第3讲场效管放大电路和负反馈(定稿)

1.3场效应管及其放大电路场效应晶体管是利用电场效应来控制电流的一种半导体器件，即是电压控制元件。它的输出电流决定于输入电压的大小，基本上不需要信号源提供电流，所以它的输入电阻高，且温度稳定性好。结型场效应管按结构不同场效应管有两种:绝缘栅型场效应管本节仅介绍绝缘栅型场效应管按工作状态可分为：增强型和耗尽型两类每类又有N沟道(多子电子导电)和P沟道（多子空穴导电）之分1.3.1绝缘栅场效应管漏极D栅极和其它电极及硅片之间是绝缘的，称绝缘栅型场效应管。金属电极(1)

N沟道增强型管的结构栅极G源极S1.增强型绝缘栅场效应管SiO2绝缘层P型硅衬底

高掺杂N区GSD符号：由于栅极是绝缘的，栅极电流几乎为零，输入电阻很高，最高可达1014

。漏极D金属电极栅极G源极SSiO2绝缘层P型硅衬底

高掺杂N区由于金属栅极和半导体之间的绝缘层目前常用二氧化硅，故又称金属-氧化物-半导体场效应管，简称MOS场效应管。(2)N沟道增强型管的工作原理EGP型硅衬底N+N+GSD+–UGSED+–

由结构图可见，N+型漏区和N+型源区之间被P型衬底隔开，漏极和源极之间是两个背靠背的PN结。

当栅源电压UGS=0时，不管漏极和源极之间所加电压的极性如何，其中总有一个PN结是反向偏置的，反向电阻很高，漏极电流近似为零。SDEGP型硅衬底N+N+GSD+–UGSED+–

当UGS>0时，P型衬底中的电子受到电场力的吸引到达表层，填补空穴形成负离子的耗尽层；N型导电沟道在漏极电源的作用下将产生漏极电流ID，管子导通。当UGS>UGS（th）时，将出现N型导电沟道，将D-S连接起来。UGS愈高，导电沟道愈宽。(2)N沟道增强型管的工作原理EGP型硅衬底N+N+GSD+–UGSED+–N型导电沟道当UGS

UGS(th）后，场效应管才形成导电沟道，开始导通，若漏–源之间加上一定的电压UDS，则有漏极电流ID产生。在一定的UDS下漏极电流ID的大小与栅源电压UGS有关。所以，场效应管是一种电压控制电流的器件。在一定的漏–源电压UDS下，使管子由不导通变为导通的临界栅源电压称为开启电压UGS(th）。(2)N沟道增强型管的工作原理(3)

特性曲线有导电沟道转移特性曲线无导电沟道开启电压UGS(th）UDSUGS/ID/mAUDS/VoUGS=1VUGS=2VUGS=3VUGS=4V漏极特性曲线恒流区可变电阻区截止区N型衬底P+P+GSD符号：结构(4)P沟道增强型SiO2绝缘层加电压才形成P型导电沟道增强型场效应管只有当UGS

UGS(th）时才形成导电沟道。2.耗尽型绝缘栅场效应管GSD符号：如果MOS管在制造时导电沟道就已形成，称为耗尽型场效应管。(1)N沟道耗尽型管SiO2绝缘层中掺有正离子预埋了N型导电沟道2.耗尽型绝缘栅场效应管由于耗尽型场效应管预埋了导电沟道，所以在UGS=0时，若漏–源之间加上一定的电压UDS，也会有漏极电流ID产生。当UGS>0时，使导电沟道变宽，ID增大；当UGS<0时，使导电沟道变窄，ID减小；UGS负值愈高，沟道愈窄，ID就愈小。

当UGS达到一定负值时，N型导电沟道消失，ID=0，称为场效应管处于夹断状态（即截止）。这时的UGS称为夹断电压，用UGS(off）表示。

这时的漏极电流用

IDSS表示，称为饱和漏极电流。(2)耗尽型N沟道MOS管的特性曲线夹断电压耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压到一定值时才能夹断。UGS(off)转移特性曲线0ID/mA

UGS/V-1-2-348121612UDS=常数UDSUGS=0UGS<0UGS>0漏极特性曲线0ID/mA16201248121648IDSS2.耗尽型绝缘栅场效应管(3)P沟道耗尽型管符号：GSD预埋了P型导电沟道SiO2绝缘层中掺有负离子耗尽型GSDGSD增强型N沟道P沟道GSDGSDN沟道P沟道G、S之间加一定电压才形成导电沟道在制造时就具有原始导电沟道3.场效应管的主要参数(1)开启电压UGS(th)：是增强型MOS管的参数(2)夹断电压UGS(off)：(3)饱和漏电流IDSS：是结型和耗尽型MOS管的参数(4)低频跨导gm：表示栅源电压对漏极电流的控制能力极限参数：最大漏极电流、耗散功率、击穿电压。场效应管与晶体管的比较电流控制电压控制控制方式电子和空穴两种载流子同时参与导电载流子电子或空穴中一种载流子参与导电类型

NPN和PNPN沟道和P沟道放大参数

rce很高

rds很高输出电阻输入电阻较低较高双极型三极管单极型场效应管热稳定性差好制造工艺较复杂简单，成本低对应电极

B—E—CG—S—D2.1.5

场效应管放大电路

场效应晶体管具有输入电阻高、噪声低等优点，常用于多级放大电路的输入级以及要求噪声低的放大电路。场效应管的源极、漏极、栅极相当于双极型晶体管的发射极、集电极、基极。场效应管的共源极放大电路和源极输出器与双极型晶体管的共发射极放大电路和射极输出器在结构上也相类似。场效应管放大电路的分析与双极型晶体管放大电路一样，包括静态分析和动态分析。1.自给偏压式偏置电路2.1.5

