章场效应管11讲

1、3.2 绝缘栅场效应三极管MOSFET分为 增强型 N沟道、P沟道 耗尽型 N沟道、P沟道结构示意图和符号（动画2-3）1 N沟道增强型MOSFET 工作原理 (动画2-4）(动画2-5) 漏极输出特性曲线转移特性曲线特性曲线 结构示意图 转移特性曲线 N沟道耗尽型MOSFET的结构 和转移特性曲线 2 N沟道耗尽型MOSFETN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（耗尽型）（耗尽型）FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)分类：分类：耗尽型耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在：场效应管没有加偏

2、置电压时，就有导电沟道存在增强型增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道结型场效应管 N沟道耗尽型P沟道耗尽型 各类场效应三极管的特性曲线各类场效应三极管的特性曲线 各类场效应三极管的特性曲线各类场效应三极管的特性曲线绝缘栅场效应管N沟道增强型P沟道增强型绝缘栅场效应管 N沟道耗尽型P 沟道耗尽型3.3 场效应三极管的参数 开启电压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。 夹断电压VP 夹断电压是耗尽型FET的参数，当VGS=VP 时,漏极电流为零。 饱和漏极电流IDSS 耗尽型场效应三极管, 当VG

3、S=0时所对应的漏极电流。 直流输入电阻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107，对于绝缘栅型场效应三极管, RGS约是1091015。 低频跨导gm 低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用。gm可以在转 移特性曲线上求取，单位是mS(毫西门子)。 最大漏极功耗PDM 最大漏极功耗可由PDM= VDS ID决定，与双极型三极管的PCM相当。3.4 3.4 双极型和场效应型三极管的比较双极型和场效应型三极管的比较双极型三极管双极型三极管 单极型场效应管单极型场效应管载流子载流子多子扩散少子漂移多子扩散少子漂移 多子漂移多子漂移输入量输入量电流输入

4、电流输入电压输入电压输入控制控制电流控制电流源电流控制电流源电压控制电流源电压控制电流源输入电阻输入电阻几十到几千欧几十到几千欧几兆欧以上几兆欧以上噪声噪声较大较大较小较小静电影响静电影响不受静电影响不受静电影响易受静电影响易受静电影响制造工艺制造工艺不宜大规模集成不宜大规模集成适宜大规模和超大规模适宜大规模和超大规模集成集成DSGRVD1VD2 栅极过压保护电路栅极过压保护电路 3 33 3 场效应三极管放大电路场效应三极管放大电路 共源组态基本放大电路共源组态基本放大电路 共漏组态基本放大电路共漏组态基本放大电路 共栅组态基本放大电路共栅组态基本放大电路1 1 静态分析静态分析(a)自偏压

5、电路(b)分压式偏压电路共源组态基本放大电路共源组态基本放大电路 直流偏置电路直流偏置电路 保证管子工作在线性放大区，输出信号不失真。保证管子工作在线性放大区，输出信号不失真。 1)自自偏压电路偏压电路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。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。计算计算Q点：点：VGS 、 ID 、UDS2PGSDSSD)1 (VVII已知已知VP ，由，由VGS =- IDR可解出可解出Q点的点的VGS 、 IDVDS =VDD- ID (Rd + R )再求：再求：+gTRdRRgC1C2uouiVD

6、 DCdsID 2)分压式自分压式自偏压电路偏压电路SGGSVVVRIVRRRDDDg2g1g2 2PGSDSSD)1(UUII 可解出可解出Q点的点的VGS 、 ID 计算计算Q点：点：已知已知VP ，由，由RIVRRRVDDDg2g1g2GS该电路产生的栅源电压可正该电路产生的栅源电压可正可负，所以适用于所有的场可负，所以适用于所有的场效应管电路。效应管电路。VDS =VDD- ID (Rd + R )再求：再求：+gTRdRC12CuouiVD DCdsg1Rg2Rg3R2 2 动态分析动态分析 FET小信号模型小信号模型 简化模型简化模型(1) FET小信号模型小信号模型其中：其中：g

7、mvgs是压控电流源，它体现了输入电压对输出电流的控制作用。是压控电流源，它体现了输入电压对输出电流的控制作用。 gm称为低频跨导。称为低频跨导。 rds为输出电阻，类似于双极型晶体管的为输出电阻，类似于双极型晶体管的rce。（2 2）动态指标）动态指标电压放大倍数电压放大倍数输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻 微变等效电路微变等效电路分析：分析：1）画出共源放大电路的交流小信号等效电路。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）求电压放大倍数（3）求输入电阻）求输入电阻（4）求输出电阻）求输出电阻则则)/(g2g1g3iRRRRdoRR gsiVV)/(LdgsmoRRVg

8、V)/(LdmioVRRgVVA交流参数归纳如下电压放大倍数LmioRgVVAvddsdooo/RrRIVR输出电阻输入电阻 Ri=Rg3+(Rg1/Rg2 ) 源极电阻源极电阻R两端不并联旁路电容两端不并联旁路电容C时时由图可得由图可得idgmugsuiugsid Rugsgm Rugs（1gm R）ugsuoid R Lgm R L ugs此时电压放大倍数此时电压放大倍数显然，当源极电阻显然，当源极电阻R两端不并联旁路电容两端不并联旁路电容C时，共源放大电路的电压放时，共源放大电路的电压放大倍数变小了。大倍数变小了。RgRguuAmLmiou1例例 电路如图所示，其中电路如图所示，其中Rg

