2-4场效应管及放大 电路_图文.ppt29页PPT
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场效应管及其放大电路PPT课件
金属 Metal
氧化物 Oxide
半导体 Semiconducto
r
表示符号 G
G S
D
S D
N+
N+
P
第11页/共92页
P沟道增强型MOSFET的结构
表示符号
D
G
S
G
D
S
P+
P+
N
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N沟道增强型MOSFET的工作原理
与JFET相似， MOSFET的工作 原理同样表现在：
–
vDS +
(2) 动态：能为交流信号提供通路。
场效应管（FET）放大电路的分析方法：
静态分析：估算法、图解法。 动态分析：微变等效电路法。
第33页/共92页
4.5.1 静态工作点与偏置电路 但由于两种放大器件各自的特点，故不能将双极 性三极管放大电路的三极管简单地用场效应管取代， 组成场效应管放大电路。
双极性三极管是电流控制器件，组成放大电路时， 应给双极性三极管设置偏置偏流。
绝缘栅场效应管（MOSFET）
特点
单极型器件(一种载流子导电)；
输入电阻高；（≥107～1015） 工艺简单、易集成、功耗小、体积小、 噪声低、成本低等。
第5页/共92页
FET分类：
FET 场效应管
JFET 结型
MOSFET 绝缘栅型
N沟道（相当于NPN）
（耗尽型） P沟道（相当于PNP）
增强型
N沟道（NPN） P 沟道 （PNP）
6．场效应管制造工艺简单，且具有功耗低等优点；因而场 效应管易于集成，被广泛用于大规模和超大规模集成电路 中。
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结型场效应管
氧化物 Oxide
半导体 Semiconducto
r
表示符号 G
G S
D
S D
N+
N+
P
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P沟道增强型MOSFET的结构
表示符号
D
G
S
G
D
S
P+
P+
N
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N沟道增强型MOSFET的工作原理
与JFET相似， MOSFET的工作 原理同样表现在：
–
vDS +
(2) 动态：能为交流信号提供通路。
场效应管（FET）放大电路的分析方法：
静态分析：估算法、图解法。 动态分析：微变等效电路法。
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4.5.1 静态工作点与偏置电路 但由于两种放大器件各自的特点，故不能将双极 性三极管放大电路的三极管简单地用场效应管取代， 组成场效应管放大电路。
双极性三极管是电流控制器件，组成放大电路时， 应给双极性三极管设置偏置偏流。
绝缘栅场效应管（MOSFET）
特点
单极型器件(一种载流子导电)；
输入电阻高；（≥107～1015） 工艺简单、易集成、功耗小、体积小、 噪声低、成本低等。
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FET分类：
FET 场效应管
JFET 结型
MOSFET 绝缘栅型
N沟道（相当于NPN）
（耗尽型） P沟道（相当于PNP）
增强型
N沟道（NPN） P 沟道 （PNP）
6．场效应管制造工艺简单，且具有功耗低等优点；因而场 效应管易于集成，被广泛用于大规模和超大规模集成电路 中。
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结型场效应管
第4章场效应管及其放大电路
增大 uDS 靠近漏极的沟道变窄，沟道电阻增大，产生了阻碍漏极
电流 iD 增大的因素。但在 uDS 较小时靠近漏极的沟道还没有被夹断，
漏极电流 iD 随 uDS 几乎成正比地增大。
1/7/2020
当 uDS 继续增大到 uDS uGS UGS(off) ，即 uGD uGS uDS UGS(off)时，靠 近漏极端的耗尽层在 A 点合拢，如图 4-3c 所示，称为预夹断。此时， A 点耗尽层两边的电位差用夹断电压UGS(off)表示。预夹断处 A 点的电 压U GS(off) 与 uDS 和 uGS 关系如下
