场效应管放大电路

1、2. 结型场效应管的工作原理,（1）栅源电压对沟道的控制作用,在栅源间加负电压VGS ，令VDS =0 当VGS=0时，为平衡PN结，导电沟道最宽。,当VGS时，PN结反偏，形成耗尽层，导电沟道变窄，沟道电阻增大。,当VGS到一定值时 ，沟道会完全合拢。,定义： 夹断电压Vp使导电沟道完全合拢（消失）所需要的栅源电压VGS。,（2）漏源电压对沟道的控制作用,在漏源间加电压VDS ，令VGS =0 由于VGS =0，所以导电沟道最宽。 当VDS=0时， ID=0。,VDSID 靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，呈楔形分布。,当VDS ，使VGD=VG S- VDS=VP时，在靠漏极处夹断预夹断。

2、,预夹断前， VDSID 。 预夹断后， VDSID 几乎不变。,VDS再，预夹断点下移。,（3）栅源电压VGS和漏源电压VDS共同作用,可用输入输出两组特性曲线来描绘。,ID=f（ VGS 、VDS）,（1）输出特性曲线： ID=f（ VDS ）VGS=常数,3 结型场效应三极管的特性曲线,四个区： 可变电阻区：预夹断前。 电流饱和区（恒流区）： 预夹断后。 特点： ID / VGS 常数= gm 即： ID = gm VGS（放大原理） 击穿区。 夹断区（截止区）。VGSVP,(a) 漏极输出特性曲线 (b) 转移特性曲,（2）转移特性曲线： ID=f（ VGS ）VDS=常数,(当 时)

3、,4.3 MOS型场效应管,一、N沟道增强型MOS管,1、结构与符号,N沟道增强型,P沟道增强型,2、工作原理,（1）、vGS对iD及沟道的控制作用,增强型MOS管的漏极d和源极s之间有两个背靠背的PN结。当vGS=0时，不论vDS的极性如何，总有一个PN结处于反偏状态，这时漏极电流iD0。,vGS0,当vGS数值较小，吸引电子的能力不强时，漏源极之间仍无导电沟道出现。,vGS增加时，吸引到P衬底表面层的电子就增多，当vGS达到某一数值时，这些电子在栅极附近的P衬底表面便形成一个N型薄层。即N型沟道，因导电类型与P衬底相反，故又称为反型层。,把开始形成沟道时的栅源极电压称为开启电压，用VT表示

4、。,（2）vDS对iD的影响,当vGSVT且为一确定值时，正向电压vDS对导电沟道及电流ID的影响与结型场效应管相似。,当vDS较小（vDSvGSVT）时,iD随vDS近似呈线性变化,当vDS增加到vGD=vGS-vDS=VT(或vDS=vGS-VT)时,沟道在漏极一端出现预夹断,继续增大vDS，夹断点将向源极方向移动,iD不随vDS增大而增加，ID仅由vGS决定。,（3）N沟道增强型MOS管的特性方程,特性曲线和电流方程,(vGSVT) IDO是vGS=2VT时，的漏极电流iD,二、N沟道耗尽型MOS管,N沟道耗尽型MOS管与N沟道增强型MOS管相似，区别仅在于栅源极电压vGS=0时，耗尽型

5、MOS管中的漏源极间已有导电沟道产生。,在SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子Na+或K+,N沟道,P沟道,vGS=0时，漏源极间的P型衬底表面也能感应生成N沟道(称为初始沟道)，加上正向电压vDS，就有电流iD。加上正的vGS，沟道加宽，沟道电阻变小，iD增大。vGS为负时，沟道变窄，沟道电阻变大，iD减小。当vGS负向增加到某一数值时，导电沟道消失，iD趋于零，管子截止，故称为耗尽型。沟道消失时的栅源电压称为夹断电压，仍用VP表示。结型场效应管只能在vGS0，VPvGS0。,三、场效应管的主要参数,(1) 开启电压VT VT 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

6、管不能导通。,（2）夹断电压VP VP 是MOS耗尽型和结型FET的参数，当VGS=VP时,漏极电流为零。,（3）饱和漏极电流IDSS MOS耗尽型和结型FET, 当VGS=0时所对应的漏极电流。,（4）输入电阻RGS 结型场效应管，RGS大于107，MOS场效应管, RGS可达1091015。,（5） 低频跨导gm gm反映了栅压对漏极电流的控制作用，单位是mS(毫西门子)。,（6） 最大漏极功耗PDM PDM= VDS ID，与双极型三极管的PCM相当。,四、 场效应管使用注意事项,1、 MOS管栅、源极之间的电阻很高，使得栅极的感应电荷不易泄放，因极间电容很小，会造成电压过高使绝缘层击穿

7、。因此，保存MOS管应使三个电极短接，避免栅极悬空。焊接时，电烙铁的外壳应良好地接地，或烧热电烙铁后切断电源再焊。 2、 有些场效应晶体管将衬底引出，故有4个管脚，这种管子漏极与源极可互换使用。但有些场效应晶体管在内部已将衬底与源极接在一起，只引出3个电极，这种管子的漏极与源极不能互换。 3、 使用场效应管时各极必须加正确的工作电压。 4、 在使用场效应管时，要注意漏、源电压、漏源电流及耗散功率等，不要超过规定的最大允许值。,五、双极型和场效应型三极管的比较,各类型场效应管的特性比较见P：173,1. 直流偏置电路：保证管子工作在饱和区，输出信号不失真,二. 场效应管放大电路,（1）自偏压电路

8、,vGS,vGS =- iDR,注意：该电路产生负的栅源电压，所以只能用于需要负栅源电压的电路。,计算Q点：VGS 、 ID 、VDS,vGS =,VDS =VDD- ID (Rd + R ),已知VP ，由,- iDR,可解出Q点的VGS 、 ID 、 VDS,（2）分压式自偏压电路,VDS =VDD-ID(Rd+R),可解出Q点的VGS 、 ID 、 VDS,计算Q点：,已知VP ，由,该电路产生的栅源电压可正可负，所以适用于所有的场效应管电路。,2. 场效应管的交流小信号模型,与双极型晶体管一样，场效应管也是一种非线性器件，而在交流小信号情况下，也可以由它的线性等效电路交流小信号模型来代

9、替。,其中：rgs是输入电阻，理论值为无穷大。 gmvgs是压控电流源，它体现了输入电压对输出电流的控制作用。 称为低频跨导。 rd为输出电阻，类似于双极型晶体管的rce。,三. 放大电路,1.共源放大电路,分析： （1）画出共源放大电路的交流小信号等效电路。,（2）求电压放大倍数,（3）求输入电阻,（4）求输出电阻,忽略 rd,由输入输出回路得,则,则,由于rgs=,（2）电压放大倍数,（3）输入电阻,得,分析：,（1）画交流小信号等效电路。,由,2.共漏放大电路,（4）输出电阻,所以,由图有,3、场效应管放大电路与三极管放大电路比较,1、共源电路与共射电路均有电压放大作用，而且输出电压与输入电压相位相反。 2、