旧版教材 第四章 场效应管放大电路

4.1结型场效应管4.3金属-氧化物-半导体场效应管4.4场效应管放大电路4.5各种放大器件电路性能比较*4.2砷化镓金属-半导体场效应管4场效应管放大电路4场效应管放大电路N沟道P沟道增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道（耗尽型）FET场效应管JFET结型MOSFET绝缘栅型(IGFET)分类：4.1结型场效应管

结构工作原理

输出特性转移特性

主要参数

4.1.1

JFET的结构和工作原理

4.1.2

JFET的特性曲线及参数

4.1.1JFET的结构和工作原理1.结构

源极，用S或s表示N型导电沟道漏极，用D或d表示

P型区P型区栅极，用G或g表示栅极，用G或g表示符号符号4.1.1JFET的结构和工作原理4.1结型场效应管1.结构#

符号中的箭头方向表示什么？2.工作原理4.1结型场效应管①VGS对沟道的控制作用当VGS＜0时（以N沟道JFET为例）

当沟道夹断时，对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP

（或VGS(off)）。对于N沟道的JFET，VP<0。PN结反偏耗尽层加厚沟道变窄。VGS继续减小，沟道继续变窄②VDS对沟道的控制作用当VGS=0时，VDSIDG、D间PN结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。

当VDS增加到使VGD=VP时，在紧靠漏极处出现预夹断。此时VDS夹断区延长沟道电阻ID基本不变③

VGS和VDS同时作用时当VP<VGS<0时，

导电沟道更容易夹断，

对于同样的VDS，

ID的值比VGS=0时的值要小。在预夹断处VGD=VGS-VDS=VP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vGS控制预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。4.1结型场效应管#

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。4.1结型场效应管#

JFET有正常放大作用时，沟道处于什么状态？4.1.2JFET的特性曲线及参数2.转移特性VP1.输出特性①夹断电压VP(或VGS(off))：②饱和漏极电流IDSS：

③

低频跨导gm：或4.1结型场效应管3.主要参数沟道完全夹断时VGS的值。VDS=10,

VGS=0时对应的漏极电流。

低频跨导反映了vGS对iD的控制作用。gm可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子)。④输出电阻rd：4.1结型场效应管3.主要参数⑤直流输入电阻RGS：

对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107Ω。⑧最大漏极功耗PDM⑥最大漏源电压V(BR)DS⑦最大栅源电压V(BR)GS

IGFET(InsulatedGateFieldEffectTransistor)

MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)应用：集成电路分类：

N沟道增强型

N沟道耗尽型

P沟道增强型

P沟道耗尽型

4.2绝缘栅型场效应管1、N沟道增强型MOS管

取一块P型半导体作为衬底，用B表示。

用氧化工艺生成一层SiO2

薄膜绝缘层。

然后用光刻工艺腐蚀出两个孔。扩散两个高掺杂的N区。

从N型区引出电极，一个是漏极D，一个是源极S。

在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。符号DGSB形成两个PN结。（绿色部分）结构1、N沟道增强型MOS管1、N沟道增强型MOS管（1）栅源电压uGS的控制作用

令漏源电压vDS=0，加入栅源电压vGS。

vGS排斥空穴，形成一层负离子层（耗尽层）。感生电子电荷，在漏源之间形成导电沟道。称为反型层。若加上vDS

，就会有漏极电流iD产生。反型层工作原理（1）栅源电压vGS的控制作用

工作原理（1）栅源电压vGS的控制作用当vGS较小时，iD＝0当vGS增加到一定数值使iD刚刚出现，对应的VGS称为开启电压，用VGS(th)或VT表示。改变vGS－＞改变沟道－＞影响iD

：vGS对iD有控制作用。1、N沟道增强型MOS管

（2）漏源电压uDS的控制作用图1―55vDS增大时增强型MOS管沟道的变化过程

(a)vDS<vGS-VT;(b)vDS=vGS-VT;(c)vDS>vGS-VT1、N沟道增强型MOS管

设vGS＞VGS(th)，增加vDS，沟道变化如下：vDS从漏到源逐渐降落在沟道内，漏极和衬底之间反偏最大，PN结的宽度最大。漏源之间会形成一个倾斜的PN结区。预夹断工作原理

