模拟电子技术基础课件：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：5.1金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管5.1.1N沟道增强型MOSFET5.1.5MOSFET的主要参数5.1.2N沟道耗尽型MOSFET5.1.3P沟道MOSFET5.1.4沟道长度调制效应5.1.1N沟道增强型MOSFET1.结构（N沟道）L：沟道长度W：沟道宽度tox

：绝缘层厚度通常W>L5.1.1N沟道增强型MOSFET剖面图1.结构（N沟道）符号5.1.1N沟道增强型MOSFET2.工作原理（1）vGS对沟道的控制作用当vGS≤0时

无导电沟道，

d、s间加电压时，也无电流产生。当0<vGS

<VT时

产生电场，但未形成导电沟道（感生沟道），d、s间加电压后，没有电流产生。当vGS

>VT时

在电场作用下产生导电沟道，d、s间加电压后，将有电流产生。

vGS越大，导电沟道越厚VT称为开启电压2.工作原理（2）vDS对沟道的控制作用

靠近漏极d处的电位升高

电场强度减小

沟道变薄当vGS一定（vGS

>VT）时，vDS

ID

沟道电位梯度

整个沟道呈楔形分布当vGS一定（vGS

>VT）时，vDS

ID

沟道电位梯度

当vDS增加到使vGD=VT时，在紧靠漏极处出现预夹断。2.工作原理（2）vDS对沟道的控制作用在预夹断处：vGD=vGS-vDS

=VT预夹断后，vDS

夹断区延长

沟道电阻

ID基本不变2.工作原理（2）vDS对沟道的控制作用2.工作原理（3）vDS和vGS同时作用时

vDS一定，vGS变化时

给定一个vGS

，就有一条不同的iD

–vDS

曲线。3.

V-I特性曲线及大信号特性方程（1）输出特性及大信号特性方程①截止区当vGS＜VT时，导电沟道尚未形成，iD＝0，为截止工作状态。3.

V-I特性曲线及大信号特性方程（1）输出特性及大信号特性方程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3.

V-I特性曲线及大信号特性方程（1）输出特性及大信号特性方程②可变电阻区

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/V23.

V-I特性曲线及大信号特性方程（1）输出特性及大信号特性方程③饱和区（恒流区又称放大区）vGS

>VT

，且vDS≥（vGS－VT）是vGS＝2VT时的iD

V-I特性：3.

V-I特性曲线及大信号特性方程（2）转移特性5.1.2N沟道耗尽型MOSFET1.结构和工作原理（N沟道）二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子可以在正或负的栅源电压下工作，而且基本上无栅流5.1.2N沟道耗尽型MOSFET2.V-I特性曲线及大信号特性方程

（N沟道增强型）5.1.3P沟道MOSFET5.1.4沟道长度调制效应实际上饱和区的曲线并不是平坦的L的单位为

m当不考虑沟道调制效应时，

＝0，曲线是平坦的。

修正后5.1.5MOSFET的主要参数一、直流参数NMOS增强型1.开启电压VT

（增强型参数）2.夹断电压VP

（耗尽型参数）3.饱和漏电流IDSS

（耗尽型参数）4.直流输入电阻RGS

（109Ω～1015Ω

）二、交流参数1.输出电阻rds

当不考虑沟道调制效应时，

＝0，rds→∞

5.1.5MOSFET的主要参数2.低频互导gm