模拟电路及技术基础-3-场效应晶体管及其基本电路课件

模拟电子技术基础第三章场效应管及其基本电路双极型晶体管

输入电阻小输入电流少子扩散导电易受温度射线的影响集成度低结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管MOS场效应管

（Fieldeffecttransistor）

输入电阻极大输入电流几乎为零多子漂移导电温度稳定性好便于集成N基底：N型半导体PP两边是P区G(栅极)S源极D漏极一、结构导电沟道§3.1结型场效应管(JFET-----JunctiontypeFieldEffectTransister)PNNG(栅极)S源极D漏极P沟道结型场效应管DGS二、工作原理（以P沟道为例）UDS=0V时PGSDUDSUGSNNNNIDPN结反偏，UGS越大则耗尽区越宽，导电沟道越窄。PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V时NNUGS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。PGSDUDSUGSUGS<UGSoff且UDS>0、UGD<UGSoff时耗尽区的形状NN越靠近漏端，PN结反压越大IDPGSDUDSUGSUGS<UGSoff且UDS较大时UGD<UGSoff时耗尽区的形状NN沟道中仍是电阻特性，但是是非线性电阻。IDGSDUDSUGSUGS<UGSoff

UGD=UGSoff时NN漏端的沟道被夹断，称为预夹断。UDS增大则被夹断区向下延伸。ID三、特性曲线uGS0iDIDSSUGSoff饱和漏极电流夹断电压转移特性曲线一定UDS下的iD-uGS曲线予夹断曲线iDuDS2VUGS=0V1V3V4V5V可变电阻区夹断区恒流区输出特性曲线0N沟道结型场效应管的特性曲线转移特性曲线uGS0iDIDSSUGSoff结型场效应管的缺点：1.栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在某些场合仍嫌不够高。3.栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。2.在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。一、结构和电路符号PNNGSDP型基底两个N区SiO2绝缘层导电沟道金属铝GSDN沟道增强型§3.2绝缘栅场效应管IGFET(InsulatedGateFieldEffectTransister)N沟道耗尽型PNNGSD预埋正离子，形成导电沟道GSDP沟道耗尽型NPPGSDGSD预埋负离子，形成导电沟道金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET（MetalOxideSemicon-ductorFET）

二、MOS管的工作原理以N沟道增强型为例PNNGSDUDSUGSUGS=0时D-S间相当于两个反接的PN结ID=0对应截止区PNNGSDUDSUGSUGS>0时UGS足够大时（UGS>UGSth）感应出足够多电子，这里出现以电子导电为主的N型导电沟道。感应出电子UGSth称为开启电压PNNGSDUDSUGS当UDS不太大时，导电沟道在两个N区间是均匀的。当UDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。PNNGSDUDSUGS夹断后，即使UDS继续增加，ID仍呈恒流特性。IDUDS增加，UGD<UGSth时，靠近D端的沟道被夹断，称为预夹断。三、增强型N沟道MOS管的特性曲线转移特性曲线0iDuGSUGSthuDSUGSiD0UA（厄尔利电压）沟道调制系数四、耗尽型N沟道MOS管的特性曲线耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。转移特性曲线0iDuGSUGSoff输出特性曲线iDuDS0UGS=0UGS<0UGS>0

双极型晶体管场效应晶体管结构NPN型结型N沟道P沟道PNP型绝缘栅增强型

N沟道P沟道绝缘栅耗尽型

N沟道P沟道C、E不可倒置D、S一般可倒置载流子多子扩散、少子漂移多子漂移输入量电流电压控制电流控制型(β)电压控制型(gm)噪声较大较小温度特性受温度影响较大较小输入电阻几十到几千欧姆几兆欧姆以上静电影响不受静电影响易受静电影响集成工艺不易大规模集成适宜大规模和超大规模集成双极型和场效应晶体管的比较§3.3场效应管参数和小信号模型3.3.1主要参数一、直流参数IDSS饱和漏极电流UGSoff夹断电压UGSth开启电压RGS输入电阻108～1012Ω，JFET1010～

1015Ω,MOS

增强型MOSFETJFET耗尽型MOSFET二、极限参数栅源击穿电压U(BR)GSO

2.漏源击穿电压U(BR)DSO

3.最大功耗PDMiDuDSiDuDS=PDMU(BR)DSO安全工作区U(BR)GSODGS三、交流参数跨导gm

gm

的大小反映了栅源电压uGS对漏极电流iD的控制作用

结型及耗尽型绝缘栅场效应管2.输出电阻rds

rds很大(几十千欧到几兆欧)

3.3.2场效应管的中频小信号模型GSD跨导漏极输出电阻uGSiDuDS很大，可忽略。

场效应管的微变等效电路为：GSDuGSiDuDSSGDugsgmugsudsSGDrDSugsgmugsudsid§3.4场效应管放大电路(1)静态：提供适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区。场效应管的偏置电路相对简单。(2)动态：能为交流信号提供通路。工作状态静态分析：估算法、图解法。动态分析：微变等效电路法。分析方法3.4.1场效应管的共源极放大电路一、静态分析求：UDS和ID。UDD=20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10kuoUDD=20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k二、动态分析sgR2R1RGRL'dRLRD微变等效电路sgR2R1RGRL'dRLRDRo=RD=10k3.4.2源极输出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G一、静态分析UDS=UDD-US

=UDD-iDRS

uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2Griro

rogR2R1RGsdRLRS微变等效电路二、动态分析RiRo

RogR2R1RGsdRLR