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1、场效应管概述,场效应管是继三极管之后发展起来的另一类具有放大作用的半导体器件,其特点是输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、制造工艺简单，在集成电路中占有重要地位。本章讲述场效应管的类型、工作原理、特性及其三组态电路等基本知识。,第四章 场效应管及基本放大电路,学习方法：学习本章内容时，应特别注意使用比较和归纳的方法：.与三极管及其放大电路进行比较（两种管子的结构、工作原理、外特性、主要参数、小信号模型等的比较；两种器件组成的放大电路的直流偏置电路及静态、动态分析方法的比较；共射与共源、共集与共漏等放大电路性能的比较）。重点掌握:N沟道增强型MOSFET(集成电路中广泛运用).,双极型
2、和场效应型三极管的比较,双极型和场效应型三极管的比较(续),4.1.1 N沟道增强型MOS场效应管结构,4.1 N沟道增强型MOS场效应管,漏极D集电极C,源极S发射极E,绝缘栅极G基极B,衬底B,电极金属绝缘层氧化物基体半导体因此称之为MOS管,2.MOSFET的工作原理,N+,N+,N沟道增强型(重点),P沟道增强型,N沟道耗尽型,P沟道耗尽型,一、N沟道增强型MOS场效应管结构,三、N沟道增强型MOS场效应管特性曲线,iD=f(VGS)VDS=C,转移特性曲线,iD=f(VDS)VGS=C,输出特性曲线,当VGS变化时，RON将随之变化，因此称之为可变电阻区,恒流区(放大区，饱和区)：V
3、GS一定时，iD基本不随VDS变化而变化。,VGS/V,四.电流电压关系（由半导体电路基本理论得到）,电阻区：ID,放大区：,为N沟道元件的传导参数(已知)。,VTN开启电压。,(重点),4.2 MOSFET的偏置电路(重点),1.分离MOSFET放大电路的直流偏置2.集成MOSFET放大电路的直流偏置,4.3.1 分离MOSFET电路的直流偏置,1.分离MOSFET偏置CS放大电路,4.3.1 分离MOSFET电路的直流偏置,1.分离MOSFET偏置CS电路,2.直流通路,静态工作点Q(ICQ,IBQ,UCEQ),基极分压射极偏置电路,基极分压射极偏置电路稳Q条件：Ib1 Ib2IB工程上取
4、5-10倍。,直流通道及静态工作点Q估算,IBQ=ICQ/,UCEQ=VCC-ICRC-IERe,ICQ IEQ=UE/Re=（UB-UBE）/Re(基本不变),UBE 0.7V,电容开路,画出直流通路,基极分压射极偏置电路稳Q条件：Ib1 Ib2IB,Q点：,VGS、,ID、,VDS,1.因为MOSFET的栅极电流IG为零(反偏)，与G极相连的支路可看成开路。则G极电位：VG=VGS=R2/（R1+R2）VDD,3.VDS=VDD-IDRD,可解出Q点的UGS、ID、UDS,2.电流-电压关系（放大区?）ID=Kn（VGS-VTN）2 Kn为N沟道元件的电导参数(已知)；VT开启电压。,分析
5、指南,求VGS，VGSVT?,假设工作在放大区ID=Kn(VGS-VT)2,假设工作在电阻区ID=Kn2(VGS-VT)VDS-VDS2,工作在截止区,VDSVGS-VT?(预夹断方程),成立,不成立,VDSVGS-VT?,成立,不成立,是,否,是,是,否,否,判断MOSFET电路的工作区（重点）,例4.2：计算N沟道增强型MOSFET共源极电路的静态工作点Q。,电路如图所示。设R1=30k，R2=20k，RD=20k，VDD=5V，VTN=1V，Kn=0.1mA/V2。求VGS,ID和VDS。,，,解：,=,5=2VVTN=1V,假设场效应管处于放大状态，则：,=0.1(2-1),=0.1m
6、A,=5-0.120=3V,因为,2-1=1V,所以假设成立，即场效应管确实处于放大状态，上述分析是正确的。,说明：如果不满足,漏极电流ID的计算要采用公式：,，则场效应管处于电阻区，,不在截止区,例4.3目的：计算N沟道增强型MOSFET的Q。电路如图所示。场效应管的参数为VTN=1V，Kn=0.5mA/V2。求VGS、ID和VDS。,RS的作用-稳定静态工作点,假设场效应管处于放大区，则：,即假设成立，场效应管处于放大区。另两种假设（电阻区或截止区）导致无解。,解：,由上两式可得：VGS=2.65V或VGS=-2.65V(舍去）ID=1.35mA,VDSVGS-VTN=2.65-1=1.6
7、5V,直流电路如图所示。设MOSFET的参数为 VTN=2V，Kn=0.16mA/V2。试确定R1和R2使流过它们的电流为0.1ID。要求ID=0.5mA.(采用标准电阻),例4.4：设计MOSFET电路的直流偏置，满足漏极电流的特定要求。,解：假设场效应管工作于放大区，则有,即 0.5=0.16(,-2),解得,=3.77V或,=0.23VVTN（舍去）,又,所以,取R1=100k，R2=100k。,验证场效应管是否处于放大区,确实处于放大区，假设正确。,4.2.2 集成MOSFET电路的直流偏置,例4.5目的：设计一个由恒流源提供偏置的MOSFET电路。,电路如图4.11(a)所示。场效应管的参数为,设计电路参数使,解：假设场效应管处于放大区，则有,确实工作在放大区。,验证是否工作在放大区：,将N沟道增强型MOSFET像图4.12所示那样连接的电路应用较为广泛。图中，,永远成立，另外只要保证,即可保证场效应管工作在放大区。,常称这种连接电路为增强型负载电路（这种称法在下一章作详细解释）。,例4.6目的：计算含增强型负载电路的工作点。,电路如图4.13所示。已知VTN=0.8V，Kn=0.05mA/V2。,解：由于场效应管工作于放大区，所以,由上两式可得,解得,
