场效应管及其放大电路

R R // R L L
②输入电阻
( I R R ) V i R g g 1// g 2 i R R R // R i g g 1 g 2 I I i i
I i
R
i
③输出电阻
V 'o I 'o g V 'o/[ R //( 1 /g )] m gs V m R V 'o R R R //( 1 /g ) o m I 'o 1 R g m
4、 输入电阻RGS
结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107Ω; 绝缘栅型场效应三极管, RGS约是109～1015Ω。
5、低频跨导gm 它反映了栅压对漏极电流的控制作用，gm可以在 转 移特性曲线上求取，单位是mS(毫西门子)。 6、最大漏极功耗PDM PDM= VDS ID决定，与双极型三极管的PCM相当。
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(CCCS)！ 晶体管是 电流控制电流器件 ?器件
数学描述？ IC IE , 1 IC IB ， 1
场效应管放大电路
场效应管———利用电场效应工作的晶体管。
输入电压产生电场, 电场控制输出电流器件(VCCS)。
一、场效应管分类： 1、按导电沟道类型分
场效应管是单一载流子参与导电的器件。 (1)电子作为载流子的器件叫N沟道场效应管; (2)空穴作为载流子的P沟道场效应管。
共源直流通道
于是可以解出VGSQ、IDQ
和VDSQ。
2)交流分析
微变等效电路如图所示
①电压放大倍数
g V V o m gs ( Rd // RL ) ( R // R ) g V V m gs d L o A g m R 'L v V V i gs R 'L Rd // RL
耗尽型 N沟道、P沟道
5.1 绝缘栅场效应三极管的工作原理
1、N沟道增强型MOSFET结构
（动画5-1）
D(Drain)为漏极，相当c； G(Gate)为栅极，相当b； S(Source)为源极，相当e。
MOSFET结构符号示意图
2、工作原理 （1）当VGS=0V时，D、S之间加上电压也不会形 成电流。 （2）0＜VGS＜VGS(th)时，栅极 和衬底间的电容作用，出现了一 薄层负离子的耗尽层。但少子数 量有限，不足以将漏极和源极沟 通，漏极电流ID＝0。
2 2 I I [ 1 V / V ] 5 . 2 mA [ 1 V /( 4 . 2 V )] DQ DSS GSQ P GSQ
联立解出： V 2 . 2 V , I 1 . 1 mA GSQ DQ
而： V V I ( R R ) 18 1 . 1 ( 8 2 ) 7 ( V ) DSQ DD DQ d S
7、伏安特性曲线
各类场效应三极管的特性曲线
N 沟 道 绝 增 缘 强 型
栅 场 效 应 管
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
5.2 结型场效应三极管
1、结型场效应管结构
N型沟道JFET是在N型半导体两侧各造一个 PN结。P区即为栅极，N型硅的一端是漏极，另 一端是源极。
当VGS＞VGS(th)，且固定为某一值，观察漏 源电压VDS对漏极电流ID的影响。
VDS=VDG＋VGS =－VGD＋VGS VGD=VGS－VDS
(动画5-3）
（1）当VDS较小时， VGD ＞ VGS(th) 沟道分布如图,此时 VDS 基本均匀降落在沟道中，沟道 呈斜线分布。 漏源电压VDS对沟道的影响
4、结型场效应三极管的特性曲线
VP
(a) 漏极输出特性曲线 (b) 转移特性曲线 N沟道结型场效应三极管的特性曲线 动画（5-6） 动画（5-7）
经验公式：
V 2 GS i I ( 1 ) ( V V 0 ) D DSS P GS V P
V GS 2 I ( 1 ) DSS i V D P g ( V V 0 ) m P GS v V GS P
(动画5-4）
2、结型场效应管的工作原理
结型场效应管，只能工作在反偏的条件下，
对于N沟道结型场效应管只能工作在负栅压区，P 沟道的只能工作在正栅压区，否则将会出现栅流。 出现栅流意味着失控。
3、栅源、漏源电压对沟道的控制作用 1）栅源电压VGS的单独作用 VDS=0，栅、源之间加负电压，PN结反偏， 形成耗尽层，随着栅源电压的负向增大，耗尽 层加宽，漏、源间的沟道变窄，VGS继续减小， 沟道继续变窄，沟道全部合拢时的VGS称为夹 断电压VP。
VGS对沟道的控制作用（动画5-5）
