模电场效应管放大电路

N沟道增强型MOS管工作原理
当ID从DS流过沟道时，沿途会产生压降，进而导致沿着沟 道长度上栅极与沟道间的电压分布不均匀，沟道呈楔形
U 若VDS进一步增大， 直至即 VGS-VDS=VT时， 漏端沟道消失， 出现预夹断点。 当vDS大到一定值 时，形成一个夹 断区，此时iD趋 于饱和。 DD d i D
1.1-32
第四章
场效应管的微变等效电路
id
D
G
vds
S
D
gmV gs
I d V ds
G
V gs
v gs
rd
S
rd= VDS / ID 很大，可忽略。
场效应管的微变等效电路
压控电流源
G
D
I d V ds
V gs
S
gmV gs
1.1-34
第四章 Rg1 ＋ vi － C1 ＋ Rg3 Rg2 Rs ＋ Cs Rd C2 ＋
1. N沟道增强型MOSFET
（2）工作原理 – MOSFET与JFET的工作原理类似，也 是由栅源电压vGS控制沟道的大小，从而 改变沟道电阻，影响vDS和iD之间的关系。 – 增强型MOSFET与JFET不同在于，在 vGS =0时，导电沟道是不存在的；只有 当|vGS |大于某一特定值时，才会产生导 电沟道。
第四章
共源放大电路 1. 电路组成及直流偏置
栅极电阻：将 Rs 压降 由于栅极电阻上无直流电流 , 加至栅极
自偏置式共源放大电路
＋ UDD Rd
因而
漏极电阻：将漏 极电流转换成漏 极电压，并影响 放大倍数 A u
V
GS
I D RS
＋
＋ ui － C1 Rg
d＋
C2
＋
g
s
＋ Rs
uo Cs －
1.1-28
§5.2 场效应管放大电路
与三极管一样 , 根据输入、 输出回路
公共端选择不同, 将场效应管放大电路分成 共 源 (common-source) 、 共 漏 (common-
drain) 和共栅 (common-gate) 三种组态。 本
节主要介绍常用的共源和共漏两种放大电
路。
1.1-29
5 场效应管放大电路
5.1 场效应管
5.1 场效应管
5.1.1 结型场效应管
5.1.2 绝缘栅型场效应管
5.1.3 场效应管的参数和型号
重、难点：
场效应管的工作原理、特性曲线及参数
1.1-2
概述
场效应管（FET, Field Effect Transistor）是 一种利用电场效应来控制其电流大小的半导 体器件。 由于FET主要利用一种载流子（多子） 导电，因此属于单极型晶体管。
特点：
体积小、重量轻、耗电省、寿命长 输入阻抗高（108～109Ω） 噪声低，热稳定性好 抗辐射能力强，制造工艺简单 没有二次击穿现象，安全工作区域宽
1.1-3
贴片和小型封装场效应管
TO247及类似封装场效应管
TO220及类似封装场效应管
金属封装及军品级场效应管 特种封装场效应管（绝缘 底板模块封装）
1.1-6
增强型
耗尽型
§5.1.1 结型 场效应管
Drain
JFET (Junction Type FET)
体内场效应器件
1.结型场效应管的结构
d 漏极 耗尽层 d g 栅极
P+ N P+
g
Gate
N型沟道
s 源极 Source
s
N沟道结型场效应管的结构和符号
1.1-7
§5.1.1 结型场效应管(JFET)
在VP≤vGS≤0的范围内, 漏极电流iD 与栅极电 压vGS的关系为
v i I (1 V
D DSS
)
P
V P
－4 －3 －2－1 0
2) 输出特性
5
预夹断点 恒流区(放大区) / mA iD vGS ＝0 V
输出特性是指栅源电压vGS一定, 漏 极电流iD与漏源电压vDS之间的关系, 即
g1
ID g
R g3
Rg 2 ＋
VC DD 1)
d
R d
C ＋ 2 ＋
＋
VGS 2 I D I DSS (1 V ) v P i
s
R s ＋ C s v o －
V
DS
V DD I D ( Rd
－
R)
s
R g2
栅极电阻：用来 提高输入电阻
2. 放大电路的动态参数可由微变等效电路求出。 1） 2） 共源放大电路的微变等效电路 3）求动态参数： 增益、输入电阻、
＋ VDD
＋ vo －
共源放大电路 的微变等效电 路
