场效应管放大电路模板

场效应管放大电路模板第1页，课件共23页，创作于2023年2月2.结型场效应管（1）结型场效应管的结构（如图1.4.1所示）

源极S漏极D栅极G符号P型区N型导电沟道图1.4.1第2页，课件共23页，创作于2023年2月（2）结型场效应管的工作原理（如图1.4.2所示）HomeNextBack①vDS=0时，

vGS

对沟道的控制作用当vGS＜0时，PN结反偏，|vGS|耗尽层加厚沟道变窄。vGS继续减小，沟道继续变窄，当沟道夹断时，对应的栅源电压vGS称为夹断电压VP

（或VGS(off)）。对于N沟道的JFET，VP<0。②vGS=(VGS(off)~0)的某一固定值时，vDS对沟道的控制作用当vDS=0时，iD=0；vDSiD，同时G、D间PN结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。当vDS增加到使vGD=VP时，在紧靠漏极处出现预夹断。此时vDS夹断区延长沟道电阻iD基本不变，表现出恒流特性。第3页，课件共23页，创作于2023年2月③当vGD<VGS(off)时，vGS对iD的控制作用当vGD=vGS-

vDS<VGS(off)

时，即vDS>vGS-

VGS(off)>0，导电沟道夹断，iD不随vDS变化

；

但vGS

越小，即|vGS|越大，沟道电阻越大，对同样的vDS，iD的值越小。所以，此时可以通过改变vGS

控制iD的大小，iD与vDS

几乎无关，可以近似看成受vGS

控制的电流源。由于漏极电流受栅-源电压的控制，所以场效应管为电压控制型元件。综上分析可知：(a)

JFET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；(b)

JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因此输入电阻很高；(c)

JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制；(d)预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。第4页，课件共23页，创作于2023年2月（3）结型场效应管的特性曲线②转移特性①输出特性VP图1.4.3夹断区第5页，课件共23页，创作于2023年2月3.绝缘栅型场效应管IGFET（InsulatedGateFieldEffectTransistor）MOS（MetalOxideSemiconductor）vGS=0，iD=0，为增强型管；vGS=0，iD0，为耗尽型管。（一）N沟道增强型MOS管（其结构和符号如图1.4.4所示）图1.4.4第6页，课件共23页，创作于2023年2月（1）N沟道增强型MOS管的工作原理①vDS=0时，

vGS

对沟道的控制作用当vDS=0且vGS>0时，因SiO2的存在，iG=0。但g极为金属铝，因外加正向偏置电压而聚集正电荷，从而排斥P型衬底靠近g极一侧的空穴，使之剩下不能移动的负离子区，形成耗尽层。如图1.4.5所示。当vGS=0时，漏-源之间是两个背靠背的PN结，不存在导电沟道，无论vDS

为多少，iD=0。图1.4.5第7页，课件共23页，创作于2023年2月当vGS进一步增加时，一方面耗尽层增宽，另一方面衬底的自由电子被吸引到耗尽层与绝缘层之间，形成一个N型薄层，称之为反型层，构成了漏-源之间的导电沟道（也称感生沟道），如图1.4.6所示。图1.4.6

使沟道刚刚形成的栅-源电压称之为开启电压VGS(th)。vGS越大，反型层越宽，导电沟道电阻越小。②vGS>VGS(th)

的某一固定值时，vDS对沟道的控制作用当vDS=0时，iD=0；vDSiD，同时使靠近漏极处的耗尽层变窄。当vDS增加到使vGD=VGS(th)时，在紧靠漏极处出现预夹断。此时vDS夹断区延长沟道电阻iD基本不变，表现出恒流特性。如图1.4.7所示。第8页，课件共23页，创作于2023年2月图1.4.7（2）N沟道增强型MOS管的特性曲线与电流方程

N沟道增强型MOS管的转移特性曲线与输出特性曲线如图1.4.8所示，与JFET一样，可分为四个区：可变电阻区、恒流区、夹断区和击穿区。第9页，课件共23页，创作于2023年2月②转移特性①输出特性VGS(th)图1.4.8夹断区2VGS(th)第10页，课件共23页，创作于2023年2月（二）N沟道耗尽型MOS管（其结构和符号如图1.4.9所示）图1.4.9与N沟道增强型MOS管不同的是，N沟道耗尽型MOS管的绝缘层中参入了大量的正离子，所以，即使在vGS=0时，耗尽层与绝缘层之间仍然可以形成反型层，只要在漏-源之间加正向电压，就会产生iD。第11页，课件共23页，创作于2023年2月若vDS为定值，而vGS>0，vGS

iD；若vGS<0，vGS

iD，当vGS减小到一定值时，反型层消失，导电沟道被夹断，iD=0。此时的vGS称为夹断电压VGS(off)。若vGS>VGS(off)，且为定值，则iD随vDS

的变化与N沟道增强型MOS管的相同。但因VGS(off)<0，所以vGS在正、负方向一定范围内都可以实现对iD的控制。其转移特性曲线与输出特性曲线见教材P44。（三）P沟道MOS管