场效应管放大电路栅源电压UGS是由场效应管自身的电流提供的，故称自给偏压。UGS

=–RSIS

=–RSID+UDD

RSCSC2C1RDRG+T+_+_uiuoIS

+_UGST为N沟道耗尽型场效应管增强型MOS管因UGS=0时，ID

0，故不能采用自给偏压式电路。2.1.5

场效应管放大电路2.小信号模型分析（1）模型RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––一、什么是放大电路中的负反馈反馈：将放大电路输出端的信号(电压或电流)的一部分或全部通过某种电路引回到输入端。2.1.7放大电路中的负反馈esRB+UCCC1C2RERLui+–uo+–+++–RS通过RE将输出电压反馈到输入通过RE将输出电流反馈到输入反馈放大电路的三个环节：基本放大电路比较环节反馈放大电路的方框图反馈电路输出信号输入信号反馈信号反馈系数净输入信号放大倍数反馈电路F–基本放大电路A+反馈放大电路的方框图净输入信号若三者同相，则

Xd=Xi–Xf可见Xd<Xi，即反馈信号起了削弱净输入信号的作用（负反馈）。反馈电路F–基本放大电路A+直流反馈：反馈只对直流分量起作用，反馈元件只能传递直流信号。负反馈：反馈削弱净输入信号，使放大倍数降低。在振荡器中引入正反馈，用以产生波形。交流反馈：反馈只对交流分量起作用，反馈元件只能传递交流信号。在放大电路中，出现正反馈将使放大器产生自激振荡，使放大器不能正常工作。正反馈：反馈增强净输入信号，使放大倍数提高。引入交流负反馈的目的：改善放大电路的性能引入直流负反馈的目的：稳定静态工作点二、负反馈的类型1.反馈的分类

正反馈与负反馈的判断--瞬时极性法判断++－+(1)设接“地”参考点的电位为零，在某点对“地”电压（即电位）的正半周，该点交流电位的瞬时极性为正；在负半周则为负。(2)设基极瞬时极性为正，根据集电极瞬时极性与基极相反、发射极(接有发射极电阻而无旁路电容时)瞬时极性与基极相同的原则，标出相关各点的瞬时极性。正反馈与负反馈的判断--瞬时极性法判断++－

－

(3)若反馈信号与输入信号加在同一电极上，

(4)若反馈信号与输入信号加在两个电极上，两者极性相反为负反馈；极性相同为正反馈。两者极性相同为负反馈；极性相反为正反馈。1)

串联反馈与并联反馈由反馈网络在放大电路输入端的连接方式判定串联串联：输入以电压形式求和（KVL）

-vi+vid+vf=0

即vid=vi-

vf并联：输入以电流形式求和（KCL）

ii-iid-if=0

即iid=ii-if并联1.反馈的类型2)电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈由反馈网络在放大电路输出端的取样对象决定电压反馈：反馈信号xf和输出电压成比例，即xf=Fvo电流反馈：反馈信号xf与输出电流成比例，即xf=Fio

并联结构串联结构1.负反馈的类型电压反馈与电流反馈电压负反馈RL

vo

xf

xid

vo

电压负反馈稳定输出电压xf=Fvo，

xid=xi－xf电压反馈与电流反馈电流负反馈RL

io

xf

xid

io

电流负反馈稳定输出电流xf=Fio，

xid=xi－xf电压反馈与电流反馈判断方法：输出电压短路法将输出电压短路，反馈量仍然存在——电流反馈。将输出电压短路，反馈量为零——电压反馈。电压反馈电流反馈反馈通路反馈通路电压反馈与电流反馈电压反馈反馈通路负反馈交流反馈直流反馈电压串联负反馈电压并联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈负反馈的类型稳定静态工作点3.负反馈类型的判别步骤3)判别是否负反馈？2)判别是交流反馈还是直流反馈？4)是负反馈！判断是何种类型的负反馈？1)找出反馈网络（一般是电阻、电容）。

1)判别反馈元件（一般是电阻、电容）(1)连接在输入与输出之间的元件。(2)为输入回路与输出回路所共有的元件。发射极电阻RE为输入回路与输出回路所共有，所以RE是反馈元件。例1：RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––RSeS+–RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––RSeS+–2)判断是交流反馈还是直流反馈交、直流分量的信号均可通过RE，所以RE引入的是交、直流反馈。

如果有发射极旁路电容，RE中仅有直流分量的信号通过，这时RE引入的则是直流反馈。ＣE例1：例1：3)判断反馈类型净输入信号：

ui

与

uf串联,以电压形式比较——串联反馈

ui正半周时,uf也是正半周,即两者同相——负反馈

uf正比于输出电流——电流反馈——电流串联负反馈+uf–+–RB1RCC1C2RB2RERL+++UCCuiuo++––RSeS+–ieube

ube

=ui-

uf

uf

=ieRE

Ube

=Ui-

Uf

可见

Ube

<

Ui,反馈电压Uf削弱了净输入电压

icRC结论：反馈过程：电流负反馈具有稳定输出电流的作用