模拟电路 第五章

第五章场效应三极管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数下页总目录场效应三极管中参与导电的只有一种极性的载流子（多数载流子），故称为单极型三极管。分类：结型场效应管绝缘栅场效应管增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道N沟道P沟道P沟道下页上页首页5.1绝缘栅场效应管1.N沟道增强型MOS场效应管⑴

结构P型衬底N+N+BsgdSiO2铝P衬底杂质浓度较低，引出电极用B表示。N+两个区杂质浓度很高，分别引出源极和漏极。栅极与其他电极是绝缘的，通常衬底与源极在管子内部连接。sgdB下页上页首页P型衬底N+sgdBN+开启电压，用uGS(th)表示⑵

工作原理当uGS增大到一定值时，形成一个N型导电沟道。N型沟道uGS>UGS(th)时形成导电沟道VGG导电沟道的形成假设uDS=0，同时uGS

>0

靠近二氧化硅的一侧产生耗尽层，若增大uGS

，则耗尽层变宽。又称之为反型层导电沟道随uGS增大而增宽。下页上页首页uDS对导电沟道的影响uGS为某一个大于UGS(th)的固定值，在漏极和源极之间加正电压，且uDS<

uGS

-UGS(th)即uGD=uGS-uDS

>UGS(th)则有电流iD

产生，iD使导电沟道发生变化。当uDS

增大到uDS=uGS

-UGS(th)即uGD=uGS-uDS

=UGS(th)

时，沟道被预夹断，

iD

饱和。P型衬底N+N+sgdBVGGN型沟道VDDuDS对导电沟道的影响下页上页首页⑶

特性曲线IDOUGS(th)2UGS(th)预夹断轨迹可变电阻区恒流区iD/mAuDS/VOuGS/ViD/mAO当uGS

≥

UGS(th)时下页上页截止区转移特性曲线可近似用以下公式表示：首页2.N沟道耗尽型MOS场效应管预先在二氧化硅中掺入大量的正离子，使uGS=0时，产生N型导电沟道。当uGS<0时，沟道变窄，达到某一负值时被夹断，iD≈0，称为夹断电压。uGS>0时，沟道变宽，iD增大。gdsB下页上页首页P型衬底N+N+sgdBN型沟道++++++耗尽型：uGS

=0

时有导电沟道。增强型：uGS

=0

时无导电沟道。特性曲线IDSSUGS(off)预夹断轨迹可变电阻区恒流区IDSSiD/mAuDS/VOuGS=0-2-1+1+2uGS/VOiD/mA下页上页截止区首页场效应管的主要参数1.直流参数⑴

饱和漏极电流IDSS是耗尽型场效应管的一个重要参数。它的定义是当栅源之间的电压uGS等于零，而漏源之间的电压uDS大于夹断电压时对应的漏极电流。⑵

夹断电压UGS(off)是耗尽型场效应管的一个重要参数。其定义是当uDS一定时，使iD减小到某一个微小电流时所需的uGS值。下页上页首页⑶

开启电压UGS(th)UGS(th)是增强型场效应管的一个重要参数。其定义是当uDS一定时，使漏极电流达到某一数值时所需加的uGS值。⑷

直流输入电阻RGS栅源之间所加电压与产生的栅极电流之比。结型场效应管的RGS一般在107Ω以上，绝缘栅场效应管的RGS更高，一般大于109Ω。下页上页首页2.交流参数⑴低频跨导gm用以描述栅源之间的电压uGS对漏极电流iD的控制作用。⑵极间电容场效应管三个电极之间的等效电容，包括CGS

、CGD和CDS

。极间电容愈小，管子的高频性能愈好。一般为几个皮法。下页上页首页3.极限参数⑴漏极最大允许耗散功率PDM漏极耗散功率等于漏极电流与漏源之间电压的乘积，即pD=iDuDS。⑵

漏源击穿电压U（BR)DS在场效应管的漏极特性曲线上，当漏极电流iD急剧上升产生雪崩击穿时的uDS

。⑶栅源击穿电压U（BR）GS下页上页首页5.2场效应管放大电路共源极放大电路分压-自偏压式共源极放大电路共漏极放大电路下页场效应管的特点总目录场效应管是电压控制元件,

三极管是电流控制元件。2.场效应管输入电阻非常高,三极管输入电阻较小。3.场效应管噪声小,受外界温度及辐射的影响小,

存在零温度系数工作点。4.场效应管的制造工艺简单,便于集成。5.存放时,栅极与源极应短接在一起。焊接时,烙铁外壳应接地。下页一、场效应管的特点上页首页（一）电路组成uGS

