电工技术电子技术-场效应管共源极放大电路-清华PPT课件
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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
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
电工技术电子技术-清华-20场效应管共源极放大电路.ppt
场效应管放大电路小结
(1) 场效应管放大器输入电阻很大。 (2)场效应管共源极放大器(漏极输出)输入输 出反相，电压放大倍数大于1；输出电阻 =RD。 (3)场效应管源极跟随器输入输出同相，电 压放大倍数小于1且约等于1；输出电阻小。
21.03.2019
电工技术
21.03.2019 电工技术
11.6.2 场效应管共源极放大电路静态分析
+UDD=+20V
10K R1 C1 G RG ui R2 1M 50K S 10K RS RD D
R1=150k
C2
150K
ID
R2=50k
RG=1M
uo
UDS
10K
RL CS
RD=10k
RS=10k
RL=10k
2
1
21.03.2019
UGS=0V
UGS=-1V
0
夹断区
电工技术
UGS=-2V U DS （V
场效应管的微变等效电路
输入回路：开路
g U I m gs 输出回路：交流压控恒流源，电流 d
D
+ G D
G
S
21.03.2019
U gs
S
g U I d m gs
电工技术
§ 11.6 场效应管放大电路 11.6.1 电路的组成原则及分析方法 组成原则 (1).静态：适当的静态工作点，使场效应管工 作在恒流区 (2).动态: 能为交流信号提供通路 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。
求 ri
RG
g
d RS
s R1 R2
RL
ri
ri=RG+R1//R2
电工技术电子技术-场效应管共源极放大电路-清华PPT课件
ri=RG+R1//R2 =1+0.15//0.05=1.0375 M
ro =
RS 1+gm RS
=10/(1+3 10)=0.323 k
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
微变等效电路：
+UDD +20V
R1
C1
150K G
D C2
RG1M
S
ui
R2
50K
RS RL uo
10K 10K
微变等效电路：
G
RG
•
Ui R1
•
U gs S
R2
RS
•
•
I d gm Ugs
RL
•
Uo
D
ri
ro
ro
Ui=Ugs+Uo
Uo =Id(RS//RL)=gm Ugs RL
•
•
•
AV
U
第20讲
第11章 基本放大电路
11.6 场效应管共源极放大电路
答疑
1. 线形电阻的伏安特性曲线
I
I
U/I=R
U
R
2. 晶体管BE结微变等效电路
IB
IB
UBE
rbe
Q
U/ I=R
U UBEQ / IBQ =R 非线性
UBE / IB =rbe 在Q点处近似线 性 UBE
答疑
3.电流源及其特性曲线
无输入信号时（ui=0）， 估算：UDS和 ID。
gm =3mA/V
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
第12页/共92页
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。
第26页/共92页
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
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
第12页/共92页
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。
第26页/共92页
结型场效应管
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RS RL
10K 10K
uo gm =3mA/V
50K
UDD=20V
静态工作点:
UG
=
R2 R1 R2
U DD
5V
C1
USUG
ID
US RS
UG RS
0.5mA
u
i
UDS=UDD- US =20-5=15V
R1 150K G RG 1M
R2 50K
+UDD +20V
D
C2 S
R RL uo 1S0K 10K
ID =0 ） GFra bibliotekSN沟道耗尽型
D
（UGS=0时， 有ID）
G
S
ID
UGS（th）UGS UGS全正
开启电压
ID
UGS（0off）
夹断电压
UGS有正
UGS 有负
增强型NMOS场效应管 输出特性曲线
ID（mA） 4
固定一个U DS，画出ID和UGS 的关系曲线，称为转移特性 曲线
UGS=5V
3
UGS=4V
0.5mA
U DS U DD I D (R S R D ) 10V
11.6.3 动态分析 +UDD=+20V
R1 C1
ui R2
150K
RD D
10K C2
G
RG
S
1M 10K 50K
10K
RL CS RS
微变等效电路
id GD
uo
u gs
g m u gs
u ds
S
GD
Id
RG
Ui
Ugs
