模拟电子技术基础：场效应管放大电路

5场效应管放大电路5.1金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管5.3结型场效应管（JFET）*5.4砷化镓金属-半导体场效应管5.5各种放大器件电路性能比较5.2MOSFET放大电路

场效应管是通过改变外加电压产生的电场强度来控制其导电能力的半导体器件。它不仅具有双极型三极管的体积小、重量轻、耗电少、寿命长等优点，而且还具有输入电阻高、热稳定性好、抗辐射能力强、噪声低、制造工艺简单、便于集成等特点。因而，在大规模及超大规模集成电路中得到了广泛的应用。

根据结构和工作原理不同,场效应管可分为两大类:结型场效应管(JFET)和绝缘栅型场效应管(IGFET).

主要内容:(1)结型场效应管的结构及工作原理

(2)金属-氧化物-半导体场效应管的结构及工作原理

(3)场效应管放大电路的静态及动态性能分析

学习指导学习目标：

1.

正确理解各种场效应管的工作原理

2.熟练掌握各种场效应管的外特性及主要参数

3.熟练掌握共源、共漏放大电路的工作原理及直流偏置

4.会用场效应管小信号模型分析法求解共源、共漏放大电路的电压增益、输入电阻和输出电阻

学习方法：

学习本章内容时，应特别注意使用比较和归纳的方法：

1.与三极管及其放大电路进行比较（两种管子的结构、工作原理、外特性、主要参数、小信号模型等的比较；两种器件组成的放大电路的直流偏置电路及静态、动态分析方法的比较；共射与共源、共集与共漏等放大电路性能的比较）。

2.不同类型（结型与绝缘栅型）、不同沟道的各种场效应管之间的比较与归纳（工作原理、电压极性、主要参数的比较等）。

概述场效应管与晶体管的区别1.晶体管是电流控制元件；场效应管是电压控制元件。2.晶体管参与导电的是电子—空穴，因此称其为双极型器件；场效应管是电压控制元件，参与导电的只有一种载流子，因此称其为单极型器件。3.晶体管的输入电阻较低，一般102~104

；场效应管的输入电阻高，可达109~1014

场效应管的分类结型场效应管JFETMOS型场效应管MOSFETP沟道耗尽型P沟道P沟道N沟道增强型N沟道N沟道（耗尽型）FET场效应管JFET结型MOSFET绝缘栅型(IGFET)耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道场效应管的分类：一、N沟道增强型MOS场效应管结构5.1.1增强型MOS场效应管漏极D→集电极C源极S→发射极E绝缘栅极G→基极B衬底B电极—金属绝缘层—氧化物基体—半导体因此称之为MOS管

由于栅极与源极、漏极之间均无电接触，故称绝缘栅极。箭头方向由P（衬底）指向N（沟道）

当VGS较小时，虽然在P型衬底表面形成一层耗尽层，但负离子不能导电。当VGS=VT时,在P型衬底表面形成一层电子层，形成N型导电沟道，在VDS的作用下形成iD。二、N沟道增强型MOS场效应管工作原理VDSiD++--++--++++----VGS反型层

当VGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的PN结，无论VDS之间加什么电压都不会在D、S间形成电流iD，即iD≈0.

当VGS>VT时,沟道加厚，沟道电阻减少，在相同VDS的作用下，iD将进一步增加。开始时无导电沟道，当在VGSVT时才形成沟道,这种类型的管子称为增强型MOS管一方面

MOSFET是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。增强型MOS管

当VGS＞VT，且固定为某一值时，来分析漏源电压VDS的不同变化对导电沟道和漏极电流ID的影响。VDS=VDG＋VGS

=－VGD＋VGSVGD=VGS－VDS

当VDS为0或较小时，相当VGD＞VT,此时VDS

基本均匀降落在沟道中，沟道呈斜线分布。在VDS作用下形成ID增强型MOS管另一方面，漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用当VDS增加到使VGD=VT时，当VDS增加到VGD

VT时，增强型MOS管

这相当于VDS增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况，称为预夹断。此时的漏极电流ID基本饱和。

此时预夹断区域加长，伸向S极。VDS增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，ID基本趋于不变。另一方面，漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用VGD=VGS－VDS三、N沟道增强型MOS场效应管特性曲线增强型MOS管iD=f(vGS)

vDS=c

转移特性曲线iD=f(vDS)

vGS=c输出特性曲线vDS(V)iD(mA)当vGS变化时，RON将随之变化，因此称之为可变电阻区恒流区(饱和区)：vGS一定时，iD基本不随vDS变化而变化。vGS/V一、N沟道耗尽型MOS场效应管结构5.1.2耗尽型MOS场效应管+++++++

耗尽型MOS管存在原始导电沟道耗尽型MOS管二、N沟道耗尽型MOS场效应管工作原理

当VGS=0时，VDS加正向电压，产生漏极电流iD,此时的漏极电流称为漏极饱和电流，用IDSS表示。当VGS＞0时,将使iD进一步增加。当VGS＜0时，随着VGS的减小漏极电流逐渐减小，直至iD=0，对应iD=0的VGS称为夹断电压，用符号VP表示。VGS(V)iD(mA)VPN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>0耗尽型MOS管三、N沟道耗尽型MOS场效应管特性曲线输出特性曲线VGS(V)iD(mA)VP转移特性曲线各类绝缘栅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沟道增强型绝缘栅场效应管

N沟道耗尽型P沟道耗尽型各类绝缘栅场效应三极管的特性曲线场效应管的主要参数2.夹断电压VP：是耗尽型FET的参数，当VGS=VP时,漏极电流为零。3.饱和漏极电流IDSS

耗尽型场效应三极管当VGS=0时所对应的漏极电流。1.开启电压VT：MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通。4.直流输入电阻RGS:栅源间所加的恒定电压VGS与流过栅极电流IGS之比。结型:大于107Ω，绝缘栅:109～1015Ω。5.漏源击穿电压V(BR)DS:使ID开始剧增时的VDS。6.栅源击穿电压V(BR)

GSJFET：反