模电场效应管放大电路

5场效应管放大电路5.1场效应管5.1场效应管5.1.1结型场效应管5.1.2绝缘栅型场效应管5.1.3场效应管的参数和型号重、难点：场效应管的工作原理、特性曲线及参数概述场效应管（FET,FieldEffectTransistor）是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件。由于FET主要利用一种载流子（多子）导电，因此属于单极型晶体管。特点：体积小、重量轻、耗电省、寿命长输入阻抗高（108～109Ω）噪声低，热稳定性好抗辐射能力强，制造工艺简单没有二次击穿现象，安全工作区域宽贴片和小型封装场效应管TO220及类似封装场效应管TO247及类似封装场效应管部分场效应管外形图片部分场效应管外形图片金属封装及军品级场效应管特种封装场效应管（绝缘底板模块封装）结型场效应管JunctiontypeFET绝缘栅型场效应管InsulatedGateFETN沟道JFETP沟道JFET金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）其它（PMOS、NMOS、VMOS型FET等）

N沟道P沟道增强型增强型耗尽型耗尽型场效应管(FET,FieldEffectTransistor)

根据结构特点，可分类如下：§5.1.1结型场效应管1.结型场效应管的结构dsgd漏极g栅极P+P+N耗尽层s源极GateDrainSourceJFET(JunctionTypeFET)体内场效应器件N沟道结型场效应管的结构和符号N型沟道d漏极g栅极N+N+P耗尽层s源极P沟道结型场效应管结构和符号dsg§5.1.1结型场效应管(JFET)1.结型场效应管的结构BJT和FET电极的类比BJTFET基极b（base）栅极g(Gate)集电极c(collector)漏极d(Drain)发射极e(emitter)源极s(Source)BJT放大电路组态共基极(common-base)共集电极(common-collector)共发射极(common-emitter)FET放大电路组态共栅极(common-gate)共漏极(common-drain)共源极(common-source)§5.1.1结型场效应管(JFET)1.结型场效应管的工作原理（1）栅源电压VGS对沟道的控制作用（2）漏源电压VDS对沟道的控制作用N沟道JFET工作时，需要在栅-源极间加一负电压vGS，使PN结反偏，栅极电流iG≈0，场效应管呈现很高的输入电阻(rGS高达108Ω左右)。在漏-源极间加一正电压vDS，使N沟道中的多子电子在电场作用下由源极向漏极作漂移运动，形成漏极电流iD。iD的大小主要受栅-源电压vGS控制，同时也受漏-源电压vDS的影响。①栅源电压VGS对iD的控制作用当VGS＜0时，PN结反偏，耗尽层变厚，沟道变窄，沟道电阻变大，ID减小；VGS更负，沟道更窄，ID更小；直至沟道被耗尽层全部覆盖，沟道被夹断，

ID≈0。这时所对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP②漏源电压VDS对iD的影响在栅源间加电压VGS＞VP，漏源间加电压VDS。则因漏端耗尽层所受的反偏电压为比源端耗尽层所受的反偏电压VGS大，使靠近漏端的耗尽层比源端厚，沟道比源端窄，使沟道呈楔形。随VDS增大，这种不均匀性更明显。当VDS增加到使VGD=VGS-VDS=VP时，在紧靠漏极处出现预夹断点当VDS继续增加时，预夹断点向源极方向伸长为预夹断区。由于预夹断区电阻很大，使主要VDS降落在该区，由此产生的强电场力能把未夹断区漂移到其边界上的载流子都扫至漏极，形成漏极饱和电流

IDSS。预夹断点夹断区i543210－1－2－3－4vDS=12VvGS/VD/mAIDSSVP在VP≤vGS≤0的范围内,漏极电流iD与栅极电压vGS的关系为场效应管的特性曲线分为转移特性曲线和输出特性曲线。转移特性在vDS一定时,漏极电流iD与栅源电压vGS之间的关系称为转移特性。即3.结型场效应管的特性曲线01234524681012141618iD/mAvDS/V夹断区可变电阻区－4V－3V－2V－1V击穿区恒流区(放大区)vGS＝0V输出特性是指栅源电压vGS一定,漏极电流iD与漏源电压vDS之间的关系,即2)输出特性预夹断点JFET特点小结：正常工作时，JFET栅极、沟道之间的PN结是反向偏置的。因此，其iG≈0，输入电阻很高。JFET是电压控制电流器件，iD受vGS的控制。预夹断之前，iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。P沟道JFET工作时，其电源极性与N沟道JFET极性相反。结型场效应管N沟道耗尽型P沟道耗尽型JFET特点小结：金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）N沟道P沟道增强型增强型耗尽型耗尽型vGS=0时，不存在导电沟道vGS=0时，存在导电沟道§5.1.2绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管中应用最广泛的是金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET

（Metal-Oxide-SemiconductortypeFET）表面场效应器件

(a)N沟道结构图;(b)N沟道符号;(c)P沟道符号1.N沟道增强型MOSFET（1）结构(a）(b）(c）gdsgdssgdN＋N＋P型硅衬底衬底引线SiO2衬底衬底1.N沟道增强型MOSFET（2）工作原理MOSFET与JFET的工作原理类似，也是由栅源电压vGS控制沟道的大小，从而改变沟道电阻，影响vDS和iD之间的关系。增强型MOSFET与JFET不同在于，在vGS=0时，导电沟道是不存在的；只有当|vGS|大于某一特定值时，才会产生导电沟道。gdN＋N＋P型硅衬底sUGGUDDiD