沟道预夹断
(d) uDS uGS U GS(off)
沟道夹断
1/7/2020
当 uGS 为某一固定值，且UGS(off) uGS 0 时，若 uDS 0 则 iD 0 。当 uDS 从 零逐渐增大时，沟道中产生电位梯度，在电场的作用下导电沟道中形 成沟道电流 iD 。 iD 从漏极流向源极。
U GG uGS
U DD u DS
(a) uGS 0 uDS 0
沟道最宽但电 流为零
1/7/2020
(b) u DS u GS U GS(off)
沟道变窄
U GG uGS
iD 趋 于 饱 和
A
U DD uDS U GG
uGS
iD 饱 和
U DD
A
u DS
(c) uDS uGS U GS(off)
漏极电流 iD 趋于饱和，几乎不随 uDS 变化，仅取决于 uGS 。
1/7/2020
4.1.3 结型场效应管的特性曲线
1．输出特性曲线
N 沟道结型场效应管的输出特性曲线是指当栅源电压 uGS 一定
电流 iD 增大的因素。但在 uDS 较小时靠近漏极的沟道还没有被夹断，
漏极电流 iD 随 uDS 几乎成正比地增大。
1/7/2020
当 uDS 继续增大到 uDS uGS UGS(off) ，即 uGD uGS uDS UGS(off)时，靠 近漏极端的耗尽层在 A 点合拢，如图 4-3c 所示，称为预夹断。此时， A 点耗尽层两边的电位差用夹断电压UGS(off)表示。预夹断处 A 点的电 压U GS(off) 与 uDS 和 uGS 关系如下
沟道预夹断
(d) uDS uGS U GS(off)
沟道夹断
1/7/2020
当 uGS 为某一固定值，且UGS(off) uGS 0 时，若 uDS 0 则 iD 0 。当 uDS 从 零逐渐增大时，沟道中产生电位梯度，在电场的作用下导电沟道中形 成沟道电流 iD 。 iD 从漏极流向源极。
U GG uGS
U DD u DS
(a) uGS 0 uDS 0
沟道最宽但电 流为零
1/7/2020
(b) u DS u GS U GS(off)
沟道变窄
U GG uGS
iD 趋 于 饱 和
A
U DD uDS U GG
uGS
iD 饱 和
U DD
A
u DS
(c) uDS uGS U GS(off)
漏极电流 iD 趋于饱和，几乎不随 uDS 变化，仅取决于 uGS 。
1/7/2020
4.1.3 结型场效应管的特性曲线
1．输出特性曲线
N 沟道结型场效应管的输出特性曲线是指当栅源电压 uGS 一定
第9讲 场效应管及其放大电路PPT课件
漏极饱 和电流
夹断 电压
在恒流区时
iD
Hale Waihona Puke I DSS (1 uGS )2 UGS(off)
低频跨导：
gm
iD uGS
UDS常量
对于工作于可变电阻区的场效应管，不同的UDS， 转移特性曲线差别很大。
输出特性
iD f (uDS)UGS常量
预夹断轨迹，uGD＝UGS（off）
IDSS
g-s电压控
可
制d-s的等 效电阻
iD
I
DSS
(1
uGS UGS(off)
)2
在恒流区iD时 ID， O(UuGGSS(th)1)2 式中 IDO为uGS2UGS(t时 h) 的 iD
场效应管的分类 工作在恒流区时g-s、d-s间的电压极性
结型PN沟 沟道 道((GGSSuu((ooff
f f
)
)
u G
u G
S S
0，u GD
0，u GD
u G
u G
S( S(
o o
f f
)
f)
，u＜0
f)
DS
)
场效应管 绝缘栅型 增 耗强 尽型 型PPNN沟 沟 沟 沟道 道 道 道uu((((GGGGGG＞ SSSSDDuuuu极 极 (th)uuu性 性 GGGSuSS(((Gtoo＜ Shff任 任 )， ff))) 00意 意 u， D， ＜ S ， ， uGGGGuDDSS0((oouuff)ffuu)) GG
uGS=0时就存在 导电沟道
小到一定 值才夹断
加正离子
耗尽型MOS管在 uGS＞0、 uGS ＜0、 uGS ＝0时均可导 通，且与结型场效应管不同，由于SiO2绝缘层的存在，在 uGS＞0时仍保持g-s间电阻非常大的特点。
《模拟电子技术》课件第4章场效应管及其基本放大电路
iD(mA)
vGS=7V vGS=5V
vGS=3V
vDS/V
N沟道增强型MOSFET
3） V-I 特性曲线及大信号特性方程 （1）输出特性
N沟道增强型MOSFET
iD f (vDS ) vGSconst.
