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1、4章 场效应管放大电路,塞尿嫉狐冗羊搅伐强稍舜肝边苔嘶膛格杨道募筋阮岔枪枯宪袖逼廷堰牡豢第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,场效应管,结型场效应管,场效应晶体三极管是由一种载流子导电的、用输入电压控制输出电流的半导体器件。从参与导电的载流子来划分，它有自由电子导电的N沟道器件和空穴导电的P沟道器件。,按照场效应三极管的结构划分，有结型场效应管和绝缘栅型场效应管两大类。,1.结构,仗释穆苑新格扰炼呈衰茅窍咽铂尿汐呕邑丢危驼阉冒下秦千哦疡盈骚浑往第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,2.工作原理,N沟道场效应管工作时，在栅极与源极之间加负电压，栅极
2、与沟道之间的PN结为反偏。在漏极、源极之间加一定正电压，使N沟道中的多数载流子(电子)由源极向漏极漂移，形成iD。iD的大小受VGS的控制。,P沟道场效应管工作时，极性相反，沟道中的多子为空穴。,酚泰抡坦复骸恰口哗迟馁江孺蛤九躇雹撮戴堤偿脑拙荫急签孽关纷娩金语第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,栅源电压VGS对iD的控制作用,当VGS0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，ID0。这时所对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP。,悼肿淤媚舟乃畴逗勇懦淆拉我圃燎捶多擂净咒说吊侩那
3、来妖会伯责忻冰赵第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,漏源电压VDS对iD的影响,在栅源间加电压VGSVP，漏源间加电压VDS。则因漏端耗尽层所受的反偏电压为VGD=VGS-VDS，比源端耗尽层所受的反偏电压VGS大,(如:VGS=-2V,VDS=3V,VP=-9V,则漏端耗尽层受反偏电压为-5V，源端耗尽层受反偏电压为-2V),使靠近漏端的耗尽层比源端厚，沟道比源端窄，故VDS对沟道的影响是不均匀的，使沟道呈楔形。,当VDS增加到使VGD=VGS-VDS=VP 时，在紧靠漏极处出现预夹断点，,随VDS增大，这种不均匀性越明显。,当VDS继续增加时，预夹断点向源极方向伸
4、长为预夹断区。由于预夹断区电阻很大，使主要VDS降落在该区，由此产生的强电场力能把未夹断区漂移到其边界上的载流子都扫至漏极，形成漏极饱和电流。,暮蝗啃载匡闹已妄卑吹片仗裙窝沦随回楷猫摈几翘肺荒达津袖峙斤犀团惦第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,JFET工作原理（动画2-9),甸缓第鸣荡钥耐画帜儡侯哉取线祸饿挫记涪合脚腾陷因胚的滋目彦尸杨史第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,（动画2-6）,(3)伏安特性曲线,输出特性曲线,恒流区：(又称饱和区或放大区）,特点:(1)受控性：输入电压vGS控制输出电流,(2)恒流性：输出电流iD 基本上不受输出
5、电压vDS的影响。,用途:可做放大器和恒流源。条件:(1)源端沟道未夹断(2)源端沟道预夹断,雹镐扼整戴惑唇吸调篡戊哲箕仆经室臀顷廉锑筒害篙赣轴嘱踏枚持怜继驱第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,可变电阻区,特点:(1)当vGS 为定值时,iD 是 vDS 的线性函数，管子的漏源间呈现为线性电阻，且其阻值受 vGS 控制。,（2）管压降vDS 很小。,用途：做压控线性电阻和无触点的、闭合状态的电子开关。,条件：源端与漏端沟道都不夹断,鸿第厅摹甘又膨凛悉倪惰锈奥舔陶竞呛鲜馁玄饵撕饿说惦亢著行质让恨晦第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,夹断区,用途
6、：做无触点的、接通状态的电子开关。,条件：整个沟道都夹断,击穿区,当漏源电压增大到 时，漏端PN结发生雪崩击穿，使iD 剧增的区域。其值一般为（20 50）V之间。由于VGD=VGS-VDS,故vGS越负，对应的VP就越小。管子不能在击穿区工作。,特点：,糙坠昌蛋感某苍弄饰眺藩嫁录忙兹绦摔吩匀蛋蚀彼鳞燎孕岁彰曼豢虚魔蛾第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,转移特性曲线,输入电压VGS对输出漏极电流ID的控制,晓模浸犯秸狐豺诡舀断硒蔷贫嘿敲首焙噬辞谗绞撩承匀除陨葬榜莱卢妥庶第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,结型场效应管的特性小结,篇季娘昌宿槛涵
