场效应管及其放大电路优秀课件
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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
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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。
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。
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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
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
结型场效应管及其放大电路 ppt课件
（2）取出的MOS器件不能在塑料板上滑动，应用金属盘来盛放待用器件。 （3）焊接用的电烙铁必须良好接地。 （4）在焊接前应把电路板的电源线与地线短接，再MOS器件焊接完成后 在分开。
（5）MOS器件各引脚的焊接顺序是漏极、源极、栅极。拆机时顺序相反。 （6）电路板在装机之前，要用接地的线夹子去碰一下机器的各接线端子， 再把电路板接上去。
1
－ 3 .4V
ppt课件
0
10
20
夹断区
UDS1/8V
（ 1 ） 可 变 电 阻 区 。 当 UGS 不 变 ， UDS由零逐渐增加且较小时，ID随UDS 的增加而线性上升，场效应管导电沟 道畅通。漏源之间可视为一个线性电 阻RDS，这个电阻在UDS较小时，主要 由UGS决定，所以此时沟道电阻值近似 不变。而对于不同的栅源电压UGS，则 有不同的电阻值RDS，故称为可变电阻 区。
道最宽;靠近漏极端的电位
最高，且与栅极电位差最大，
因而耗尽层最宽，沟道最窄。
由图可知，UDS的主要作用
是形成漏极电流ID。
ppt课件
13
二、结型场效应管
3）UDS和UGS 共同作用的情况：
设漏源间加有电压UDS： 当UGS变化时，电流ID将随沟道电阻的变化而变化。 （1）当UGS=0时，沟道电阻最小，电流ID最大。
① 输出特性 iD f (v ) DS vGSconst. ②转移特性 iD f (v ) GS vDS const.
iD
IDSS (1
vGS )2 VP
(VP vGS 0)
夹断区
VP
ppt课件
21
二、结型场效应管
5.场效应管的主要参数
ppt课件
22
（5）MOS器件各引脚的焊接顺序是漏极、源极、栅极。拆机时顺序相反。 （6）电路板在装机之前，要用接地的线夹子去碰一下机器的各接线端子， 再把电路板接上去。
1
－ 3 .4V
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10
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夹断区
UDS1/8V
（ 1 ） 可 变 电 阻 区 。 当 UGS 不 变 ， UDS由零逐渐增加且较小时，ID随UDS 的增加而线性上升，场效应管导电沟 道畅通。漏源之间可视为一个线性电 阻RDS，这个电阻在UDS较小时，主要 由UGS决定，所以此时沟道电阻值近似 不变。而对于不同的栅源电压UGS，则 有不同的电阻值RDS，故称为可变电阻 区。
道最宽;靠近漏极端的电位
最高，且与栅极电位差最大，
因而耗尽层最宽，沟道最窄。
由图可知，UDS的主要作用
是形成漏极电流ID。
ppt课件
13
二、结型场效应管
3）UDS和UGS 共同作用的情况：
设漏源间加有电压UDS： 当UGS变化时，电流ID将随沟道电阻的变化而变化。 （1）当UGS=0时，沟道电阻最小，电流ID最大。
① 输出特性 iD f (v ) DS vGSconst. ②转移特性 iD f (v ) GS vDS const.
iD
IDSS (1
vGS )2 VP
(VP vGS 0)
夹断区
VP
ppt课件
21
二、结型场效应管
5.场效应管的主要参数
ppt课件
22
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
第5章--场效应管及其基本放大电路分析PPT课件
VGG
(uGS)
s
只要不出现夹断区域，沟 道电阻基本决定于uGS， iD随uDS增大线性增大。
2、当uGS为UGS(off) ~ 0 中某一个固定值时，uDS 对漏极电流iD的影响
d iD
(3) 当uDS增大到使uGD=UGS(off)时
g
耗尽层一端出现夹断区。
VDD (uDS)
—称uGD=UGS(off)为预夹断
iD=2.2mA uDS=VDD-RdiD=15-5×2.2 = 4V
当UGS=10V时的预夹断电压为：
管uo子u工R DdS作R =duR 在sGdS可s-V U变D GD 电S (th5 阻) 3 =区3 1 0。1 -4 5 =R5 d6.s6 VV U ID DS11303 3k
例2 电路如图所示，试分析UI为0V、8V和10V 三种情况下Uo为大？
g
N
栅极
N沟道
P沟道
P沟道管的结构示意图和符号
导电沟道
d 漏极 耗尽层
N
g
P
栅极
s 源极 d
s 源极 d
g s
g s
一、结型场效应管的工作原理
为使N沟道场效应管正常工作，应在栅-源之间加负向电 压(UGS<0)，保证耗尽层承受反向电压；漏-源之间加正 向电压uDS，形成漏极电流iD。