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。 ② 可变电阻区
p+
p+p+ p+
沟道电阻增大。 3）当│vGS│↑到一定值时 ，
VGVGGG VGG
NN N
沟道夹断。
ss
s
当沟道夹断时，对应的栅源电压
vGS称为夹断电压VP 。
N沟道的JFET，VP <01。5
N沟道JFET工作原理
② vDS对iD的影响 （vGS =0）
1）当vDS=0时，iD=0。
2） vDS iD
短由线于表栅示极在未与加源适极当、栅漏压极前漏均极无与电源接极触之，间无故导称电绝沟缘道栅。极。
§4.1 场效应管
一、金属氧化物-半导体（MOS）场效应管 1.N沟道增强型MOSFET
1）结构（N沟道）L ：沟道长度 W ：沟道宽度 tox ：绝缘层厚度 通常 W > L
3
2）工作原理
s 二氧化硅
§4.1 场效应管
场效应管（Field Effect Transistor简称FET）是一
种电压控制器件，工作时，只有一种载流子参与导电，
因此它是单极型器件。
MOSFET 增强型
绝缘栅型场效应管 耗尽型
FET分类：
JFET
N沟道
结型场效应管 P沟道
N沟道 P沟道
N沟道 P沟道
场效应管及其基本放大电路专业课件PPT
uGD=UGS(off)，则虚线上各点对应的 uDS=uGS-UGS(off)。
特点：
u u
1、iD几乎与uDS成线性关系，管子相当于线性电阻。
2、改变uGS时，特性曲线斜率变化，因此管子漏极欲源极之间 可以看成一个由uGS控制的线性电阻，即压控电阻。uGS愈负,特 性曲线斜率愈小,等效电阻愈大。
（2）恒流区（饱和区）
3.1.1结型场效应管（JFET）的结构
结型场效应管是一种利用耗尽层宽度改变导电沟道的宽窄 来控制漏极电流的大小的器件。它是在N型半导体硅片的两侧 各制造一个PN结，形成两个PN结夹着一个N型沟道的结构。P区 即为栅极g(G)，N型硅的一端是漏极d(D)，另一端是源极s(S)。
箭头方向表示栅结正偏或正偏时栅极电流方向。
把开始形成反型层的
uGS值称为该管的开启电 压UGS(th)。
N沟道增强型MOSFET特性曲线
i u
i
uU
u
u
u
u
u
输出特性
u
u
转移特性曲线
在 恒 iD I 流 D 0 (U u G G (tS 区 ) h S -1 )2 I ， D 0 是 u G S 2 U G S时 (th iD ) 值 的
(c)进这一时步，增若加在u漏GS，源当间u加GS电＞压UGuSD(tSh，)
UDS
就时能，产由生于漏此极时电的流栅极iD，电即压管已子经开比较
启强。，栅极下方的P型半导体表层中
聚集较多的电子，将漏极和源极沟
通就u沟G，可道S值形以电越成形阻大沟成越，道漏小沟。极，道如电在内果流同自I此样D由。时u电在DuSD子栅S电>越极0压，多下， 方作导用电下沟，道i 中D 越的大电。子这，样因，与就P型实区 的现载了流输子入空电穴压极uG性S 相对反输，出故电称流为i D反 型的层控。制随。着uGS的继续增加，反型
场效应管及其放大电路(4)幻灯片PPT
高掺杂N区
S
由于栅极是
(2) N沟道增强型管的工作原理 由构造图可见，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。
S
D
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。
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)：
是结型和耗尽型
(3) 饱和漏极电流 IDSS： 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，单位：mA/V或
uA/V
•
gmΔ ΔU IG DSUDSuid gsU •Id gs
–UD+ S
S –UG+S G D
N+
N+
P型硅衬底
(2) N沟道增强型管的工作原理
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；
当UGS >UGS〔th〕
–ED +
时，将出现N型导 电沟道，将D-S连 接起来。UGS愈高，
S
EG
–UG+S G
D
导电沟道愈宽。 在漏极电源的作用 下将产生漏极电流
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。
源极S 栅极G 漏极D
金属电极
SiO2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
第3章场效应管及其放大电路ppt课件
3.2.2 JFET的工作原理
由上图可得： （1）UGS=0时，沟道存在且很宽。 （2）UP＜UGS＜0 时 ，沟 道 存在 但 变 窄，沟道电阻增大。 （3）UGS≥ UP时，沟道夹断。
2020/12/1
3.2.2 JFET的工作原理
改变栅源电压UGS的大小，可以 有效地控制沟道电阻的大小。
如果在漏源间加上固定电压UDS， 则漏极到源极的电流ID将受到UGS的控 制，|UDS|增大时，沟道电阻增大，电 流ID减小。
2020/12/1
3.2.1 JFET的结构与符号
一、结构及符号
N沟道结型场效应管的结构示意图和符号
2020/12/1
3.2.1 JFET的结构与符号
P沟道结型场效应管的结构示意图和符号
2020/12/1
3.2.2 JFET的工作原理
一、 UGS对ID的控制作用
2020/12/1
UGS对ID的控制作用原理图
• 3.3.1 场效应管与三极管的比较
2020/12/1
3.3.1 场效应管和三极管比较
（1）场效应管是一种压控器件，由栅源电压 UGS来控制漏极电流ID；而晶体三极管是电流 控制器件，通过基极电流IB控制集电极电流IC 。
（2）场效应管参与导电的载流子只有多子，称 为单极性器件；而晶体三极管除了多子参与 导电外，少子也参与导电，称为双极性器件 。
2020/12/1
3.2.3 JFET的伏安特性曲线
一、转移特性曲线
转移特性曲线 是输入电压uGS 对输出电流iD的 控制特性曲线。
2020/12/1
3.2.3 JFET的伏安特性曲线
二、输出特性曲线 输出特性表示 在 UGS 一 定 时 ， iD 与 uDS 之 间 的关系曲线.
