模拟电路课件第四章

1、14.1 结型场效应管4.3 金属-氧化物-半导体场效应管4.4 场效应管放大电路第四章 场效应管放大电路2只有一种载流子参与导电，且利用电场效应来控制只有一种载流子参与导电，且利用电场效应来控制电流的三极管，称为电流的三极管，称为场效应管场效应管，也称，也称单极型三极管。单极型三极管。特点特点单极型器件单极型器件( (一种载流子导电一种载流子导电) )； 输入电阻高；输入电阻高；工艺简单、易集成、功耗小、体积小、工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低。成本低。3N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FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSF

2、ET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)场效应管分类：场效应管分类：44.1 结型场效应管 4.1.1 JFET的结构和工作原理DSGN符符号号一、结构一、结构N 沟道结型场效应管结构图沟道结型场效应管结构图N型型沟沟道道N型硅棒型硅棒栅极栅极源极源极漏极漏极P+P+P 型区型区耗尽层耗尽层( (PN 结结) )在漏极和源极之间加在漏极和源极之间加上一个正向电压，上一个正向电压，N型半型半导体中多数载流子电子可导体中多数载流子电子可以导电。以导电。导电沟道是导电沟道是N型的，型的，称称N沟道结型场效应管沟道结型场效应管。5P 沟道场效应管沟道场效应管P 沟道结型场效应管结构图沟道结型场效应管结构图N

3、+N+P型型沟沟道道GSD P沟道场效应管是在沟道场效应管是在 P型硅棒的两侧做成高掺型硅棒的两侧做成高掺杂的杂的N型区型区( (N+) )，导电沟导电沟道为道为P型型，多数载流子为，多数载流子为空穴。空穴。符号符号GDS6二、工作原理二、工作原理 N N沟道结型场效应管用沟道结型场效应管用改变改变VGS大小来控制漏极电流大小来控制漏极电流 ID 的。的。GDSNN型型沟沟道道栅极栅极源极源极漏极漏极P+P+耗尽层耗尽层*在栅极和源极之间加反在栅极和源极之间加反向电压向电压VGS，使栅极、沟道间，使栅极、沟道间的的PNPN结反向偏置，栅极电流几结反向偏置，栅极电流几乎为乎为0 0，场效应管输入

4、呈现高，场效应管输入呈现高阻。在漏极与源极间加一正电阻。在漏极与源极间加一正电压压VDS，形成漏极电流，形成漏极电流iD，电流，电流大小受到大小受到VGS控制。控制。下面分三种情况来讨论。下面分三种情况来讨论。7ID = 0GDSN型型沟沟道道P+P+ ( (a) ) VGS = 0VGS = 0 时，耗时，耗尽层比较窄，尽层比较窄，导电沟比较宽导电沟比较宽VGS 由零逐渐增大，由零逐渐增大，耗尽层逐渐加宽，导耗尽层逐渐加宽，导电沟相应变窄。电沟相应变窄。当当 VGS = VP，耗尽层，耗尽层合拢，导电沟被夹断，合拢，导电沟被夹断，夹断电压夹断电压VP 为负值。为负值。ID = 0GDSP+P

5、+N型型沟沟道道 ( (b) ) VGS 0(较小较小) VDS线性线性ID00:. 2=GSDSvv加入9GDSP+NISIDP+P+VDS(C) VDS0(较大较大) VDS慢慢IDGDSP+NISIDP+P+VDS(d) VDS0(大大)A VDS趋于饱和趋于饱和ID出现预夹断出现预夹断 夹断电压夹断电压VP10VDSGDSP+NISIDP+P+(d) VDS0(更大更大)A VDS不变不变IDB VDSID击穿击穿结论：结论：VDS可以改变漏极电流可以改变漏极电流对于同样的对于同样的V VDS DS ，I ID D的值比的值比V VGSGS=0=0时的值要小时的值要小; ;导电沟道更容

6、易夹断导电沟道更容易夹断; ;负和正：加入GSDSvv0. 311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

7、。，输入电阻很高。124.1.2 JFET JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数GSVDSV0GSV注：形成双端口网络形成双端口网络（1 1）G G、S S输入端口输入端口（2 2）D D、S S输出端口输出端口（3 3）源极）源极S S为公共端口为公共端口131. 输出特性输出特性常量=GS)(DSDUufig-s电压控电压控制制d-s的等的等效电阻效电阻常量=DSGSDmUuig预夹断轨迹，预夹断轨迹，uGDUGS（off）可可变变电电阻阻区区恒恒流流区区iD几乎仅决几乎仅决定于定于uGS击击穿穿区区夹断区（截止区）夹断区（截止区）夹断电压夹断电压IDSSiD 不同型号的管子不同型号的