（2）漏源电压vDS的控制作用预夹断vDSVDS再，ID基本不变，增加的VDS基本上降落在夹断区。转移特性曲线（3）N沟道增强型MOS管特性曲线iD=f(uGS

)VDS=constOV2GS=UV3+V5.3+V4+DImA/15105DV/V恒流区.夹断区可变电阻区工作原理输出特性曲线iD=f(uD

)VGS=constSDGPN+N+SiO2型衬底B+++++++++在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了一定量的正离子。结构和符号当vGS=0时，这些正离子已经感生出电子形成导电沟道。只要有漏源电压，就有漏极电流存在。2、N沟道耗尽型MOS管DGSB

增强型NMOS管在vGS=0时,管内没有导电沟道。耗尽型则不同,它在vGS=0时就有导电沟道,它的导电沟道是在制造过程中就形成了的。

2、N沟道耗尽型MOS管夹断电压饱和漏极电流IDSS当VGS=0时，对应的漏极电流用IDSS表示。当VGS＞0时，将使ID进一步增加，直至进入恒流区，漏极电流保持不变。VGS＜0时，随着VGS的减小漏极电流逐渐减小，直至ID=0。此时的VGS称为夹断电压，用符号VGS(off)表示特性曲线N沟道耗尽型MOS管可工作在VGS0或VGS>0N沟道增强型MOS管只能工作在VGS>VGS(th)>0图1―57耗尽型NMOS管特性曲线(a)转移特性曲线;(b)输出特性曲线

4)衬底电位对场效应管特性的影响图1―56衬底与源极间电压uBS对ID的影响PMOS管也有两种:增强型和耗尽型。增强型PMOS管在工作时为了在漏源极之间形成P型沟道,栅源极之间电压uGS必须为负,而且漏源极电压uDS及漏极电流iD也与NMOS管的相反。

3.P沟道绝缘栅场效应管(PMOS)

图3–12各种场效应管的转移特性和输出特性对比

(a)转移特性；(b)输出特性图3–12各种场效应管的转移特性和输出特性对比

(a)转移特性；(b)输出特性

(1)场效应管是利用多数载流子导电的器件,称为单极型晶体管,温度性能较好,并具有零温度系数工作点。

(2)场效应管是电压控制器件,输入电阻很高.(3)MOSFET的噪声比BJT低,JFET的噪声比MOSFET的噪声还要低。

(4)正常工作时,耗尽型MOSFET的栅压可正可负,灵活性较大,而增强型MOSFET、JFET的栅极电压和BJT的基极偏压只能是一种极性。

(5)正常工作时,BJT的发射极和集电极不能互换。场效应管与晶体三极管的比较

(6)MOSFET工艺最简单(与BJT、JFET相比),功率又小,封装密度极高,适合于制造大规模、超大规模集成电路。

(7)BJT具有跨导大、电压增益高、非线性失真小、性能稳定等优点,所以在分立元件电路和中、小规模模拟集成电路中,BJT电路占优势。

(8)FET在小电流、小电压工作时,漏源极间可以等效为一受栅压控制的可变电阻器,因此被广泛应用于自动增益控制、电压控制衰减器等中。

场效应管与晶体三极管的比较4.4场效应管放大电路

直流偏置电路静态工作点

FET小信号模型动态指标分析

三种基本放大电路的性能比较

4.4.1

FET的直流偏置及静态分析

4.4.2

FET放大电路的小信号模型分析法

1.直流偏置电路4.4.1FET的直流偏置电路及静态分析（1）自偏压电路（2）分压式自偏压电路vGSvGSvGSvGSvGSvGS=-iDR4.4结型场效应管2.静态工作点Q点：VGS、ID、VDSvGS=VDS=已知VP，由VDD-ID(Rd+R)-iDR可解出Q点的VGS、ID、VDS4.4结型场效应管4.4.2FET放大电路的小信号模型分析法1.FET小信号模型（1）低频模型4.4结型场效应管（2）高频模型4.4.2FET放大电路的小信号模型分析法4.4结型场效应管2.动态指标分析（1）中频小信号模型4.4结型场效应管2.动态指标分析（2）中频电压增益（3）输入电阻（4）输出电阻忽略rD由输入输出回路得则通常则

例4.4.2共漏极放大电路如图示。试求中频电压增益、输入电阻和输出电阻。（2）中频电压增益（3）输入电阻得

解：（1）中频小信号模型由例题（4）输出电阻所以由图有例题3.三种基