＋
g ＋ R g3
d
＋
V i
－ R g1 R g2
V gs
－
g V m gs
R d
R L
V o
－
R i
s
R o
第四章
（1） 电压放大倍数:
V A V
s
U GG
g
N ＋ N+ P 型硅衬底
N ＋ N+
夹断区 预夹断点
N沟道增强型MOS管工作原理
（3）特性曲线
（a） N沟道增强型MOSFET的转移特性曲线 在vGS≥VT时, iD与vGS的关系可用下式表示:
vGS 1)2 ( i D I D0 V
T
(vGS V T )
i / mA D 4 3 2 v 1 0 D ＝10 V S 2 4 V ＝3 V T 6 8 v GS/ V
1.结型场效应管的结构
d 漏极 耗尽层 d g 栅极
N+ P N+
g s s 源极
P沟道结型场效应管结构和符号
1.1-8
BJT和FET电极的类比
BJT放大电路 ห้องสมุดไป่ตู้态 •共基极
(common-base)
BJT
基极b （base）
FET
栅极g (Gate) 漏极d (Drain) 源极s (Source)
1.1-10
①栅源电压VGS对iD的控制作用
当VGS＜0时，PN结反偏，耗尽层变厚，沟道
变窄，沟道电阻变大，ID减小；
VGS更负，沟道 更窄，ID更小； 直至沟道被耗 尽层全部覆盖， 沟道被夹断， ID≈0。这时所 对应的栅源电 压VGS称为夹断 电压VP
1.1-11
②漏源电压VDS对iD的影响 当VDS继续增加时，预 夹断区 预夹断点 在栅源间加电压 夹断点向源极方向伸 VGS＞VP，漏源间加 长为预夹断区。由于 电压VDS。则因漏端 预夹断区电阻很大， 耗尽层所受的反偏电 压为比源端耗尽层所 使主要 VDS降落在该区， 受的反偏电压 V 大， GS 由此产生的强电场力 使靠近漏端的耗尽层 能把未夹断区漂移到 比源端厚，沟道比源 其边界上的载流子都 端窄，使沟道呈楔形。 随VDS增大，这种不 当VDS增加到使VGD=VGS-VDS =VP 扫至漏极，形成漏极 均匀性更明显。 饱和电流 IDSS。 时，在紧靠漏极处出现预夹断点
i
D
f (v DS )
vGS 常数
4 可 变 电 3 阻 区 2 1 0 2 4 6
－1 V
－2 V －3 V －4 V
击 穿 区
8 10 12 14 16 18 夹断区
vDS /V
JFET特点小结：
正常工作时，JFET栅极、沟道之间的
PN结是反向偏置的。因此，其iG≈0， 输入电阻很高。 JFET是电压控制电流器件，iD受vGS的 控制。 预夹断之前， iD与vDS呈近似线性关系； 预夹断后， iD趋于饱和。 P沟道JFET工作时，其电源极性与N沟 道JFET极性相反。
中应用最广泛的是 金属-氧化物-半导 体场效应管
N沟道 金属-氧化物 -半导体场效 应管 （MOSFET） P沟道
耗尽型 增强型
耗尽型
1.1-17
1.N沟道增强型MOSFET
（1）结构
s g d SiO2
＋ N ＋ N
d 衬底 s
d
P型硅衬底 衬底引线 (a）
g
g
s (c）
衬底
(b）
(a) N沟道结构图; (b) N沟道符号; (c) P沟道符号
1.1-15
JFET特点小结：
N 沟 道 耗 尽 型 P 沟 道 耗 尽 型
结 型 场 效 应 管
§5.1.2 绝缘栅型场效应管
绝缘栅型场效应管
MOSFET （Metal-OxideSemiconductor type FET） 表面场效应器件
增强型 vGS=0时，不存 在导电沟道 vGS=0时，存 在导电沟道
m

i v
D GS
V DS 常数
5.1.3 场效应管的参数和型号
2. 场效应三极管的型号命名方法 – 第一种命名方法与双极型三极管相同，第 二位字母代表材料，D是P型硅，反型层 是N沟道；C是N型硅P沟道。第三位字母J 代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应 管。例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极 管，3DO6C 是绝缘栅型N沟道场效应三极 管。 – 第二种命名方法是CS××#，CS代表场效 应管，××以数字代表型号的序号，#用 字母代表同一型号中的不同规格。例如 CS14A、CS45G等。