P沟道MOS管与N沟道MOS管的结构相同，只是掺杂的类型刚好相反，所以其电压和电流的极性与N沟道MOS管的相反。其转移特性曲线与输出特性曲线见教材P44。第12页，课件共23页，创作于2023年2月Home

VMOS管与普通MOS管只是制造工艺上的差别，原理上并没什么不同。但其性能与普通MOS管相比，VMOS管的漏区散热面积大，耗散功率可达kW以上；其漏-源击穿电压高，上限工作频率高，线性好。（四）VMOS管4.场效应管的主要参数（一）直流参数①开启电压VGS(th)：对增强型MOS管，当VDS为定值时，使iD刚好大于0时对应的VGS值。②夹断电压VGS(off)

（或VP）：对耗尽型MOS管或JFET，当VDS为定值时，使iD刚好大于0时对应的VGS值。第13页，课件共23页，创作于2023年2月③饱和漏极电流IDSS：对耗尽型MOS管或JFET，VGS=0时对应的漏极电流。④直流输入电阻RGS：对于结型场效应三极管，RGS大于107Ω，MOS管的RGS大于109Ω，。（二）交流参数①低频跨导gm：低频跨导反映了vGS对iD的控制作用。gm可以在转移特性曲线上求得。第14页，课件共23页，创作于2023年2月HomeNextBack极间电容：Cgs和Cgd约为1~3pF，和Cds约为0.1~1pF。高频应用时，应考虑极间电容的影响。（三）极限参数①最大漏极电流IDM：管子正常工作时漏极电流的上限值。击穿电压V(BR)DS、V(BR)GS：管子漏-源、栅-源击穿电压。③

最大耗散功率PDM：决定于管子允许的温升。注意

：对于MOS管，栅-衬之间的电容容量很小，RGS很大，感生电荷的高压容易使很薄的绝缘层击穿，造成管子的损坏。因此，无论是工作中还是存放的MOS管，都应为栅-源之间提供直流通路，避免栅极悬空；同时，在焊接时，要将烙铁良好接地。③输出电阻rd：第15页，课件共23页，创作于2023年2月HomeNextBack5.场效应管与晶体管的比较

①场效应管的漏极d、栅极g和源极s分别对应晶体管的集电极c、基极b和发射极e，其作用类似。

②场效应管以栅-源电压控制漏极电流，是电压控制型器件，且只有多子参与导电，是单极性晶体管；三极管以基极电流控制集电极电流，是电流控制型器件，晶体管内既有多子又有少子参与导电，是双极性晶体管。

场效应管的输入电阻远大于晶体管的输入电阻，其温度稳定性好、抗辐射能力强、噪声系数小。

场效应管的漏极和源极可以互换，而互换后特性变化不大；晶体管的集电极和发射极互换后特性相差很大，只有在特殊情况下才互换使用。但要注意的是，场效应管的某些产品在出厂时，已将衬底和源极连接在一起，此时，漏极和源极不可以互换使用。第16页，课件共23页，创作于2023年2月

场效应管的种类多，栅-源电压可正、可负，使用更灵活。

场效应管集成工艺更简单、功耗小、工作电源电压范围宽，使之更多地应用于大规模和超大规模集成电路中。

一般情况下，由晶体管构成的放大电路具有更高的电压放大倍数和输出功率。思考题场效应管符号中的箭头方向表示什么？为什么FET的输入电阻比BJT的高得多？为什么MOSFET比JFET的输入电阻高？场效应管正常放大时，导电沟道处于什么状态？使用MOS管应注意些什么？第17页，课件共23页，创作于2023年2月例题

例1.4.1

已知各场效应管的输出特性曲线如图1.4.10所示。试分析各管子的类型。图1.4.10例1.4.1图第18页，课件共23页，创作于2023年2月解:(a)iD>0（或vDS>0），则该管为N沟道；vGS0，故为JFET（耗尽型）。

(b)iD<0（或vDS<0），则该管为P沟道；vGS<0，故为增强型MOS管。

(c)iD>0（或vDS>0），则该管为N沟道；vGS可正、可负，故为耗尽型MOS管。提示：场效应管工作于恒流区：（1）N沟道增强型MOS管：VDS>0,VGS>VGS(th)>0；P沟道反之。（2）N沟道耗尽型MOS管：VDS>0,VGS可正、可负，也可为0；P沟道反之。（3）N沟道JFET：VDS>0,VGS<0；P沟道反之。第19页，课件共23页，创作于2023年2月图1.4.11例1.4.2图

例1.4.2

电路如图1.4.11(a)所示，场效应管的输出特性如图1.4.11(b)所示。试分析当uI=2V、8V、12V三种情况下，场效应管分别工作于什么区域。第20页，课件共23页，创作于2023年2月

(c)当uI=10V

时，假设管子工作于恒流区，此时iD=2mA，故uO=uDS=VDD-iD

Rd=18-28=2V，uDS-VGS(th)=2-6=-4V，显然小于uGS=10V时的预夹断电压，故假设不成立，管子工作于可变电阻区。此时，RdsuDS/iD=3V/1mA=3k，故解:(a)当uI=2V

时，uI=uGS<VGS(th)

，场效应管工作于夹断区，iD=0，故uO=VDD-iD

Rd=VDD=18V。

(b)