>

UGS(th)uDS

>

uGS

-

UGS(th)下页上页二、共源极放大电路首页+-uGSVDD共源极放大电路的原理电路RgRDVGGsdg+-uiuO+-+-uDS+-uGSVDD共源极放大电路的原理电路RgRDVGGsdg+-uiuO+-+-uDS（二）静态分析1.近似估算法UGSQ

=

VGGUDSQ=

VDD-IDQRD

iD下页上页首页iD=

IDO(uGSUGS(th)-1)2IDQ=IDO(UGSQUGS(th)-1)2uDSOiDuGS=4.5V4V3.5V3V2V

图解法分析共源放大电路的Q点2.图解法QVDDRdUDSQVDDIDQ直流负载线uDS=

VDD-iDRd

UGSQ=

VGGUGSQ与直流负载线的交点即是静态工作点Q。下页上页首页（三）动态分析1场效应管的微变等效电路iD

=

f

（uGS，

uDS

）求

iD的全微分Id

=

gmUgs

+

Udsrds1gm

的值约为0.1~20mS。rds

通常为几百千欧。下页上页首页gmUgsUgsUdsrds+-+-

场效应管的微变等效电路

sdgid若RD比rDS小得多rDS可视为开路简化的等效电路gm

=UGS(th)2IDOIDQ其中：gm和rDS可在场效应管特性曲线上作图求得。gm也可由iD=

iDO(uGSUGS(th)-1)2求导得下页上页首页gmUgsUgsUds+-+-sdgiDUo

=-gmUgs

RDAu

=UoUi=

-

gm

RDRo=RDUI

=

UGS下页上页gmUgsUgsUoRd+-+-

共源电路的微变等效电路

sdgidUi+-RG首页2.动态参数计算VDDRGRDVGG+-uiuo+-电路组成下页上页RgRd+VDDsdg+-uiuo+-分压-自偏压式共源放大电路R1R2RsC1CSC2RL三、分压-自偏压式共源极放大电路静态时，栅极电压由VDD经R1、R2分压后提供，ID流经RS产生一个自偏压，RS也有利于稳定静态工作点，旁路电容CS必须足够大，以免影响电压放大倍数。RG用于提高放大电路的输入电阻。首页（一）静态分析1.近似估算法VG=R1

+

R2R1VDDUGSQ

=

VG

-

IDQRSIDQ=

IDO(UGSQUGS(th)-1)2UDSQ

=

VDD-

IDQ

(

Rd+

Rs)VGIDID+-UDS+-UGS下页上页RgRd+VDDsdg+-uiuo+-分压-自偏压式共源放大电路R1R2RsC1CSC2RL首页uDSOiDuGS=4.5V4V3.5V3V2VuGSOiD2.图解法IDQVGQUGSQuGS

=

VGQ

-

iDRsVGQRSVDDRS+RDUDSQVDDIDQuDS

=

VDD-

iD

(

Rd+

Rs)下页上页RGRD+VDDR1R2RSVGIDID+-UDS+-UGS首页（二)动态分析RDUo+-idUi+-RGR2R1RLUo

=-gmUgs

RD′Ui

=

UgsRD′=

Rd

//

RL下页上页RGRD+VDDsdg+-uiuo+-分压-自偏压式共源放大电路R1R2RSC1CSC2RL首页gmUgsUgs+-SDG仿真又称源极输出器或源极跟随器RG+VDDsdg+-uiuo+-共漏极放大电路R1R2RSC1C2RL1.静态分析可用近似估算法或图解法，求解过程可参阅分压–自偏压式共源放大电路。下页上页四、共漏极放大电路首页2.动态分析下页上页RG+VDDsdg+-uiuo+-R1R2RSC1C2RLRSUo+-idUi+-RGR2R1RL首页+-sdg下页上页首页RS+-+-源极输出器的微变等效电路sdgid+-RGRLR2R1仿真上页首页RogmUgsUgsUoRS+-+-

求源极输出器RO

的等效电路sdgidRGR2R1io5.3结型场效应管1.结构N型沟道耗尽层gdsgdsP+P+N沟道结型场效应管的结构和符号栅极漏极源极下页上页首页2.工作原理uGS=0uGS<0uGS=UGS(off)⑴

当uDS=0

时，uGS对耗尽层和导电沟道的影响。ID=0ID=0下页上页首页N型沟道gdsP+P+N型沟道gdsP+P+gdsP+P+沟道较宽，iD

较大。iS=iDiDiSiDiSuGS=0，uGD>UGS(off)uGS<0，uGD>UGS(off)⑵

当uDS＞0

时，uGS对耗尽层和iD的影响。NP+P+VGGVDDgdsNP+P+VDDgds沟道变窄，

iD

较小。下页上页首页NP+P+iDiSVGGVDDP+P+iDiSVGGVDDuGS<0，uGD