戴蓓倩《电子线路》10

第四章

晶体管及其小信号放大

－场效应管放大电路

电子电路基础1§4场效应晶体管及场效应管放大电路§4.1场效应晶体管(FET)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)2一、结构§4.1.1结型场效应管

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31UGS<0,UDS=0VPN结反偏，|UGS|越大则耗尽区越宽，导电沟道越窄。二、工作原理（以N沟道为例）4ID|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。5NGSDUGSPPUGS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UDS0V，漏极电流ID=0A。ID62UGS=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。7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。ID83UGS<0,UDS>0VIDUGD=UGS-UDS=UP时发生预夹断9三、特性曲线和电流方程2.转移特性VP1.输出特性10结型场效应管管的缺点：1.栅源极极间的电阻虽虽然可达107以上，但在某某些场合仍嫌嫌不够高。3.栅源极极间的PN结结加正向电压压时，将出现现较大的栅极极电流。绝缘栅场效应应管可以很好好地解决这些些问题。2.在高温温下，PN结结的反向电流流增大，栅源源极间的电阻阻会显著下降降。11绝缘栅型场效效应三极MOSFET(MetalOxideSemiconductorFET)。分为为增强型N沟道、P沟沟道耗尽型N沟道、P沟沟道§4.1.2绝缘栅栅场效应管（（MOS)12一N沟沟道增强型MOSFET1结构132工作原理理(1)VGS=0V时，漏源之间相相当两个背靠靠背的二极极管，在D、、S之间加上上电压不会在在D、S间形形成电流。(2)VGS>VGS（th)>0时，形成导电沟沟道反型层14(3)VGS>VGS（th)>0时，VDS>0VDS=VDG＋VGS=－VGD＋VGSVGD=VGS－VDS＝VGS（th)时发生预夹夹断153N沟道增强型MOS管的特性曲线线转移特性曲线线ID=f(VGS)VDS=const16输出特性曲线线ID=f(VDS)VGS=const17二N沟沟道耗尽型MOSFET(a)结构构示意图(b)转转移特性曲曲线18输出特性曲线线IDUDS0UGS=0UGS<0UGS>019P沟道MOSFETP沟道MOSFET的工工作原理与N沟道MOSFET完全全相同，只不不过导电的载载流子不同，，供电电压极极性不同而已已。这如同双双极型三极管管有NPN型型和PNP型型一样。202.2.5双双极型和场场效应型三极极管的比较双极型三极管管场效应三极管管结构NPN型型结结型耗耗尽型N沟道P沟沟道PNP型绝绝缘栅增增强型N沟道P沟道绝缘栅耗尽型型N沟沟道P沟道道C与E一般不不可倒置使用用D与S有的型型号可倒置使使用载流子多多子子扩散少子漂漂移多多子子漂移输入量电电流输入电电压输入控制电电流控制制电流源CCCS(β)电电压压控制电流源源VCCS(gm)21§4.1.4场效应管的参参数和型号一场效应管管的参数①开启电压压VGS(th)(或VT)开启电压是MOS增强型型管的参数，，栅源电压小小于开启电压压的绝对值,场效应管管不能导通。。②夹断电压压VGS(off)(或VP)夹断电压是耗耗尽型FET的参数，当当VGS=VGS(off)时,漏极电流流为零。③饱和漏极极电流IDSS耗尽型场效应应三极管,当当VGS=0时所对应应的漏极电流流22④输入电阻阻RGS场效应三极管管的栅源输入入电阻的典型型值，对于结型场场效应三极管管，反偏时RGS约大于107Ω，对于绝缘缘栅型场效应应三极管,RGS约是109～1015Ω。⑤低频跨导导gm低频跨导反映映了栅压对漏漏极电流的控控制作用，这一点与电子子管的控制作作用相似。gm可以在转移特性曲线线上求取，也也可由电流方方程求得23⑥最大漏极极功耗PDM最大漏极功耗耗可由PDM=VDSID决定，与双极极型三极管的PCM相当。24二场效应三极管管的型号场效应三极管管的型号,现现行有两种种命名方法。。其一是与双极极型三极管相相同，第三位位字母J代表结型场效效应管，O代表绝缘栅场场效应管。第第二位字母代代表材料，D是P型硅，，反型层是N沟道；C是是N型硅P沟沟道。例如,3DJ6D是结型N沟沟道场效应三三极管，3DO6C是绝绝缘栅型N沟沟道场效应三三极管。第二种命名方方法是CS×××#，CS代表场效应应管，××以以数字代表型型号的序号，，#用字母代代表同一型号号中的不同规规格。例如CS14A、、CS45G等。25几种常用的场场效应三极管管的主要参数数26半导体三极管管图片27半导体三极管管图片28§4.2场场效应放放大电路(1)静态态：适当的静静态工作点，，使场效应管管工作在恒流流区，场效应应管的偏置电电路相对简单单。(2)动态态：能为交流流信号提供通通路。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：294.2.2场场效应管的的直流偏置电电路及静态分分析一自偏压压电路vGSQ点：VGS、ID、VDSvGS=VDS=VDD-ID(Rd+R)-iDR30二分压式式偏置电路314.2.2场场效应管的的低频小信号号等效模型GSD跨导漏极输出电阻阻uGSiDuDS32很大，可忽略。场效应管的微微变等效电路路为：GSDuGSiDuDSSGDugsgmugsudsSGDrDSugsgmugsuds334.2.3共共源极放大大电路uoUDD=20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10ksgR2R1RGRL'dRLRD微变等效电路34sgR2R1RGRL'dRLRDro=RD=10k354.2.4共共漏极放放大电路－－源极极输出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G36uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2Griro

rogR2R1RGsdRLRS微变等效电路37riro

rogR2R1RGsdRLRS微变等效电路输入电阻ri38输出电阻rogd微变等效电路ro

roR2R1R