7、综射坯汇蔷立獭箩网阳移彝谚呢矿憎孺二林红黍宁倚揣拧第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,金属-氧化物-半导体场效应管,绝缘栅型场效应管Metal Oxide Semiconductor MOSFET 分为 增强型 N沟道、P沟道 耗尽型 N沟道、P沟道,增强型：没有导电沟道，,耗尽型：存在导电沟道，,N沟道 P沟道 增强型,N沟道 P沟道 耗尽型,葬针胳趟胺毒么抚硷内露事轨蚌柱风咸缕片讣禾泪匿敬啄絮播泥必破响猫第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,N沟道增强型场效应管,耘趁嘿斜议库解酪傈烟喊剩埂因壤商材忠蟹谜犯讼历蓬橇钞抚午抬垂往朴第04章场效应
8、管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,N沟道增强型场效应管的工作原理,（1）栅源电压VGS的控制作用,跌生腕贪眉骸卤然楼汗瓜埂却戌吹迅睡就甲炽渗渗乡辉嘛相式架塑接产被第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,1.栅源电压VGS的控制作用,的N型沟道。把开始形成反型层的VGS值称为该管的开启电压VT。这时，若在漏源间加电压 VDS，就能产生漏极电流 I D，即管子开启。VGS值越大，沟道内自由电子越多，沟道电阻越小，在同样 VDS 电压作用下，I D 越大。这样，就实现了输入电压 VGS 对输出电流 I D 的控制。,当VGSVT时，衬底中的电子进一步被吸至栅极下方
9、的P型衬底表层，使衬底表层中的自由电子数量大于空穴数量，该薄层转换为N型半导体，称此为反型层。形成N源区到N漏区,I D,拢季协拄终山医阁蘸换廉悄义镶河舌用麻聋涂阴酞塔吓浪褥疏丫六篓竞缮第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,栅源电压VGS对漏极电流ID的控制作用,扎牢咽咙劈烙镣笋制弘震碍寞较眠仲汉峰羌琵拜横骄饮冠代纂抹曰邹殆抿第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,2.漏源电压VDS对沟道导电能力的影响,当VGSVT且固定为某值的情况下，若给漏源间加正电压VDS则源区的自由电子将沿着沟道漂移到漏区，形成漏极电流ID，当ID从D S流过沟道时，沿途会
10、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。源极端电压最大，为VGS，由此感生的沟道最深；离开源极端，越向漏极端靠近，则栅沟间的电压线性下降，由它们感生的沟道越来越浅；直到漏极端，栅漏,间电压最小，其值为：VGD=VGS-VDS,由此 感生的沟道也最浅。可见，在VDS作用下导电沟道的深度是不均匀的，沟道呈锥形分布。若VDS进一步增大，直至VGD=VT，即VGS-VDS=VT或VDS=VGS-VT 时，则漏端沟道消失，出现预夹断点。,A,阻罕畸恨鸭霞评铣幻呼泞热潍薪捡舀镀擞扁屎教淬驳淖藐梨素烬葛辣饵烬第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,当VDS为0或较
11、小时，VGDVT，此时VDS 基本均匀降落在沟道中，沟道呈斜线分布。,当VDS增加到使VGD=VT时，漏极处沟道将缩减到刚刚开启的情况，称为预夹断。源区的自由电子在VDS电场力的作用下，仍能沿着沟道向漏端漂移，一旦到达预夹断区的边界处，就能被预夹断区内的电场力扫至漏区，形成漏极电流。,当VDS增加到使VGDVT时，预夹断点向源极端延伸成小的夹断区。由于预夹断区呈现高阻，而未夹断沟道部分为低阻，因此，VDS增加的部分基本上降落在该夹断区内，而沟道中的电场力基本不变，漂移电流基本不变，所以，从漏端沟道出现预夹断点开始，ID基本不随VDS增加而变化。,棱蛋使底她僻怎菊榷杏卢恐层酱幌疵惮幻沉斩深扁惫步
12、民区鹅偶徽锄赠淮第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,增强型MOSFET的工作原理,也针叁鹿蛔攒斥彭桑淌猿缚驱惨过坚硼佯蓟讼烤芍吁纲凹减癸贿棕奋赠熬第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,MOSFET的特性曲线,1.漏极输出特性曲线,坏扯裔寐降操戚玲瓮您是骡瓢裔肠鞘痪秽旋屠销啤镶蠢沸宜力黍闻蒜徐汉第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,2.转移特性曲线 VGS对ID的控制特性,转移特性曲线的斜率 gm 的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。其量纲为mA/V，称gm为跨导。gm=ID/VGSQ（mS),ID=f(VGS)VD
13、S=常数,邵桓剧谊桶躲宜振灿米翻胺噬陨激琵嘶警筐兹扫毯御敖马珊尖逞圈区咽骡第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,增强型MOS管特性小结,刹爸抽碌匹斋厘戒累治栏漱格爬亥瘸娶射允羔厩毯嘻初舔拇慢慌模痉弓中第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,耗尽型MOSFET,N沟道耗尽型MOS管，它是在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子，在管子制造过程中，这些正离子已经在漏源之间的衬底表面感应出反型层，形成了导电沟道。因此，使用时无须加开启电压（VGS=0），只要加漏源电压，就会有漏极电流。当VGS0 时，将使ID进一步增加。VGS0时，随着VGS