8、管子UGS（off）、IDSS将不同。将不同。低频跨导：低频跨导：142. 转移特性转移特性常量=DS)(GSDUufi夹断夹断电压电压漏极饱漏极饱和电流和电流场效应管工作在恒流区，因而场效应管工作在恒流区，因而uGSUGS（off）且且uGDUGS（off）。uDGUGS（off）GS(off)GSDSUuu2GS(off)GSDSSD)1 (UuIi=在恒流区时154.3 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管MOSFETMOSFET 由金属、氧化物和半导体制成。称为由金属、氧化物和半导体制成。称为金属金属-氧化物氧化物-半半导体场效应管导体场效应管，或简称，或简称 MOS 场效应管场效应管。特

9、点：输入电阻可达特点：输入电阻可达 109 以上。以上。类型类型N 沟道沟道P 沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型增强型增强型耗尽型耗尽型UGS = 0 时漏源间存在导电沟道称时漏源间存在导电沟道称耗尽型场效应管；耗尽型场效应管；UGS = 0 时漏源间不存在导电沟道称时漏源间不存在导电沟道称增强型场效应管。增强型场效应管。Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor164.3.1 N 沟道增强型沟道增强型 MOS 场效应管场效应管 uGS增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当反型层将两个反型层将两个N区

10、相接时，形成导电沟道。区相接时，形成导电沟道。SiO2绝缘层绝缘层衬底衬底耗尽层耗尽层空穴空穴高掺杂高掺杂反型层反型层增强型管增强型管大到一定大到一定值才开启值才开启17增强型MOS管uDS对iD的影响 用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。N沟道增强型沟道增强型MOS管工作在恒流区的条件是什么？管工作在恒流区的条件是什么？ iD随随uDS的增的增大而增大，可大而增大，可变电阻区变电阻区 uGDUGS（th）,预夹断预夹断 iD几乎仅仅几乎仅仅受控于受控于uGS，恒，恒流区流区刚出现夹断刚出现夹断uGS的增大几乎全部用的增大几乎全部用来克服夹断

11、区的电阻来克服夹断区的电阻18 耗尽型 MOS管 耗尽型耗尽型MOS管在管在 uGS0、 uGS 0、 uGS 0时均可导时均可导通，且与结型场效应管不同，由于通，且与结型场效应管不同，由于SiO2绝缘层的存在，在绝缘层的存在，在uGS0时仍保持时仍保持g-s间电阻非常大的特点。间电阻非常大的特点。加正离子加正离子小到一定小到一定值才夹断值才夹断uGS=0时就存在时就存在导电沟道导电沟道19MOS管的特性1)增强型增强型MOS管管2)耗尽型耗尽型MOS管管开启开启电压电压夹断夹断电压电压DGS(th)GSDO2GS(th)GSDOD2) 1(iUuIUuIi时的为式中在恒流区时，=20场效应管

12、的分类工作在恒流区时工作在恒流区时g-s、d-s间的电压极性间的电压极性)0(P)0(N)00(P)00(N)00(P)00(NDSGSDSGSDSGSDSGSDSGSDSGS极性任意，沟道极性任意，沟道耗尽型，沟道，沟道增强型绝缘栅型，沟道，沟道结型场效应管uuuuuuuuuuuuuGS=0可工作在恒流区的场效应管有哪几种？可工作在恒流区的场效应管有哪几种？ uGS0才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？ uGS0才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？ 214.4 场效应管放大电路 4.4.1 FET FET的直流偏

13、置及静态分析的直流偏置及静态分析 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.基本共源放大电路基本共源放大电路222.自给偏压电路sDQSQGQGSQsDQSQGQ0RIUUURIUU= ，2GS(off)GSQDSSDQ)1 (UUII=)(sdDQDDDSQRRIVU=由正电源获得负偏压由正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能够采用这种电路形式设置哪种场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？点？233.分压式偏置电路s

14、DQSQDDg2g1g1AQGQRIUVRRRUU=2GS(th)GSQDODQ) 1(=UUII)(sdDQDDDSQRRIVU=为什么加为什么加Rg3?其数值应大些小些？其数值应大些小些？哪种场效应管能够采用这种电路形式设置哪种场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？点？即典型的即典型的Q点稳定电路点稳定电路244.4.2 FET放大电路的小信号模型分析法1.FETFET小信号模型小信号模型 DSGSDmUuig=近似分析时可认近似分析时可认为其为无穷大！为其为无穷大！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。与晶体管的与晶体管的h参数等效模型类比：参数等效模型类比：252.小信号模型分析小信号模