场效应管及放大电路

关于场效应管及放大电路12一、场效应晶体管(FET)的分类N沟道P沟道增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道（耗尽型）FET场效应管JFET结型MOSFET绝缘栅型(IGFET)§4.1结型场效应管第2页,共45页，2024年2月25日，星期天31、结构

源极，用S或s表示N型导电沟道漏极，用D或d表示

P型区P型区栅极，用G或g表示栅极，用G或g表示符号符号二、结型场效应管的结构和工作原理第3页,共45页，2024年2月25日，星期天4UGS<0,UDS=0VPN结反偏，|UGS|越大则耗尽区越宽，导电沟道越窄。2、工作原理（以N沟道为例）第4页,共45页，2024年2月25日，星期天5ID|UGS|越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。但当|UGS|较小时，耗尽区宽度有限，存在导电沟道。DS间相当于线性电阻。第5页,共45页，2024年2月25日，星期天6NGSDUGSPPUGS达到一定值时（夹断电压VP）,耗尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即使UDS

0V，漏极电流ID=0A。ID第6页,共45页，2024年2月25日，星期天7UGS=0,UDS>0VID越靠近漏极，PN结反压越大,耗尽层越宽，导电沟道越窄沟道中仍是电阻特性，但是是非线性电阻。第7页,共45页，2024年2月25日，星期天8当UDS=|Vp|,发生预夹断,ID=IDssUDS增大则被夹断区向下延伸。此时，电流ID由未被夹断区域中的载流子形成，基本不随UDS的增加而增加，呈恒流特性。ID第8页,共45页，2024年2月25日，星期天9UGS<0,UDS>0VIDUGD=UGS-UDS=UP时发生预夹断第9页,共45页，2024年2月25日，星期天10三、特性曲线和电流方程2.转移特性VP1.输出特性第10页,共45页，2024年2月25日，星期天11

结型场效应管的缺点：1.栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在某些场合仍嫌不够高。3.栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。2.在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。第11页,共45页，2024年2月25日，星期天12绝缘栅型场效应三极管MOSFET(MetalOxide

SemiconductorFET)。分为

增强型

N沟道、P沟道

耗尽型

N沟道、P沟道§4.2绝缘栅场效应管（MOS)第12页,共45页，2024年2月25日，星期天13一N沟道增强型MOSFET1结构

第13页,共45页，2024年2月25日，星期天142工作原理

(1)VGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。(2)VGS>VGS（th)>0时，形成导电沟道反型层第14页,共45页，2024年2月25日，星期天15(3)VGS>VGS（th)>0时，VDS>0

VDS=VDG＋VGS

=－VGD＋VGS

VGD=VGS－VDS

＝

VGS（th)时发生预夹断第15页,共45页，2024年2月25日，星期天163N沟道增强型MOS管的特性曲线转移特性曲线

ID=f(VGS)

VDS=const第16页,共45页，2024年2月25日，星期天17输出特性曲线ID=f(VDS)

VGS=const第17页,共45页，2024年2月25日，星期天18二N沟道耗尽型MOSFET(a)结构示意图(b)转移特性曲线

第18页,共45页，2024年2月25日，星期天19输出特性曲线IDUDS0UGS=0UGS<0UGS>0第19页,共45页，2024年2月25日，星期天20P沟道MOSFET

P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。第20页,共45页，2024年2月25日，星期天21§4.3

双极型和场效应型三极管的比较

双极型三极管

场效应三极管结构NPN型结型耗尽型N沟道P沟道 PNP型绝缘栅增强型N沟道P沟道绝缘栅耗尽型N沟道P沟道

C与E一般不可倒置使用D与S有的型号可倒置使用载流子多子扩散少子漂移多子漂移输入量电流输入电压输入控制电流控制电流源CCCS(β)电压控制电流源VCCS(gm)第21页,共45页，2024年2月25日，星期天22

§4.4场效应管的参数和型号一场效应管的参数

①开启电压VGS(th)(或VT)

开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通。

②夹断电压VGS(off)(或VP)