电子技术基础第三章场效应管及其放大电路幻灯片PPT
场效应管的学习方法
• 学习中不要把场效应管与双极型三极管割裂 开来，应注意比较它们的相同点和不同点。
• 场效应管的栅极、漏极、源极分别与双极型 三极管的基极、集电极、发射极对应。
• 场效应管与双极型三极管的工作原理不同,但 作用基本相同。
• 场效应管还可以当作非线性电阻来使用,而双 极型三极管不能。
• JFET是利用PN结反向电压对耗尽层厚度的控制， 来改变导电沟道的宽窄，从而控制漏极电流的大小。
• 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后， iD趋于
饱和。
2021/5/24
思考：为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？
场效应管的应用小结
• 一是当作压控可变电阻，即非线性电阻来使用， VGS的绝对值 越大，导电沟道就越窄，对应的导电沟道电阻越大，即电压VGS
2021/5/24
场效应管的分类
场效应管 FET
结型
JFET
IGFET ( MOSFET ) 绝缘栅型
N沟道 P沟道 增强型
耗尽型
2021/5/24
N沟道 P沟道 N沟道 P沟道
第二节 结型场效应管(JFET)的 结构和工作原理
一、结型场效应管的结构
二、结型场效应管的工作原理
三、结型场效应管的特性曲线 及参数
2021/5/24
(4.3) UGS = -1伏、UDS的值继续增加
当 UDS 继 续 增 加 时 ， 两 边
PN 结 相 接 的 区 域 继 续 向 源极方向扩展，此时导电 沟道在靠近源极的区域依 然存在，导电沟道对应的 电阻比较小。漏极电流不
随UDS的增加而增加。
2021/5/24
(4.4）UGS = -1伏、UDS继续增加至出现PN结击穿
《场效应管放大器》PPT课件
本上不受输出电压 vDS 的影响。
用途: 可做放大器和恒流源。
（3）夹断区：
条件：整个沟道都夹断
V V
GS
P
特点：iD 0
用途：做无触点的、 接通状态的电子开关。
（4）击穿区
当漏源电压增大到 V DS V (BR)DS 时，漏端PN结
发生雪崩击穿，使iD 剧增的区域。其值一般为
（20— 50）V之间。由于VGD=VGS-VDS, 故vGS越负，
随VDS增大，这种不均匀性越明显。 沟道夹断前，iD 与 vDS 近似呈 线性关系。
当VDS增加到使VGD=VGS-VDS =VP 时， 在紧靠漏极处出现预夹断点。
当VDS继续增加时，预夹断区向 源极方向伸长。
电阻增大，使VDS增加不能使漏极也增大，漏极电流 iD 趋于饱和。
4.1.2 伏安特性曲线及参数
（2）恒流区：(又称饱和区或放大区）
条件: (1)源端沟道未夹断
V V
GS
P
（动画2-6）
(2)漏端沟道予夹断
特点:
V DS V GS V P
(1) 受控性： 输入电压 vGS 控制输出电流
i I v V 1
2
D
DSS
GS
P
I 为饱漏极电流 DSS
(2) 恒流性：输出电流 iD 基
2.场效应管分类：
FET 场效应管
JFET 结型
MOSFET (IGFET) 绝缘栅型
N沟道 （耗尽型）
P沟道
增强型
N沟道 P沟道
耗尽型
N沟道 P沟道
5.1.1 结型场效应管:
结构:
D漏极
基底 ：N型半导体
G栅极
用途: 可做放大器和恒流源。
（3）夹断区：
条件：整个沟道都夹断
V V
GS
P
特点：iD 0
用途：做无触点的、 接通状态的电子开关。
（4）击穿区
当漏源电压增大到 V DS V (BR)DS 时，漏端PN结
发生雪崩击穿，使iD 剧增的区域。其值一般为
（20— 50）V之间。由于VGD=VGS-VDS, 故vGS越负，
随VDS增大，这种不均匀性越明显。 沟道夹断前，iD 与 vDS 近似呈 线性关系。
当VDS增加到使VGD=VGS-VDS =VP 时， 在紧靠漏极处出现预夹断点。
当VDS继续增加时，预夹断区向 源极方向伸长。
电阻增大，使VDS增加不能使漏极也增大，漏极电流 iD 趋于饱和。
4.1.2 伏安特性曲线及参数