9、1=200k ，Rg2=40k ，Rg3=2M ，Rd=10k ，R=2k ，RL=10k ，VDD=18V，场效应管的，场效应管的IDSS=5mA，UP=4V。求电路的。求电路的Au、 Ri和和Ro 解：先求场效应管的跨导解：先求场效应管的跨导gm，为此就要计算其静态工作点的栅源电压，为此就要计算其静态工作点的栅源电压UGS 。把有关参数代入相关公式，可得。把有关参数代入相关公式，可得UGS=32ID解这个方程组，可得解这个方程组，可得UGS1.4V（另一解（另一解UGS=8.2V，小于，小于UP=4V，舍去）。舍去）。24115GSDUI解：解：UGS1.4V可求得跨导可求得跨导mS6 .

10、 144 . 1145212PGSPDSSmUUUIg9 . 126 . 11)10/10(6 . 11RgRguuAmLmiouRiRg3Rg1Rg220.20.042M RoRd10k 共漏组态基本放大电路 共漏组态放大电路 共漏放大电路的微变等效电路（2）电压放大倍数）电压放大倍数（3）输入电阻）输入电阻)/(LgsmgsiRRVgVV)/(LgsmoRRVgV1)/(1)/(LmLmioVRRgRRgVVA得得)/(g2g1giRRRR 分析：分析：（1 1）画）画交流小信号等效电路。交流小信号等效电路。 由由（4 4）输出电阻）输出电阻gsmRVgIIVVgsmo11gRIVR所以所

11、以由图有由图有m1/gR gsmVgRV交流参数归纳如下电压放大倍数LmLmio1RgRgVVAvmooo1/gRIVR输出电阻输入电阻Ri=Rg+(Rg1/Rg2) 三种接法基本放大电路的比较三种接法基本放大电路的比较三种基本放大电路的比较如下三种基本放大电路的比较如下组态对应关系组态对应关系 CE / CB / CC CS / CG / CDbeLLbeLbeL +=CB )1( )(1 =CC =CErRARrRArRAvvv：LmLmLmLm+=CG 1 =CD =CSRgARgRgARgAvvv：电压放大倍数电压放大倍数三种基本放大电路的比较如下三种基本放大电路的比较如下组态对应关系

12、组态对应关系 CE / CB / CCCE / CB / CC CS / CG / CDCS / CG / CD输入电阻输入电阻Ri CB: CC:CE:CS：Rg3+ ( Rg1 / Rg2)CD：Rg+ (Rg1 / Rg2 )CG：R/(1/gm)Rrbbe/ / )1 (/LbebRrRRe/rbe/(1+)三种基本放大电路的比较如下三种基本放大电路的比较如下组态对应关系组态对应关系 CE / CB / CC CS / CG / CD输出电阻输出电阻Ro cs/bbeec CB1+/ CCCERRRrRR：CS： RdCD：R/(1/gm)CG：Rd本章小结本章小结 1FET分为分为J

13、FET和和MOSFET两种，工作时只有一种两种，工作时只有一种载流子参与导电，因此称为单极性型晶体管。载流子参与导电，因此称为单极性型晶体管。FET是一种是一种压控电流型器件，改变其栅源电压就可以改变其漏极电流。压控电流型器件，改变其栅源电压就可以改变其漏极电流。 2FET放大器的偏置电路与放大器的偏置电路与BJT放大器不同，主要有自放大器不同，主要有自偏压式和分压式两种。偏压式和分压式两种。 3 FET放大电路也有三种组态：共源、共漏和共栅。放大电路也有三种组态：共源、共漏和共栅。电路的动态分析需首先利用电路的动态分析需首先利用FET的交流模型建立电路的交的交流模型建立电路的交流等效电路，然

14、后再进行计算，求出电压放大倍数、输入流等效电路，然后再进行计算，求出电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等量。电阻、输出电阻等量。 判断对错：判断对错：1.1.场效应管的输入电阻较小，但它耗电少，因此场效应管的输入电阻较小，但它耗电少，因此广泛应用于交、直流放大。广泛应用于交、直流放大。( )( )2.2.对于增强型绝缘栅场效应管，即使栅对于增强型绝缘栅场效应管，即使栅源极间源极间不加电压，也存在导电沟道。不加电压，也存在导电沟道。( )( )3.3.对于耗尽型绝缘栅场效应管，不论栅对于耗尽型绝缘栅场效应管，不论栅源电压源电压U UGSGS为正，还是为负或零，都能起到控制电流为正，还是为负或零，都能起到控制电流I ID D的作用。的作用。( )( )1. 2. 2. 3.3.例例1：压控电阻：压控电阻场效应管工作在可变电阻区时，场效应管工作在可变电阻区时，iD随随vDS的增加几乎成的增加几乎成线性增大，而增大的比值受线性增大，而增大的比值受vGS控制。所以可看成是受控制。所以可看成是受vGS控制控制的电阻。的电阻。20K