场效应管及其放大电路

三极管
场效应管
三极管放大器
场效应管放大器
分析方法
分析方法
图解法，估算法，微变等效电路法
Q、A、R i、R o

场效应三极管（FET）
只有一种载流子参与导电，且利用电场效应来控制 电流的三极管，称为场效应管，也称单极型三极管。
场效应管分类 结型场效应管（JFET） 绝缘栅场效应管（MOSFET）
单极型器件(一种载流子导电)； 特点
点，避免输出波形产生严重的非线性失真。
1. 直流偏置电路
直流偏置电路：保证管子工作在饱和区，输出信 号不失真。 由于场效应管种类较多，故采用的偏置电路， 其电压极性必须考虑。
以N沟道为例： N沟道的结型场效应管只能工作在UGS<0的区域， MOS管又分为耗尽型和增强型，增强型工作在UGS>0， 而耗尽型工作在UGS<0。 工程中常用的FET放大电路的偏置方式有两种：
且与两个N+区相连通，
N+
N+
在漏源极间形成N型导电
沟道。
出现反型层
P
形成导电沟道
N沟道增强型MOSFET的工作原理 综上所述：
N沟道MOS管在vGS＜VT时， 不能形成导电沟道，管子 处于截止状态。 只有当vGS≥VT时，方能形成 沟道。 这种必须在vGS≥VT时才能形 成导电沟道的MOS管称为 增强型MOS管。 沟道形成以后，在漏-源极 间加上正向电压vDS，就有 漏极电流产生。
结型场效应管
一、结构
D
P 型区 漏极
耗尽层 (PN 结)
符 号
栅极
G P+
N 型 沟 道
P+
N N型硅棒 图 S 源极
在漏极和源极之间加 上一个正向电压，N 型半 导体中多数载流子电子可 以导电。
导电沟道是 N 型的， 称 N 沟道结型场效应管。
N 沟道结型场效应管结构图
P 沟道场效应管
D
P
N+
G
型 沟 道
N+
P 沟道场效应管是在 P 型硅棒的两侧做成高掺杂 的 N 型区(N+)，导电沟道 为 P 型，多数载流子为空 穴。
D G
S
图 P沟道结型场效应管结构图
S 符号
MOSFET符号
G
N沟道
D G
P沟道
D
耗尽型
S D G
S G
S D
增强型
S
JFET符号 耗尽型 g
d g
d
s
s
场效应管放大电路
场效应管放大电路的三种组态 根据场效应管在放大电路中的连接方式，场效应管放大 电路分为三种组态：共源极电路、共栅极电路和共漏极电路 共源极电路（对应共射电路）： 栅极是输入端，漏极是输出端，源极是输入输出的公共电极。 共栅极电路（对应共基电路） ： 源极是输入端，漏极是输出端，栅极是输入输出的公共电极。 共漏极电路（对应共集电极电路） ： 栅极是输入端，源极是输出端，漏极是输入输出的公共电极。
D
P
N+
G
型 沟 道
N+
P 沟道场效应管是在 P 型硅棒的两侧做成高掺杂 的 N 型区(N+)，导电沟道 为 P 型，多数载流子为空 穴。
D G
S
图 P沟道结型场效应管结构图
S 符号
4.3 绝缘栅型场效应管（MOSFET）
结型场效应管的输入电阻虽然可达106～109，在使用 中若要求输入电阻更高，仍不能满足要求。绝缘栅型场效应 管又称为金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）具有更高 输入电阻，可高达1015 。且有制造工艺简单、适于集成等 优点。 绝缘栅型场效应管的类别 增强型 MOSFET N沟道 P沟道 N沟道 P沟道
4.5 场效应管（FET）放大电路
根据前面讲的场效应管的结构和工作原理，和双 极性三极管比较可知，场效应管具有放大作用。 场效应管的三个极和双极性三极管的三个极存在 着对应关系即： G(栅极)→b(基极) S(源极)→e(发射极) D(漏极)→c(集电极) 所以根据双极性三极管放大电路，可组成相应的 场效应管放大电路。
场效应管（FET）放大电路的分析方法：
静态分析： 估算法、图解法。
微变等效电路法。 动态分析：
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。 而场效应管是电压控制器件，故组成放大电路时， 应给场效应管设置偏置偏压：合适的栅极电压（简称 栅压，为Q点电压），保证放大电路具有合适的工作
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。