gm Ugs RD
无输入信号时（ui=0）， 估算：UDS和 ID。
gm =3mA/V
UDD=20V
直流通道
+UDD+20V
R1 150K
I RD 10K
D
D
IG
RG G
UDS
S
1M RS
R2 50K
10K
设：UG>>UGS
则：UGUS 而：IG=0 所以：
UG
=
R2 R1 R2
U DD
5V
ID
US RS
UG RS
=10K
R1=150k R2=50k RG=1M RD=10k RS=10k RL=10k gm =3mA/V UDD=20V
11.6.4 源极输出器（共漏极放大电路）
+UDD +20V R1=150k
R1
C1
150K G
D C2
R2=50k RG=1M RS=10k
RG1M
S
RL=10k
ui
R2
UGS=+2V
3
UGS=+1V
2
UGS=0V
1
0 夹断电压UP=-2V
UGS=-1V
UGS=-2V U DS （V
）
耗尽型NMOS场效应管转移特 性
N沟道耗尽型
D
（UGS=0时， 有ID）
G
S
ID
UGS（0off）
夹断电压
UGS有正
UGS 有负
跨导gm= ID /
U=（GS3-2）/（1-0）=1/1=1mA/V
2
UGS=3V
1
UGS=2V
0
UGS=1V
开启电压UGS（th）=1V
U DS （V ）
增强型NMOS场效应管转移特 性
N沟道增强型 D
（UGS=0时，
ID =0 ） G
S
ID UGS（th）UGS UGS全正
开启电压
耗尽型NMOS场效应管 输出特性曲线
ID（mA） 4
固定一个U DS，画出ID和UGS 的关系曲线，称为转移特性 曲线
第20讲
第11章 基本放大电路
11.6 场效应管共源极放大电路
答疑
1. 线形电阻的伏安特性曲线
I
I
U/I=R
U
R
2. 晶体管BE结微变等效电路
IB
IB
UBE
rbe
Q
U/ I=R
U UBEQ / IBQ =R 非线性
UBE / IB =rbe 在Q点处近似线 性 UBE
答疑
3.电流源及其特性曲线
未预留 N沟道增强型
P型基底 N导电沟道
预留 N沟道耗尽型
（2）符号
SG D
N
N
P
D
漏极 D
G
S N沟道增强型
栅极 G
S 源极 N沟道耗尽型
N沟道MOS管的特性曲线
D
ID RD
mA
G S
UGS
UDS V
SG D
实验线路(共源极接法)
N
N
P
NMOS场效应管转移特性
N沟道增强型 D
（UGS=0时，
RL=RD//RL
=-3（10//10）
=-15
R1=150k R2=50k RG=1M RS=10k RD=10k RL=10k
gm =3mA/V
UDD=20V
输入电阻、输出电阻
RL GD
RG
R2 R1
ri
S
ri=RG+R1//R2 =1+0.15//0.05
=1.0375M
RD
RL
ro
ro=RD
I I
IS
U IS
I
I
IS
Ir rU
IS
如何求r？
I1=IS+Ir1 =IS+U1/r
I2=IS+Ir2
U
=IS+U2/r
I= I2 -I1 =（ U2 - U1 ）/r
= U/r
U
r= U/ I
答疑
4. 晶体管CE间的微变等效电路
iC
ib
iC
rbe
流控电流源
ib rce
uC
E uCE
在线性放大区，rce很大，可忽略
RL
Uo
R2
R1
S
动态分析：
G
电压放大倍数
RL D
RG Ui
Id= gm Ugs
Ugs
RD
RL Uo
R2
R1
•
•
Ui Ugs
S
ri
•
ro
Au gm R'L
•
•
Uo gm Ugs (R D // R L )
负号表示输出输入反相 = – gm UiRL
电压放大倍数估算
•
AV gm R'L
ID（mA） 4
UGS=+2V
3 ID 2
1 0
可变电阻区
恒流区
UGS
夹断区
UGS=+1V
UGS=0V
UGS=-1V UGS=-2V U DS （V
场效应管的微变等效电路
输入回路：开路
输出回路：交流压控恒流源，电流 Id gmU gs
D G
S
G +
U gs
D
Id gmU gs
-
S
§ 11.6 场效应管放大电路 11.6.1 电路的组成原则及分析方法 组成原则 (1).静态：适当的静态工作点，使场效应管工
rce
uce ic
§10.4 场效应晶体管
场效应管与晶体管不同，它是多子 导电，输入阻抗高，温度稳定性好。
场效应管有两种: 结型场效应管JFET 绝缘栅型场效应管MOS
N沟道 P沟道
耗尽型
增强型 耗尽型
增强型
MOS绝缘栅场效应管（N沟道） （1） 结构
金属铝 S G D
SiO2绝缘层
N
N
P
两个N区
作在恒流区
(2).动态: 能为交流信号提供通路 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。
11.6.2 场效应管共源极放大电路静态分析
+UDD=+20V
R1 C1
ui R2
150K
RD D
10K
ID C2
G
RG
S
1M 10K 50K
UDS
10K
RL CS RS
R1=150k R2=50k RG=1M uo RD=10k RS=10k RL=10k
微变等效电路：
+UDD +20V
R1
C1
150K G
D C2
RG1M
S
ui
R2
50K
RS RL uo
10K 10K
微变等效电路：
G
RG
•
Ui R1
•
U gs S
R2
RS
•