N沟道增强型MOS管工作原理vGS=0时，源区、衬底和漏区形成两个背靠背的PN结，漏源之间不存在导电沟道。vGS>0时，栅极铝层和P型衬底以SiO2为介质形成平板电容。电场方向如图。该电场吸引P型衬底少子（电子）在栅极附近的P型层表面形成一个N型薄层，称之为反型层。也称为感生沟道。当vDS>VT（开启电压）时，产生漏极电流iD。N+N+感生沟道

gdN＋N＋P型硅衬底sUGGUDDiD

N沟道增强型MOS管工作原理N+N+当ID从DS流过沟道时，沿途会产生压降，进而导致沿着沟道长度上栅极与沟道间的电压分布不均匀，沟道呈楔形当vDS大到一定值时，形成一个夹断区，此时iD趋于饱和。若VDS进一步增大，直至即VGS-VDS=VT时，漏端沟道消失，出现预夹断点。预夹断点夹断区其中ID0是vGS=2VT时的iD值。

（3）特性曲线

（a）N沟道增强型MOSFET的转移特性曲线在vGS≥VT时,iD与vGS的关系可用下式表示:4321iD/mA02468vGS/VvDS＝10VVT＝3V012345iD/mA6V5V4V3V24681012141618vDS/VvGS=（b）N沟道增强型MOSFET的输出特性曲线饱和区截止区恒流区击穿区gds2.N沟道耗尽型MOSFETN沟道耗尽型MOSFET，由于绝缘层具有正离子，即使vGS=0，仍能形成N型导电沟道当vGS>0时，导电沟道加宽，ID增加++++++++++当vGS<0时，导电沟道变窄，ID减小随着vGS的减小，ID进一步减小，直至ID=0，对应的VGS称为夹断电压VP增强型MOS管特性小结绝缘栅场效应管N沟道增强型P沟道增强型耗尽型MOSFET的特性曲线绝缘栅场效应管

N沟道耗尽型P沟道耗尽型1.场效应管的主要参数（P21）

1）夹断电压VP或开启电压VT2）饱和漏电流IDSS3）漏源击穿电压V（BR）DS4)栅源击穿电压V（BR）GS5）直流输入电阻RGS6）最大漏极功耗PDM7）跨导gm5.1.3场效应管的参数和型号5.1.3场效应管的参数和型号2.场效应三极管的型号命名方法第一种命名方法与双极型三极管相同，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。第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。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。§5.2场效应管放大电路

与三极管一样,根据输入、输出回路公共端选择不同,将场效应管放大电路分成共源(common-source)、共漏(common-drain)和共栅(common-gate)三种组态。本节主要介绍常用的共源和共漏两种放大电路。漏极电阻：将漏极电流转换成漏极电压，并影响放大倍数Au旁路电容：消除Rs对交流信号的衰减源极电阻：利用IDQ在其上的压降为栅源极提供偏压栅极电阻：将Rs压降加至栅极d＋UDDR＋C2＋RsCsRgC1＋＋－ui＋－uo共源放大电路1.电路组成及直流偏置

由于栅极电阻上无直流电流,因而自偏置式共源放大电路gsd

Rg1，Rg2：栅极分压电阻使栅极获得合适的工作电压栅极电阻：用来提高输入电阻分压偏置式共源放大电路Rd＋C2＋VDD－vo＋Rs＋CsRg1Rg3Rg2＋C1＋－vi1.场效应管放大电路的静态工作点gdsID

2.动态分析

放大电路的动态参数可由微变等效电路求出。1）场效应管的微变等效电路

2）共源放大电路的微变等效电路3）求动态参数：增益、输入电阻、输出电阻场效应管的微变等效电路GSDrd=

VDS/

ID很大，可忽略。SGDrd场效应管的微变等效电路压控电流源SGD共源放大电路的微变等效电路Rg1Rg2Rg3Ri＋－Vi＋Vgs－ggmVgsRdRL＋－VoRodsRd＋C2＋VDD－vo＋Rs＋CsRg1Rg3Rg2＋C1＋－vi

（1）电压放大倍数:

（2）输入电阻:

（3）输出电阻:静态分析无输入信号时（ui=0），估算：UDS和ID。IDUDSR1=150kR2=50kRG=1MRD=10kRS=10kRL=10kgm=3mA/VUDD=20V例+UDD=+20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150K50K1M10K10KGDS10K设：UG>>UGS则：UGUS而：IG=0+UDD+20V所以：=直流通道IDUDSIGR1RDRGR2150K50K1M10KRS10KGDS动态分析微变等效电路SGR2R1RGDRLRDUgsgmUgsUiUoId+UDD=+20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150K50K1M10K10KGDS10KSGD动态分析：UgsUiUgsgmIdriroUoSGR2R1RGRLDRLRD电压放大倍数负号表示输出输入反相电压放大倍数估算=-3（10//10）=-15R’L=RD//RLR1=150kR2=50kRG=1MRD=10kRS=10kRL=10kgm=3mA/VUDD=20Vro=RD

=10K输入电阻、输出电阻=1+0.15//0.05=1.0375Mri=RG+R1//R2R1=150kR2=50kRG=1MRD=10kRS=10kRL=10kgm=3mA/VUDD=20VSGR2R1RGRLDRLRDriro共漏放大电路

共漏放大电路又称源极输出器。＋VDD＋C2RRg2C1＋＋－vi＋－voRg1＋VDD＋C2RRg2C1＋＋－vi＋－voRg1静态分析gdsIDRg1Rg2＋－Vi＋Vgs－ggmVgsR＋－Vods动态分析：(源极输出器)uo+UDD+20VRSuiC1R1RGR2RL150K50K1M10KDSC2G10KR1=150kR2=50kRG=1MRS