2）漏源电压VDS单独作用 VGS=0，在漏、源之间加 正电压，产生漏极电流ID，形 成漏、源间的电压梯度。 因PN结反偏，形成耗尽层， 靠近漏极处的耗尽层加宽，沟 道变窄，从下至上呈楔形分布。 VDS增加ID增加，当VGD=VGSVDS=VP时，沟道漏极端合拢， 称为预夹断。 预夹断后，VDS进一步增加， ID也难以增加，管子进入恒流 区。
结 型 场 效 应 管
N 沟 道 耗 尽 型
P 沟 道 耗 尽 型
5.3 场效应三极管的参数
1、开启电压VGS(th)(或VT)
它是增强型MOS管的参数，当VGS<VGS(th)时, 场效应 管不能导通。
2、夹断电压VP (或VGS(off)) 它是耗尽型FET的参数，当VGS=VP 时,漏极电流为 零。 3、 饱和漏极电流IDSS 它是耗尽型场效应三极管当VGS=0时, 所对应的漏 极电流。
5.4 场效应型三极管的低频小信号模型
5．5 场效应管放大电路 1 共源组态基本放大电路
2 共漏组态基本放大电路
3 共栅组态基本放大电路
4 三种组态基本放大电路的比较
1、共源组态基本放大电路
(1)、自生栅偏压式共源组态放大电路 共源基本放大电路，可以与共射组态放大 电路相对应，自生栅偏压意思是: VGS由自身 的Id产生。
, V 'o V gs
3 共栅组态基本放大电路
2
i 2 D g 2 K ( v V ) 2 K i I i m n GS GS ( th ) n D DO D v V GS GS ( th ) v
DS
6、N沟道耗尽型MOSFET 在栅极下方的SiO2层中掺 入了正离子。即便VGS=0，正 离子也感应出反型层，在漏源 之间形成导电沟道。 当VGS＞0，ID进一步增加；VGS＜0时，随着VGS 的减小漏极电流也减小，直至ID=0。对应ID=0的VGS 称为夹断电压，用符号VP表示。
（3）当VGS＞VGS(th) （ 开启 电压)时，栅极电压足够强 ，使栅极下方聚集较多的电 子，形成沟道，如果此时加 有漏源电压，就可以形成漏 极电流ID。 (动画5-2） 在VGS=0V时ID=0，只有当VGS＞VGS(th)后才会出现 漏极电流，这种MOS管称为增强型MOS管。
3、输入转移特性
耗尽型MOSFET经验公式：
V 2 GS i I ( 1 ) ( V V 0 ) D DSS P GS V P
V ＝ 0 时， i ＝ I GS D DSS
V GS 2 I ( 1 ) DSS i V D P g ( V V 0 ) m P GS v V GS P
2、按结构类型分
(1)结型场效应管JFET (Junction type Field Effect Transister) 利用PN结的宽度控制管子导电能力。
(2)绝缘栅型场效应管IGFET ( Insulated Gate Field Effect Transister) 也称金属氧化物半导体三极管MOSFET （Metal Oxide Semiconductor FET） 3 按导电方式分 增强型 N沟道、P沟道
VG=0V VGSQ= VG－VS= －IDQRs
IDQ= IDSS[1－(VGSQ /VP)]2
VDSQ= VDD－IDQ(Rd+R) 可以解出VGSQ、IDQ和VDSQ
2）求负载线 由：V I R I 2 K GSQ DQ S DQ
V V I ( R R ) 18 I ( 8 2 ) DSQ DD DQ d S DQ
（2）当VDS增加到VGD=VGS(th)时，相当于VDS增加使 漏极处沟道退缩到临界的情况如图b ，称为预夹断。 （3）当VDS再增加，使VGDVGS(th)时，预夹断区域 加长图C；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。
5、漏极输出特性曲线 ID=f(VDS)VGS=const 当VGS＞VGS(th)，且固定为某一值时， VDS对ID的影响 的一族曲线称为漏极输出特性曲线。
经验公式（放大区）：
V 2 GS i K ( v V ) I ( 1 ) ( V V D n GS GS ( th ) DO GS GS ( th )) V GS ( th )
2 2 K 是电导常数，单位是 mA / V ; n
I 是 V 2 V 的 i 值 ,I K V DO GS GS ( th ) D DO n GS (th )
VGS对漏极电流ID的控制关 系可用
ID=f(VGS)VDS=const
曲线描述了栅极电压VGS对 漏极电流ID的控制作用，称为 输入转移特性曲线。 VGS对ID的控制能力，体现在参数：gm（跨导） 上，定义如下 gm=ID/VGS V =consID的控制作用
②输入电阻
Ri
Vi Ii
.
.
Rg1 / / Rg2
③输出电阻
计算Ro的电路模型
负载RL开路，设在输出端加一个电源Vo’ ;再
设输入信号源短路，保留内阻RS ，则