d
g
N
改变栅-源之间的电压uGS， 就可以改变耗尽层的宽度和 沟道宽度，沟道电阻随之改 变，从而改变漏极电流iD。
沟道增强型管mos沟道增强型沟道增强型mosmos结构示意图和符号结构示意图和符号型硅为衬底型硅为衬底二氧化硅二氧化硅siosio绝缘保护层绝缘保护层两端扩散出两两端扩散出两个高浓度的个高浓度的底之间形成两底之间形成两pnpn由衬底引出电极由衬底引出电极由高浓度的由高浓度的区引出的源极区引出的源极由另一高浓度由另一高浓度区引出的漏区引出的漏由二氧化硅层表由二氧化硅层表面直接引出栅极面直接引出栅极杂质浓度较低杂质浓度较低电阻率较高电阻率较高型硅为衬底型硅为衬底大多数管大多数管子的衬底子的衬底在出厂前在出厂前连在一起连在一起铝电极金因为栅极和漏极源极之间是绝缘的称绝缘栅型场效压就可改变衬底靠近绝缘层处的感应电荷的多少从而控制漏极电流
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Rg3 Rg1
Rd C2
RL uo g Cs T
RL
Rs
Cs
Uu ioU UUIRDD SGQgQ2 S R IUgUIgD V Q D3imD AO Q(RRQU U sD g2U RI GG RRD UggG S12gSg(g31(Q RSstQ R hg(d t1R)hg 1gRm))2IR UUg2gD s 1V) sggO dssDIDDRgQdmUsgRds L
场效应管及其放大电路
温故知新
符号
1. 结型场效应管
漏极饱
IDSS
和电流
夹断 电压
在恒流区时
iD
I DSS (1
uGS )2 UGS(off)
2.MOS管的特性
1)增强型MOS管
开启 电压
2)耗尽型MOS管
夹断 电压
在恒流区iD时 ID， O(UuGGSS(th)1)2 式中 IDO为uGS2UGS(t时 h) 的 iD
1. 场效应管的交流等效模型
与晶体管的h参数等效模型类比：
近似分析时可认 为其为无穷大！
gm
iD uGS
UDS
根据iD的表达式或转移特性可求得gm。
2
2 gmu iG DS UDS2 U IG DS S(So1ff ) U u G GSS(oU fD f)S
ID 2 S 1 SU u G GSS(off) UDS UGS(off)
3. 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
增 栅型
耗S＜ S＞00， ，uuDDSS＜ ＞00)) 型 PN沟 沟道 道((uuGGSS极 极性 性任 任意 意uuDD， ， SS＜ ＞00
即典型的Q点稳定电路
UGQ
UAQ
Rg1 Rg1Rg2
VDD
USQ IDQRs
ID IDO(UUGGSS(Qt h) 1)2
U DS V Q D D ID(Q R dR s)
为什么加Rg3?其数值应大些小些？ 哪种场效应管能耗够尽采型用N这沟种道电M路O形S管式设置Q点？
三、场效应管放大电路的动态分析
Ri
Ro
共源 g
d
gmRd 大 倒相
Rd
s
几倍~几十倍 很大 大几千欧
共漏 g s
gm Rs
d 1 g m Rs 小同相 大 小几百欧 跟随
共栅 s d g gm Rd 大 同相 小 大
2 I i DSSD
UGS (of f )
当小信号作用时，可以用来 I DQ 近似id，所以
gmUG2S
ID
(off)
I S SDQ
同理，对于增强型MOS管
gm
2 UGS
(th
IDOIDQ
)
2. 基本共源放大电路的动态分析
• 例2.7.1 已知图中所示电路 VGG6V VDD12VRd 3kΩ
VG试S估(th)算4电V路I的DOQ点10mAAu R o
U o Rd
R
场但很A 效它高u应的的 管电情U 共压况U 源放下o i放大才 大能应电力用的不。g输如m 入共(R 电射阻电d远路/大，/R 于因L 共此)射， 放只 大有5 电在路要的求输输入入电电阻阻，
R i R g 3R g/1R /g 22 .1 M RoRd5k
3. 基本共漏放大电路的动态分析
解：（1）求Q：
VGSVGG6V
2
IDQIDOUUGGSS(Q th)1 2.5mA
U DS Q V D DIDR Q d4V .5
R RR gmUG2S (th)IDOIDQ2.5mAuSU Uoi UIdgRs d gmRd
i
o
d
7.5
DD
Rg2
Rg1 ui
Rd
C2
VDD
g
Rg2
T
CR1 g3 Rs
A uU U oi U gIsdR IsdRs 1gm gR msRs 0.899 Ri
基本共漏放大电路输出电阻的分析
RoU Ioo U Ro s UgomUo Rs∥g1m30 2
优点：输入电阻高、噪声系数低、温度稳定性好、 抗辐射能力强、便于集成化。缺点：放大能力差。
输入 输出 公共极
A u
uGS=0可工作在恒流区的场效应管有哪几种？ uGS＞0才工作在恒流区的场效应管有哪几种？ uGS＜0才工作在恒流区的场效应管有哪几种？
一、场效应管静态工作点的设置方法
1. 基本共源放大电路
根据场效应管工作在恒流区的条件，在g-s、d-s间 加极性合适的电源
U GSQ V GG
V GG
I I ( DQ
DO
U GS(th)
1)2
U DSQ V DD I DQ R d
2. 自给偏压电路
UGQ0，USQIDQ Rs UGSQ UGQUSQIDQ Rs
由正电源获得负偏压 称为自给偏压
ID IDSS(1UUGGSS(Q of)f2)
U DS V Q D D ID(Q R dR s)
3. 分压式偏置电路