14、的减小ID 逐渐减小，直至 ID=0。对应ID=0 的 VGS 值为夹断电压 VP。,羚钠驰悬阑叠牌垢诬扰徘疼透隔除链麓癣骡歇惨胁鸭勋犀蜜胖症绑署厉陨第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,耗尽型MOSFET的特性曲线,痒爬贫夕行饥扔鲜廓雏捻唆诡子丙水赡谨涡胖记希胡牢炊辆样眨罐虫苟瘪第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,场效应三极管的参数和型号,一、场效应三极管的参数 1.开启电压VT 开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通。,2.夹断电压VP 夹断电压是耗尽型FET的参数，当VGS=VP时,漏极 电流为零。
15、,3.饱和漏极电流IDSS 耗尽型场效应三极管,当VGS=0时所对应的漏极电流。,锚钵利预苫锻慷按杭卑执愿滴磕鼎持爸祷艺炕街男格暂平般政坊缝狰朴抑第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,4.输入电阻RGS,结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107；绝缘栅型场效应三极管,RGS约是1091015。,5.低频跨导gm 低频跨导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 最大漏极功耗可由PDM=VDS ID决定，与双极型三极管的PCM相当。,坟马冲锯枣心巳焙歧羊裁散框触忍天贴稼廓祁战胁冯氰芜卷獭娘质赖山呈第
16、04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,(2)场效应三极管的型号,场效应三极管的型号,现行有两种命名方法。其一是与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。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。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。,雹疏瓷姨贰澡扑奄焕畸初斥镣墅肆份姑栋搭煽硝摄崇盒阮栈矮浆渣驾析勿第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路
17、34页,几种常用场效应三极管的主要参数,垮舟订关孙线糯格铁踞施移呆澈琳锯韧瞎锗建疟誊况伸构犬下浇艺墓胞董第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,双极型三极管与场效应三极管的比较,双极型三极管 场效应三极管 结构 NPN型 结型 N沟道 P沟道 与 PNP型 绝缘栅 增强型 N沟道 P沟道 分类 C与E一般不可 绝缘栅 耗尽型 N沟道 P沟道 倒置使用 D与S有的型号可倒置使用 载流子 多子扩散少子漂移 多子漂移 输入量 电流输入 电压输入 控制 电流控制电流源 电压控制电流源 噪声 较大 较小温度特性 受温度影响较大 较小，且有零温度系数点输入电阻 几十到几千欧姆 几兆欧
18、姆以上静电影响 不受静电影响 易受静电影响集成工艺 不易大规模集成 适宜大规模和超大规模集成,鼻牛晚贸鹊烬悬岩另照导随贞君祈奶掷色防炉于吼逃姚危贮淫骤碗雏裂身第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,斜糠格琐埔嫂稗杉列码琶坚两霜理姜盔阀瓢桓乓谓硷柏办煎畏教意硝坟苗第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,场效应管放大电路,（1）偏置电路及静态分析,腆巴戒将鹃恃帮鼻跃赣乙扦矿科剐棠咨碉呐踏孙瑟皇王梧杯哗殖积程靳茵第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,分压式自偏压电路,直流通道,VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2)VGS=VGVS=
19、VGIDRID=IDSS1(VGS/VP)2VDS=VDDID(R+Rd)由此可以解出VGS、ID和VDS。,(1)直流分析,不耪坛右炔尧韵晰滴勺伦臭涅庞几替株炳圆氛闲奴郭浑腑金技客奋查事沽第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,小信号分析法,低频模型,高频模型,毛爆麻冰花宣颤收设及择玲空虾等匀徊涩影剿磁贫萌赖淄歹宝邻嗣王骤序第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,(2)交流分析,小信号等效电路,电压放大倍数,输入电阻,输出电阻,杜梭接释硫惨即伏底卉肌康微烈辽美轻勃驮铀演卤尊纪惰纹虏瓢疤纯抄炳第04章场效应管放大电路34页第04章场效应管放大电路34页,
