场效应管及基本放大电路改

场效应管及基本放大电路改第1页/共39页第五章教学要求重点与难点1、了解场效应管（FET）的结构及工作原理，掌握其外特性，在实际应用中正确选择FET的参数；2、掌握FET基本放大电路的静态工作点的设置，掌握共源和共漏基本放大电路的等效电路分析法；3、掌握FET与BJT放大电路各自的特点及其应用场合；4、了解FET放大电路的频率响应。重点：FET的外特性，静态工作点的设置，共源和共漏放大电路的基本分析方法，FET基本放大电路的特点及其应用。难点：绝缘栅型场效应管的工作原理，频率响应。第2页/共39页本次课教学要求1、了解结型场效应管（JFET）的结构及工作原理；2、了解绝缘栅型场效应管（IGFET）的结构及工作原理；3、掌握FET的外特性及参数，在实际应用中正确选择FET；4、了解FET和BJT各自的特点。第3页/共39页第5章场效应管及其放大电路5.1场效应管（FET）

5.2场效应管基本放大电路第4页/共39页5.1场效应管（FET）5.1.1结型场效应管5.1.2绝缘栅型场效应管5.1.3场效应管的主要参数5.1.4FET与BJT的比较第5页/共39页BJT靠iB控制iC,发射结正偏，当有Vi时必伴随ib，在某些场合（如测某两点的开路电压）导致较大误差，其原因是BJT的输入电阻低。场效应管的特点：（1）用电（场）压效应来控制电流的单极性器件。（2）输入阻抗高（109～1015

Ω）。（3）噪声低（栅流约为0）。第6页/共39页场效应管的分类第7页/共39页5.1.1结型场效应管（JFET）结构及符号

场效应管有三个极：源极（s）、栅极（g）、漏极（d）。导电沟道源极栅极漏极符号结构示意图N沟道P沟道第8页/共39页JFET结构演示第9页/共39页1、结型场效应管的工作原理（1）栅-源电压对导电沟道的影响沟道最宽沟道变窄沟道消失称为夹断uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必须加负电压？UGS（off）第10页/共39页1、结型场效应管的工作原理（续）（2）漏-源电压对导电沟道的影响uGS＞UGS（off）且不变，VDD增大，iD增大。预夹断uGD＝UGS（off）VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻，iD几乎不变，进入恒流区，iD几乎仅仅决定于uGS。场效应管工作在恒流区的条件是什么？uGD>UGS（off）uGD<UGS（off）第11页/共39页JFET工作原理演示第12页/共39页2、结型场效应管的特性曲线（1）转移特性夹断电压漏极饱和电流场效应管工作在恒流区，因而uGS＞UGS（off）且uDS＜UGS（off）。

为什么必须用转移特性描述uGS对iD的控制作用？第13页/共39页2、结型场效应管的特性曲线（续）（2）输出特性g-s电压控制d-s的等效电阻预夹断轨迹，uGD＝UGS（off）可变电阻区恒流区iD几乎仅决定于uGS击穿区夹断区（截止区）夹断电压IDSSΔiD

不同型号的管子UGS（off）、IDSS将不同。低频跨导：第14页/共39页JFET小结综上分析可知

沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，

所以场效应管也称为单极型三极管。JFET是电压控制电流器件，iD受uGS控制预夹断前iD与uDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。#

为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因

此iG0，输入电阻很高。第15页/共39页5.1.2绝缘栅场效应管（IGFET）分类：

增强型N沟道、P沟道耗尽型N沟道、P沟道结构3个电极：漏极D，源极S，栅极G1个衬底引脚（B）。符号：N沟道增强型管P沟道增强型管第16页/共39页5.1.2绝缘栅型场效应管（IGFET）导电沟道的形成SiO2绝缘层衬底耗尽层空穴高掺杂反型层大到一定值才开启(MetalOxide

SemiconductorFET)MOSFET。通常称为MOS管

uGS增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当反型层将两个N区相接时，形成导电沟道。第17页/共39页N沟道增强型MOS管结构演示第18页/共39页1、绝缘栅型场效应管的工作原理（1）栅-源电压对导电沟道的影响

当uGS＞0V时→纵向电场→将靠近栅极下方的空穴向下排斥→耗尽层。

当uGS=0V时，漏源之间相当于两个背靠背的二极管，在d、s之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。

