场效应管放大电路模板

1、场效应管放大电路模板第1页，共23页，2022年，5月20日，11点36分，星期二2. 结型场效应管（1）结型场效应管的结构（如图所示） 源极S漏极D栅极G符号P型区N型导电沟道图第2页，共23页，2022年，5月20日，11点36分，星期二（2）结型场效应管的工作原理（如图所示）HomeNextBack vDS=0时， vGS 对沟道的控制作用 当vGS0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。 vGS=(VGS(off)0) 的某一固定

2、值时，vDS对沟道的控制作用 当vDS=0时，iD=0；vDS iD ，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，共23页，2022年，5月20日，11点36分，星期二 当vGD VGS(off)时，vGS对iD的控制作用 当vGD = vGS - 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

3、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，共23页，2022年，5月20日，11点36分，星期二（3）结型场效应管的特性曲线转移特性 输出特性 VP图1.4.3夹断区第

4、5页，共23页，2022年，5月20日，11点36分，星期二3. 绝缘栅型场效应管IGFET（Insulated Gate Field Effect Transistor）MOS（Metal Oxide Semiconductor）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（其结构和符号如图所示）图1.4.4第6页，共23页，2022年，5月20日，11点36分，星期二（1）N沟道增强型MOS管的工作原理 vDS=0时， vGS 对沟道的控制作用 当vDS=0且vGS0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

5、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，共23页，2022年，5月20日，11点36分，星期二 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。 vGSVGS(th) 的某一固定值时

6、，vDS对沟道的控制作用 当vDS=0时，iD=0；vDS iD ，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。如图所示。第8页，共23页，2022年，5月20日，11点36分，星期二图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，共23页，2022年，5月20日，11点36分，星期二转移特性 输出特性 VGS(th)图 1.4.8夹断

7、区2VGS(th)第10页，共23页，2022年，5月20日，11点36分，星期二（二）N沟道耗尽型MOS管（其结构和符号如图所示）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，共23页，2022年，5月20日，11点36分，星期二 若vDS为定值，而vGS 0， vGS iD ；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（或vDS0），则该管为N沟道；

8、 vGS0，故为JFET（耗尽型）。 (b) iD0（或vDS0），则该管为P沟道； vGS0（或vDS0），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：VDS0, VGSVGS(th) 0；P沟道反之。 （2） N沟道耗尽型MOS管： VDS0, VGS可正、可负，也可为0；P沟道反之。 （3） N沟道JFET： VDS0, V GS0 ；P沟道反之。 第19页，共23页，2022年，5月20日，11点36分，星期二图1.4.11 例图 例 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

9、 。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，共23页，2022年，5月20日，11点36分，星期二 (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(off)|=4V ，所以 vOmax=VDD -4V=12 4=8V ，故 RL= vO / IDSS =(08V)/4mA=(02)k 。 例 电路如图1.4.12 所示，场效应管的夹断电压VGS(off)=-4V，饱和漏极电流IDSS=4mA。为使场效应管工作于恒流区，求RL的取值范围。第22页，共23页，2