vGSGSPNPN反偏反偏沟道宽度沟道宽度i iD D放大：放大：v vi ivvGSGS沟道宽度沟道宽度i iD Dvvo o=i=iD DR Rd d输入控制输出变化，电压控制器件（输入电压控制输出电流），输入控制输出变化，电压控制器件（输入电压控制输出电流），适当选

5、择适当选择R Rd d，使，使v vo o变化（增大或减小）。变化（增大或减小）。 在电场作用下，产生载流子的运动，所以叫场效应。在电场作用下，产生载流子的运动，所以叫场效应。 由一种载流子（电子）参加导电，所以叫单极型器件。由一种载流子（电子）参加导电，所以叫单极型器件。 2. 工作原理工作原理（以（以N沟道沟道JFET为例）为例）区别：区别： 三极管：电流控制器三极管：电流控制器件，输入电流控制输出电件，输入电流控制输出电流。流。 场效应管：电压控制场效应管：电压控制器件，输入电压控制输出器件，输入电压控制输出电流。电流。综上分析可知综上分析可知 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，沟

6、道中只有一种类型的多数载流子参与导电， 所以场效应管也称为单极型三极管。所以场效应管也称为单极型三极管。 JFETJFET是电压控制电流器件，是电压控制电流器件，i iD D受受v vGSGS控制控制 预夹断前预夹断前i iD D与与v vDSDS呈近似线性关系；预夹断后，呈近似线性关系；预夹断后， i iD D趋于饱和。趋于饱和。 JFET JFET栅极与沟道间的栅极与沟道间的PNPN结是反向偏置的，因结是反向偏置的，因 此此i iG G 0 0，输入电阻很高。，输入电阻很高。4.1.2 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数const.DSDGS)( vvfi 1. 输出特性输出特性 .

7、 . 可变电阻区可变电阻区 特点：特点：v vDSDS比较小比较小1 1）v vDSDS=0=0，i iD D=0=02 2）v vDSDS，i iD D（v vGSGS一定）一定）3）vGS，iD（vDS一定）一定） 4.1.2 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数const.DSDGS)( vvfi 1. 输出特性输出特性 . . 饱和区（线性放大区）饱和区（线性放大区） 特点：特点：v vDSDSiiD D不变不变分析原因：分析原因：v vDSDS，v vGDGD=V=VP P 耗尽区合拢于耗尽区合拢于A A点，点，A A点电阻最大。点电阻最大。 v vDSDS全降于全降于A A点，

8、电子受高压加速到达点，电子受高压加速到达d d极形成极形成i iD D。 vGSiD成线性关系，场效应管用于放大器时就工作成线性关系，场效应管用于放大器时就工作 在这个区域。（反偏压减小）在这个区域。（反偏压减小） 4.1.2 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数const.DSDGS)( vvfi 1. 输出特性输出特性 . . 击穿区击穿区 特点：特点：v vDSDS= =某值后，某值后，i iD D PNPN结反向击穿造成。结反向击穿造成。夹断电压：夹断电压：V VP P v vGSGS=V=VP P时，两边的耗尽区合拢，时，两边的耗尽区合拢，i iD D00，此时的，此时的v vG

9、SGS值叫夹断电压。值叫夹断电压。予夹断：予夹断：v vDSDS到一定值时，到一定值时，v vDGDG=V=VP P时，两边耗尽区开始合拢于一时，两边耗尽区开始合拢于一点（点（A A）叫予夹断。叫予夹断。夹断：予夹断出现后，夹断：予夹断出现后，v vDSDSvvGSGS=V=VP P，沟道合拢，沟道合拢，i iD D=0=0，管子截，管子截止。止。4.1.2 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数 2. 转移特性转移特性 const.GSDDS)( vvfiVP特点：特点：1 1）v vGSGS=0=0，i iD D=I=IDSSDSS（饱和漏极电流）。（饱和漏极电流）。 2 2）v vGS

10、GS越负，越负，i iD D越小。越小。 3 3）v vGSGS=V=VP P，i iD D=0=0，夹断。，夹断。 4 4）v vDSDS 某值后，曲线接近重合，这是因为在饱和区，某值后，曲线接近重合，这是因为在饱和区， i iD D几乎不随几乎不随v vDSDS而变。而变。 夹断电压夹断电压VP (或或VGS(off)： 饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS： 低频跨导低频跨导gm：DSGSDmVvig 3. 主要参数主要参数漏极电流约为零时的漏极电流约为零时的VGS值值 。VGS=0时对应的漏极电流。时对应的漏极电流。 低频跨导反映了低频跨导反映了vGS对对iD的控制作用。的控制作用。gm可

11、以在转移特性曲线上求得，单位是可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子毫西门子)。 输出电阻输出电阻rd：GSDDSdVivr 3. 主要参数主要参数 直流输入电阻直流输入电阻RGS： 对于结型场效应三极管，反偏时对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于约大于107。 最大漏极功耗最大漏极功耗PDM 最大漏源电压最大漏源电压V(BR)DS 最大栅源电压最大栅源电压V(BR)GSend4.4 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电路的性能比较 4.4.1

12、 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 场效应管放大器有自偏压电路和稳定工作点的分压式场效应管放大器有自偏压电路和稳定工作点的分压式自偏压电路，源极输出器，关于它们的静态分析、工作点自偏压电路，源极输出器，关于它们的静态分析、工作点的计算不在课堂介绍的计算不在课堂介绍了。了。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DSVDSDGSVGSDDdvvidvvidi

13、GSDS),(DSGSDvvfi 取全微分：取全微分：dsdgsmdvrvgi1 （A）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 DSVGSDmvig）（ 1跨导（互导）跨导（互导）GSVDDSdivr）（2漏极电阻漏极电阻 讨论时认为开路讨论时认为开路（3）定义：）定义：DDDIgsdsIGSDSIGSDSvvvvvvu由（由（A）式，当）式，当id=0时，时，mdgru（电压放大系数）（电压放大系数） 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 2. 动态指标分析动态指标分析 （2）中频电压增益）

14、中频电压增益（3）输入电阻）输入电阻（4）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 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：CEBJTFETCSCCCDCBCGBJTFET电压增益：电压增益：beLc)/(rRR )/)(1()/()1(LebeLeRRrRR beLc)/(rRR CE