再增加uGS→纵向电场↑→将P区少子电子聚集到P区表面→形成导电沟道，如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流id。第19页/共39页栅源电压uGS对沟道的影响演示第20页/共39页1、绝缘栅型场效应管的工作原理（续）（2）漏-源电压对导电沟道的影响

用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。N沟道增强型MOS管工作在恒流区的条件是什么？iD随uDS的增大而增大，可变电阻区uGD＝UGS（th）,预夹断iD几乎仅仅受控于uGS，恒流区刚出现夹断uDS的增大几乎全部用来克服夹断区的电阻第21页/共39页漏源电压uDS对沟道的影响演示第22页/共39页增强型NMOS管工作原理动画演示第23页/共39页2、绝缘栅型场效应管的特性曲线

可根据输出特性曲线作出转移特性曲线。例：作uDS=10V的一条转移特性曲线：UGS（th）输出特性曲线iD=f(uDS)uGS=const转移特性曲线iD=f(uGS)uDS=const第24页/共39页输出特性（续）①截止区当vGS＜UGS(th)时，导电沟道尚未形成，iD＝0，为截止工作状态。第25页/共39页输出特性（续）②可变电阻区vDS≤（vGS－VT）由于vDS较小，可近似为rdso是一个受vGS控制的可变电阻第26页/共39页n：反型层中电子迁移率Cox：栅极（与衬底间）氧化层单位面积电容本征电导因子其中Kn为电导常数，单位：mA/V2第27页/共39页3、N沟道耗尽型MOSFET特点：与JFET相似

当uGS=0时，就有沟道，加入uDS，就有iD。当uGS＞0时，沟道增宽，iD进一步增加。

当uGS＜0时，沟道变窄，iD减小。不同点：栅压可正可负

夹断电压（UGS（off）

）——沟道刚刚消失所需的栅源电压UGS。

结构：在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以当uGS=0时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。第28页/共39页增强型与耗尽型MOSFET比较1)增强型MOS管2)耗尽型MOS管开启电压夹断电压第29页/共39页4、P沟道MOSFET

P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。第30页/共39页各类FET特性曲线比较PP.135-136图5.1.11类型符号和极性转移特性输出特性uGSOIDSSiDUPuGSOIDSSiDUP－i－uDSOuGS＝0V＋1VD＋2V＋3VuGS＝UP＝＋4VuDSOuGS＝0V－1ViD－2V－3VuGS＝UP＝－4VuDSOuGS＝5ViD3VuGS＝UT＝＋2V4VuGSiDOUTGSD+－iD－+GSD+－iD－+GSD+－iD－+BJFETP沟道JFETN沟道增强型NMOS第31页/共39页uGSOiDUPIDSSiDOUTuGSuGSOIDSSiDUPuDSOuGS＝0ViD－2VuGS＝UP＝－4V＋2V－iD－5VuGS＝UT＝－3VO－uDS－4VuGS＝－6V

－iD－2VuGS＝UP＝＋4VO－uDS＋2VuGS＝0VGSD+－iDB+－GSD+－iD－+BGSD+－iDB－+耗尽型NMOS增强型PMOS耗尽型PMOS图5.1.11（续）第32页/共39页5.1.3场效应管的主要参数（P137）1．直流参数

(1)夹断电压UGS(off)(3)饱和漏极电流(2)开启电压UGS(th)(4)直流输入电阻RGS——栅源间的等效电阻。由于MOS管栅源间有SiO2绝缘层，输入电阻可达109～1015Ω

。

对于结型场效应三极管，反偏时RGS约为106～109

Ω。第33页/共39页5.1.3场效应管的主要参数（续）2．交流参数(1)

跨导gm

也称为互导。其定义为(2)

极间电容栅源电容Cgs栅漏电容Cgd漏源电容Cds第34页/共39页gm的计算当管子工作在放大区时得管子的跨导由可见，gm与IDQ有关。IDQ越大，gm也就越大。

同理，对于增强型FET，有第35页/共39页5.1.3场效应管的主要参数（续）3.极限参数漏极最大允许耗散功率PDSM=uDSiD该值受管子最高工作温度的限制。

(2)最大漏极电流IDM管子正常工作时漏极电流允许的上限值。(3)栅源击穿电压U（BR）GS是指栅源间反向电流开始急剧上升时的UGS值。漏源击穿电压U（BR）DS是指发生雪崩击穿、iD开始急剧上升时的UDS值。第36页/共39页5.1.4FET的特点及使用注意事项2、使用注意事项

(1)外加电压极性：

N沟道：UDS