（2）恒流区：(又称饱和区或放大区）
条件: (1)源端沟道未夹断
V V
GS
P
（动画2-6）
(2)漏端沟道予夹断
特点:
V DS V GS V P
(1) 受控性： 输入电压 vGS 控制输出电流
i I v V 1
2
D
DSS
GS
P
I 为饱漏极电流 DSS
(2) 恒流性：输出电流 iD 基
2.场效应管分类：
FET 场效应管
JFET 结型
MOSFET (IGFET) 绝缘栅型
N沟道 （耗尽型）
P沟道
增强型
N沟道 P沟道
耗尽型
N沟道 P沟道
5.1.1 结型场效应管:
结构:
D漏极
基底 ：N型半导体
G栅极
场效应管及其放大电路最新课件
交流小信号等效电路。 （3）求动态参数
(1) U G S Q U G Q U SQ
计算RQg1R点g2：Rg2VDU DGISDQQRRSgR1gR2g2VDDIDQ R s
ID QID S(S1U UG GSSoQ)f 2f
再求： UDSQ =VDD- IDQ (RD + Rs ) 场效应管及其放大电路最新课件
场效应管及其放大电路最新课件
增强型MOS管uDS对iD的影响 刚出现夹断
iD随uDS的增 大而增大，可
uGD＝UGS（th）, 预夹断
变电阻区
uDS的增大几乎全部用 来克服夹断区的电阻
iD几乎仅仅 受控于uGS，恒 流区
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？
3. 场效应管的分类 工作在恒流区时g-s、d-s间的电压极性
结型PN沟 沟道 道((uuGGS＞ S＜00， ，uuDDS＜ S＞00)) 场效应管 绝缘栅型 耗 增尽 强型 型 PPN N沟 沟 沟 沟道 道 道 道((((uuuuG GG GSS＜ 极 SS＞ 极00， 性 ， 性uuD任 D任 S＜ S＞意 0意 0)u)uD， D， S＜ S＞00))
恒 流
区
区
低频跨导：
夹断区（截止区）
iD几乎仅决 定于uGS
击 穿 区
夹断电压
gm
iD uGS
UDS常量
不同型号的管子UGS（off）、IDSS 将不同。
场效应管及其放大电路最新课件
转移特性
iD f (uGS)UDS常量
场效应管工作在恒流区，因而uGS＞UGS（off）且uGD＜UGS（off）。
哪种场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？
(1) U G S Q U G Q U SQ
计算RQg1R点g2：Rg2VDU DGISDQQRRSgR1gR2g2VDDIDQ R s
ID QID S(S1U UG GSSoQ)f 2f
再求： UDSQ =VDD- IDQ (RD + Rs ) 场效应管及其放大电路最新课件
场效应管及其放大电路最新课件
增强型MOS管uDS对iD的影响 刚出现夹断
iD随uDS的增 大而增大，可
uGD＝UGS（th）, 预夹断
变电阻区
uDS的增大几乎全部用 来克服夹断区的电阻
iD几乎仅仅 受控于uGS，恒 流区
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？
3. 场效应管的分类 工作在恒流区时g-s、d-s间的电压极性
结型PN沟 沟道 道((uuGGS＞ S＜00， ，uuDDS＜ S＞00)) 场效应管 绝缘栅型 耗 增尽 强型 型 PPN N沟 沟 沟 沟道 道 道 道((((uuuuG GG GSS＜ 极 SS＞ 极00， 性 ， 性uuD任 D任 S＜ S＞意 0意 0)u)uD， D， S＜ S＞00))
恒 流
区
区
低频跨导：
夹断区（截止区）
iD几乎仅决 定于uGS
击 穿 区
夹断电压
gm
iD uGS
UDS常量
不同型号的管子UGS（off）、IDSS 将不同。
场效应管及其放大电路最新课件
转移特性
iD f (uGS)UDS常量
场效应管工作在恒流区，因而uGS＞UGS（off）且uGD＜UGS（off）。
哪种场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？