Chapter 4 场效应管放大电路 (2)课件

场效应管放大电路Chapter41Chapter4主要内容场效应晶体管场效应管放大电路2Chapter4§4.1场效应晶体管结型场效应三极管（JFET）绝缘栅场效应三极管（MOSFET）场效应三极管的参数讨论的问题：场效应管是通过什么方式来控制漏极电流的？3Chapter44.1.1结型场效应三极管（JFET）1、结型场效应三极管的结构在N型半导体硅片两侧扩散高浓度的P型区，形成两个PN结夹着一个N型沟道的结构。两个P区连在一起构成栅极，N型硅的一端是漏极，另一端是源极。5Chapter4NvGSvDSDSGiDP+P+2、JFET的工作原理vDS=0，|vGS|增大，导电沟道变窄，沟道电阻增大。沟道完全夹断时vGS=VP（VGS（off）），称夹断电压。现以N沟道为例说明其工作原理。1、vGS对iD的控制——控制导电沟道宽窄若vDS为一固定值，则iD将受vGS的控制。6Chapter4vGS=0，vDS增加沿沟道将产生一电位梯度，导电沟道呈楔型，iD与vDS近似成正比。NvGSvDSDSGiDP+P+预夹断后，随vDS增加，夹断长度略有增加，iD几乎不随vDS增加而上升。结论：JFET是电压控制电流器件。2、vDS对iD的影响当两楔型相遇时，称预夹断。此时vGD=vGS−vDS=VPiD=IDSS—饱和漏极电流7Chapter4（2）转移特性曲线以vDS为参变量，iD与vGS的关系，描述了输入电压对输出电流的控制作用。转移特性曲线+−vGSvDSiD+−SGD9Chapter4实验表明：在VP≤v

GS≤0范围(恒流区)内，iD与vGS间呈平方律关系，即为什么不讨论JFET的输入特性？栅-源间的PN结是反偏的，故输入端的电流近似为零。10Chapter44.1.2绝缘栅场效应三极管N沟道增强型MOSFETN沟道耗尽型MOSFETP沟道耗尽型MOSFET各类FET的伏安特性曲线11Chapter4结构1）结构

N沟道增强型MOSFET在P型半导体上生成一层SiO2薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区。栅极G源极S漏极D衬底B1、N沟道增强型MOSFET13Chapter4栅源电压vGS的控制作用——形成导电沟道正电压vGS产生的反型层把漏-源连接起来，形成宽度均匀的导电N沟道，自由电子是沟道内的主要载流子。反型层刚形成时，对应的栅源电压vGS称为开启电压，用VT表示。2）工作原理14Chapter4漏源电压vDS对漏极电流iD的控制作用

vGS≥VT，加vDS，形成iD，且iD与vDS基本成正比。因vDS形成电位差，使导电沟道为梯形。

vDS增大至vGD=vGS−vDS<VT，沟道被预夹断（漏端），管子进入饱和区。vDS对iD的控制15Chapter43）特性曲线——输出特性——转移特性17Chapter4转移特性曲线的斜率gm（mA/V）的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用，称为跨导。(单位mS)管子在饱和区工作（vGS≥VT）时的转移特性曲线可用以下近似公式表示：式中IDO为vGS=2VT时的iD值。定义：18Chapter4

2、N沟道耗尽型MOSFET在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子。所以当VGS=0时，这些正离子已经在感应出反型层，在漏源之间形成了沟道。于是只要有漏源电压，就有漏极电流存在。N沟道耗尽MOSFET的结构和符号如图所示19Chapter4

3、P沟道耗尽型MOSFETP沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。21Chapter44、各类FET的伏安特性曲线场效应三极管的特性曲线类型比较多，根据导电沟道的不同，以及是增强型还是耗尽型可有四种转移特性曲线和输出特性曲线，其电压和电流方向也有所不同。如果按统一规定正方向，特性曲线就要画在不同的象限。为了便于绘制，将P沟道管子的正方向反过来设定。有关曲线绘于图之中22Chapter4各类场效应三极管的特性曲线绝缘栅场效应管N沟道增强型P沟道增强型23Chapter4结型场效应管N沟道耗尽型P沟道耗尽型25Chapter44.1.3场效应三极管的参数2）夹断电压VGS(off)(或VP)耗尽型FET的参数。在VDS为某一固定值条件下,iD等于一微小值（便于测量）时所对应的VGS。3）饱和漏极电流IDSS

耗尽型FET重要参数。在VGS=0的条件下，管子预夹断时的漏极电流。1）开启电压VGS(th)(或VT)增强型FET的重要参数。在VDS为某一固定值下能产生iD所需要的最小|VGS|值。26Chapter46）最大漏极功耗PDM

最大漏极功耗可由PDM=vDSiD决定，与双极型三极管的PCM相当。4）直流输入电阻RGS、rds栅源电压与漏极电流之比，通常JFET的RGS>107Ω，MOSFET的RGS>109Ω。5）低频跨导gm

表征工作点Q上栅源电压vgs对漏极电流id的控制作用大小的参数，单位是mS。27Chapter4双极型三极管场效应三极管结构NPN型PNP型C与E一般不可倒置使用结型耗尽型N沟道P沟道绝缘栅增强型N沟道P沟道绝缘栅耗尽型N沟道P沟道D与S有的型号可倒置使用载流子多子扩散少子漂移多子漂移输入量电流输入电压输入电流控制电流源CCCS(β)电压控制电流源VCCS(gm)4.1.4双极型和场效应型三极管的比较29Chapter4双极型三极管场效应三极管噪声较大较小温度特性受温度影响较大较小，可有零温度系数点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30Chapter4§4.2场效应管放大电路FET放大电路的偏置电路与静态分析FET放大电路的动态分析三种类型放大电路的比较31Chapter44.2.1偏置电路与静态分析1、自偏压共源放大电路直流通路如图所示自偏压偏置电路：由于栅极电流为零，故栅源电压UGS是由电阻R上压降通过Rg提供的。因为UGS<0，所以只能用于耗尽型FET。电阻R可起稳定工作点的作用。32Chapter4UGSQ=－IDQR由电路得下列方程：UDSQ=VDD－IDQ（R+Rd）FET的转移特性：联立上3式，可解得静态工作点参数UGSQ、IDQ、UDSQ33Chapter42、分压式自偏压共源放大电路VCC经Rg1、Rg2分压后，通过Rg供给栅极电位UGQ。R提供自偏压USQ，且可以稳定工作点34Chapter4UDSQ=VDD－IDQ（R+Rd）有：UGSQ、IDQ、UDSQ35Chapter44.2.2FET放大电路的动态分析FET的小信号模型共源放大电路共漏放大电路（源极输出器）36Chapter41、FET的小信号模型FET是电压控制器件，在低频小信号工作时，可认为

ri=∞

id=gmugs简化37Chapter42、共源放大电路交流小信号等效电路如图1）电压增益Au2）输入电阻ri3）输出电阻roro=Rd38Chapter43、共漏放大电路（源极输出器）1）电压增益Au2）输入电阻ri39Chapter4ror'oro3）输出电阻ro40Chapter44.2.3三种类型放大电路的比较根据放大器件BJT放大电路FET放大电路BJT放大电路FET放大电路共射放大共源放大共基放大共栅放大共