夹断电压是耗尽型FET的参数，当VGS=VGS(off)时,漏极电流为零。③饱和漏极电流IDSS

耗尽型场效应三极管,当VGS=0时所对应的漏极电流第22页,共45页，2024年2月25日，星期天23

④输入电阻RGS

场效应三极管的栅源输入电阻的典型值，对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107Ω，对于绝缘栅型场效应三极管,RGS约是109～1015Ω。

⑤低频跨导gm

低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用，这一点与电子管的控制作用相似。gm可以在转移特性曲线上求取，也可由电流方程求得第23页,共45页，2024年2月25日，星期天24⑥最大漏极功耗PDM

最大漏极功耗可由PDM=VDSID决定，与双极型三极管的PCM相当。7漏、源间击穿电压BUDS

输出特性曲线上，当漏极电流急剧增加，产生雪崩击穿时对应的电压。8栅、源间击穿电压BUGS

破坏性击穿

第24页,共45页，2024年2月25日，星期天25二场效应三极管的型号

场效应三极管的型号,现行有两种命名方法。其一是与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3DO6C是绝缘栅型N沟道场效应三极管。

第二种命名方法是CS××#，CS代表场效应管，××以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS14A、CS45G等。第25页,共45页，2024年2月25日，星期天26几种常用的场效应三极管的主要参数第26页,共45页，2024年2月25日，星期天27

电路的组成原则及分析方法(1).静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区(2).动态:能为交流信号提供通路组成原则静态分析：估算法、图解法。动态分析：微变等效电路法。分析方法4.5场效应管放大电路

场效应管具有输入电阻高的特点，是电压控制器件，即用栅源电压uGS控制漏极电流iD。第27页,共45页，2024年2月25日，星期天28一自偏压电路vGSQ点：VGS、ID、VDSvGS=VDS=VDD-ID(Rd+R)-iDR4.5场效应管放大电路4.5.1共源放大电路第28页,共45页，2024年2月25日，星期天29一.静态分析（Ui=0）

4.5.1共源放大电路G极绝缘IG=01.估算法UGS=

VGGID=

IDO（UGS/

UT–

1)2UDS=

VDD-

IDRD第29页,共45页，2024年2月25日，星期天30一.静态分析（Ui=0）

直流负载线：2.图解法UDS=

VDD–

IDRD直流负载线和UGS负载线的交点即为Q点。4.5.1共源放大电路第30页,共45页，2024年2月25日，星期天31GSD跨导漏极输出电阻uGSiDuDS4.5.1共源放大电路二.动态分析（等效电路法）第31页,共45页，2024年2月25日，星期天32很大，可忽略。

场效应管的微变等效电路为：GSDuGSiDuDSSGDugsgmugsudsSGDrDSugsgmugsuds第32页,共45页，2024年2月25日，星期天33

共源极放大电路uoUDD=20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10ksgR2R1RGRL'dRLRD微变等效电路第33页,共45页，2024年2月25日，星期天34sgR2R1RGRL'dRLRDro=RD=10k

第34页,共45页，2024年2月25日，星期天35共漏极放大电路－源极输出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G第35页,共45页，2024年2月25日，星期天36uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2Griro

ro

gR2R1RGsdRLRS微变等效电路第36页,共45页，2024年2月25日，星期天37riro

ro

gR2R1RGsdRLRS微变等效电路输入电阻ri第37页,共45页，2024年2月25日，星期天38输出电阻rogd微变等效电路ro

ro

R2R1RGsRS第38页,共45页，2024年2月25日，星期天39场效应管放大电路小结(1)场效应管放大器输入电阻很大。(2)场效应管共源极放大器(漏极输出)输入输出反相，电压放大倍数大于1；输出电阻=RD。(3)场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于1且约等于1；输出电阻小。第39页,共45页，2024年2月25日，星期天40设:gm=3mA/V=50rbe=1.7K例题:前级:场效应管共源极放大器后级:晶体管共射极放大器求:总电压放大倍数、输入电阻、输出电阻+UCCRS3M(+24V)R120KUi10KC2C3R4R3RLRE282K43K10K8KUo10KC1RCT1RE1CE2T2USCE1RD10KR21M第40页,共45页，2024年2月25日，星期天41（1）估算各级静态工作点:（略）（2）动态分析:

微变等效电路R3R4RCRLRSR2R1R