数电03场效应晶体管及其放大电路

数电03场效应晶体管及其放大电路§1场效应晶体管

场效应晶体管是电压控制元件，它的输出电流决定于输入端电压的大小，基本上不需要信号源提供电流，它的输入电阻很高，可高达109～1014。

场效应晶体管的外形与普通晶体管相似，但二者控制特性却截然不同。

普通晶体管是电流控制元件，通过控制基极电流达到控制集电极电流或发射极电流的目的，信号源必须提供一定的电流才能工作，它的输入电阻低，约为102～104。场效应晶体管结型场效应管绝缘栅场效应管增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道场效应晶体管的分类：1.1结构示意图1

增强型绝缘栅场效应管N沟道N+N+P型硅衬底源极S漏极D栅极GSiO2绝缘层P沟道P+P+N型硅衬底源极S漏极D栅极GSiO2绝缘层

注意：栅极和其它电极及衬底之间是绝缘的，所以称为绝缘栅场效应管，或称MetalOxideSemiconductor，简称MOS场效应管。由于栅极是绝缘的，栅极电流几乎为零，栅源电阻（输入电阻）RGS很高，最高可达1014。N+N+P型硅衬底SDG+-UGS●UDS+-当UGS=0时相当于两个反接的PN结ID=01.2工作原理（以N沟道为例说明）N+N+P型硅衬底SDG+-UGS●UDS+-ID垂直于衬底表面产生电场电场吸引衬底中电子到表层电子填补空穴形成负空间电荷区当UGS>0时N沟道沟通源区与漏区与衬底间被耗尽层绝缘耗尽层N+N+P型硅衬底SDG+-UGS●UDS+-IDN+N+P型硅衬底SDG+-UGS●UDS+-ID导电沟道形成后，UDS越大，ID越大。UGS越大，电场越强，沟道越宽，沟道等效电阻越小。1.3特性曲线转移特性曲线开启电压：当UGS<UGS(th)时，导电沟道还没有形成，ID≈0；当UGS>UGS(th)时，导电沟道已形成，随着UGS的增大，ID也增大。IDUGSOUGS(th)无沟道有沟道输出特性曲线IDUDSUGS=1V2V3V4V2

耗尽型绝缘栅场效应管1.1结构特点（以N沟道为例）N+N+P型硅衬底源极S漏极D栅极GSiO2绝缘层

在制造管子时，即在SiO2绝缘层中掺入大量正离子，因而在两个N+区之间感应出许多电子，形成原始导电沟道。+-UGS●UDS+-IDN+N+P型硅衬底SDG

由于有原始导电沟道的存在，当UGS=0时，在UDS的作用下，也会有电流ID。1.2工作特点N+N+P型硅衬底SDG+-UGS●UDS+-ID

当UGS>0时，UGS越大，导电沟道越宽，等效电阻越小，在同样的UDS作用下，ID也就越大。

当UGS<0时，UGS负值越大，导电沟道越窄，等效电阻越大，在同样的UDS作用下，ID也就越小。N+N+P型硅衬底SDG-+UGS●UDS+-IDN+N+P型硅衬底SDG-+UGS●UDS+-ID

当UGS小于某一负值时，导电沟道被夹断，这时不管UDS为多大，ID=0。1.3特性曲线转移特性曲线夹断电压：当UGS<UGS(off)时，导电沟道被夹断，ID≈0；当UGS>UGS(off)时，随着UGS的增大，ID也增大。IDUGSO无沟道有沟道UGS(off)IDSS漏极饱和电流输出特性曲线IDUDSUGS=-2V-1V0V1V3电路符号GSDN沟道增强型GSDP沟道耗尽型GSDN沟道耗尽型GSDP沟道增强型4主要参数参数符号漏极饱和电流IDSS(V)栅源夹断电压UGS(off)(V)开启电压UGS(th)(V)栅源绝缘电阻（输入电阻）RGS()共源小信号低频跨导gm(A/V)最高漏源电压UDS(BR)(V)最高栅源电压UGS(BR)(V)最大耗散功率PDM(mV)PD=UDSID

共源小信号低频跨导：gm(A/V、mA/V)gm表征场效应管UGS对ID控制能力的大小，也表明场效应管是电压控制元件。特别说明双极性晶体管场效应管类型NPN型或PNP型N沟道或P沟道载流子（电子、空穴）两种载流子同时参与导电只有一种载流子参与导电控制方式电流控制电压控制放大参数=20～100gm=1～5(mA/V)输入电阻102～104107～1014输出电阻rce很高rds很高热稳定性差差好制造工艺较复杂简单、成本低对应极基极—栅极、发射极—源极、集电极—漏极场效应管与双极性晶体管的比较§2场效应晶体管放大电路（共源极接法的分压式偏置放大电路）

场效应管放大电路具有很高的输入电阻，因此适用于高内阻信号源的放大，通常用在多级放大电路的输入级。RG1TRSuSC1C2RDui+-++uoRL+UDDRG2RSSCST—场效应管，电压控制元件，用栅源电压控制漏极电流。RD—漏极负载电阻，获得随ui变化的输出电压。RSS—源极电阻，稳定工作点。RG1、RG1—分压偏置电阻，与RSS配合获得合适的偏压UGS。CS—旁路电容。C1、C1—耦合电容。UDD—直流电源，提供能量。RG1TRSuSC1C2RDui+-++uoRL+UDDRG2RSSCS栅极电位源极电位栅源电压对N沟道耗尽型：通常使UGS<0对N沟道增强型：应使UGS>0设则RG1TRSuSC1C2RDui+-++uoRL+UDDRG2RSSCS1静态分析2动态分析交流通路RG1TRSuSui+-uoRL