FET分类：
N沟道（相当于NPN） JFET 结型 FET 场效应管 增强型 MOSFET 绝缘栅型 耗尽型 P沟道 （PNP） P 沟道 （PNP） N沟道（NPN） P沟道（相当于PNP） N沟道（NPN） （耗尽型）
(1) vGS对沟道的控制作用 当vGS=0时， 漏源极间是两个背靠 背的PN结，无论漏源 极间如何施加电压， 总有一个PN结处于反 偏状态，漏-源极间没 有导电沟道，将不会 有漏电流出现iD≈0。 S
–
v DS +
D
– v + G GS
N+
N+
P
N沟道增强型MOSFET的工作原理
vDS= 0 vGS增加，作用于半导 体表面的电场就越强， 吸引到P衬底表面的电 子就越多，导电沟道 越厚，沟道电阻越小。 开始形成沟道时的栅 源极电压称为开启电 压，用VT表示。 S
MOSFET的特性曲线
输出特性曲线
iD / mA
6
转移特性曲线
iD / mA
v DS 10V
vDS vGS VT
vGS 4V
4
2
vGS 3V vGS VT 2V
0
10
20 v DS / V
0
VT 2V 3V
4V
vGS / V
耗尽型NMOS管
1). 耗尽型NMOS管结构示意图
自给偏压电路 分压式偏置电路
（1）自偏压电路 vGS =- iDR
如图所示。因为在FET
的源极接入了Rs，所以即使
uGS=0，也有漏源电流ID流过
vGS
Rs，而栅极经RG接地， UG=0V，故在静态时负栅压 UGS=UG-US=0V-IDRS。
可见该电路的直流偏压是靠本身源极电阻Rs上的 压降设置的，故名自给偏压式电路。另电路种Cs对Rs 起交流旁路作用，Cs为源极旁路电容。
电流控制器件（基极电流控制晶体管导电能力） 输入阻抗不高 三极管特点 双极型器件（两种载流子：多子少子参与导电） 噪声高 电压控制器件（用电压产生电场来控制器件 的导电能力）故称为Field Effect Transistor 输入阻抗极高 场效应管特点 单极型器件（一种载流子：多子参与导电） 噪声小 缺点速度慢
s
Al
g
d
SiO2
N+
耗尽层
N+ P
反型层 （导电沟道）
耗尽型NMOS管在 vGS=0时，漏源极间 已有导电沟道产生， 通过施加负的栅源电 压（夹断电压）使沟 道消失，而增强型 NMOS管在vGS≥VT时 才出现导电沟道。
b
耗尽型NMOS管 1). 耗尽型NMOS管结构示意图
N沟道耗尽型MOS管 符号 D G S P沟道耗尽型MOS管 符号 D G
SiO2
s
Al
g
d
N+
耗尽层
N+
P
反型层 （导电沟道）
b
S
耗尽型MOS管 2). 耗尽型MOS管原理
SiO2
s
Al
g
d
N+耗ຫໍສະໝຸດ 层N+P反型层 （导电沟道）
N沟道耗尽型MOS管 当vGS为负时，沟道变窄， 沟道电阻变大，iD减小。 当vGS负向增加到某一数 值时，导电沟道消失， iD趋于零，管子截止； 使沟道消失时的栅源电 压称为夹断电压，用VP 表示。
结型场效应管（JFET）
一、结构
D
P 型区 漏极
耗尽层 (PN 结)
符 号
栅极
G P+
N 型 沟 道
P+
N N型硅棒 图 S 源极
在漏极和源极之间加 上一个正向电压，N 型半 导体中多数载流子电子可 以导电。
导电沟道是 N 型的， 称 N 沟道结型场效应管。
N 沟道结型场效应管结构图
P 沟道场效应管
7. 根据场效应管特点作放大时，应如何合理设置Q点？
场效应管是电压控制器件。 它具有输入阻抗高，噪声低的优点。
本章是本课程的难点，但不是本课程的重点。 由于学时数少，又因为场效应管放大电路与 三极管放大电路有许多相同之处，所以，本章学 习采用对比学习法，即将场效应管与三极管放大 电路比较，了解相同点，掌握不同点。
第四章 场效应管及其放大电路
1. 场效应管根据结构不同分为哪两大类？
2. 何谓耗尽型？何谓增强型？VP夹断电压和VT开启电压
分别是何种类型场效应管的重要参数之一？ 3. 场效应管有哪三个电极？和BJT管如何对应？ 4. 场效应管的两个电压VGS和VDS分别起何主要作用？ 5. 场效应管输出特性曲线分为哪几个区？作放大时工作 在哪个区？为什么？ 6. 场效应管是双极型 ？单极型？电压控制器件还是电流 控制器件？它的输入电阻如何？（与BJT对比）
–
v DS +
D
– v + G GS