1.1-19
vGS=0时，源区、衬底和漏区形成两个背靠背的PN结，漏源 之间不存在导电沟道。 vGS>0时，栅极铝层和P型衬底以SiO2为介质形成平板电容。 U 电场方向如图。 DD d U GG 该电场吸引P型衬底 s i 少子（电子）在栅 g D 极附近的P型层表面 形成一个N型薄层， 称之为反型层。也 感生沟道 N N ＋ ＋ N+ N+ 称为感生沟道。 当vDS>VT（开启电 压）时，产生漏极 电流 iD。 P 型硅衬底
FET放大电路 组态 •共栅极
(common-gate)
•共集电极 •共发射极
集电极c (common-collector) (collector)
(common-emitter)
1.1-9
•共漏极
(common-drain)
发射极e (emitter)
•共源极
(common-source)
§5.1.1 结型场效应管(JFET)
绝 缘 栅 场 效 应 管
5.1.3 场效应管的参数和型号
1. 场效应管的主要参数（P21）
1） 夹断电压VP 或开启电压VT
2） 饱和漏电流IDSS 3） 漏源击穿电压V（BR）DS 4) 栅源击穿电压V（BR）GS 5） 直流输入电阻RGS 6） 最大漏极功耗PDM 7） 跨导gm
g
1.1-27
1.1-12
3. 结型场效应管的特性曲线
场效应管的特性曲线分为转移特性曲线和输出特性曲线。
1) 转移特性 在vDS一定时, 漏极电流iD与栅源电压 vGS之间的关系称为转移特性。 即
iD/ mA IDSS 5
i
f ( ) v D GS
4
v DS 常数
vDS=12 V
GS 2
3 2 1 /V vGS
源极电阻：利用 IDQ 在其上的压降为 栅源极提供偏压
旁路电容：消除 Rs 对 交流信号的衰减
第四章
分压偏置式共源放大电路
1.场效应管放大电路的静态工作点
Rg1， Rg2：栅极 分压电阻使栅极获 得合适的工作电压 S G
＋ V DD R g1
V
GS
V V
D s
( I R R
Rg 2
+++++ +++++
窄，ID减小 随着vGS的减小， ID进一步 减小，直至ID =0，对应的 VGS称为夹断电压VP
1.1-24
增强型MOS管特性小结
N 沟 道 绝 增 缘 强 型
栅 场 效 应 管
P 沟 道 增 强 型
耗尽型MOSFET的特性曲线
N 沟 道 耗 尽 型 P 沟 道 耗 尽 型
1.1-5
场效应管(FET, Field Effect Transistor) 根据结构特点，可分类如下：
结型场效应管 Junction type FET N沟道JFET 增强型 P沟道JFET N沟道 耗尽型
金属-氧化物 绝缘栅型场效应 -半导体场效 管 应管 （MOSFET） P沟道 Insulated Gate FET 其它（PMOS、 NMOS、VMOS型 FET等）
其中ID0是vGS=2VT时的iD值。
（b） N沟道增强型MOSFET的输出特性曲线
d
5 4 i D / mA
饱和区
v GS= 6 V
g
击穿区 恒流区
5V
4V 3V 8 10 12 14 16 18 v DS /V
s
3
2 1 0
1.1-23
2
4
6
截止区
2. N沟道耗尽型MOSFET
N沟道耗尽型MOSFET，由于绝缘层具有正 离子，即使vGS =0，仍能形成N型导电沟道 当vGS >0时，导电沟道加宽，ID增加 当 vGS <0时，导电沟道变
1.结型场效应管的工作原理 （1）栅源电压VGS对沟道的控制作用 （2）漏源电压VDS对沟道的控制作用
N沟道JFET工作时，需要在栅-源极间加一 负电压vGS，使PN结反偏，栅极电流iG≈0，场 效应管呈现很高的输入电阻 (rGS高达108 Ω左 右)。在漏-源极间加一正电压vDS，使N沟道中 的多子电子在电场作用下由源极向漏极作漂移 运动，形成漏极电流iD。iD的大小主要受栅-源 电压vGS控制，同时也受漏-源电压vDS的影响。