4 场效应管放大电路 4.1 结型场效应管 *4.2 砷化镓金属-半导体场效应管 4.3 金属-氧化物-半导体场效应管 4.1 结型场效应管 *4.2 砷化镓金属-半导体场效应管 4.3 金属-氧化物-半导体场效应管 4.4 场效应管放大电路 4.5 各种放大器件电路性能比较

场效应管是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件。 特点：输入电阻高、噪声低、热稳定性能好、抗辐射能力强。 主要用于大规模和超大规模集成电路中。 单极型晶体管　 常用于数字集成电路

场效应管分类： N沟道 （耗尽型） JFET 结型 P沟道 FET 场效应管 N沟道 增强型 P沟道 MOSFET 绝缘栅型 (IGFET)

4.1 结型场效应管 4.1.1 JFET的结构和工作原理 4.1.2 JFET的特性曲线及参数  结构  工作原理  输出特性 4.1 结型场效应管 (Junction type Field Effect Transisstor) 4.1.1 JFET的结构和工作原理  结构  工作原理 4.1.2 JFET的特性曲线及参数  输出特性  转移特性  主要参数

4.1.1 JFET的结构和工作原理 1. 结构 漏极，用D或d表示 栅极，用G或g表示 源极，用S或s表示 N型导电沟道 符号 P型区 4.1 结型场效应管 4.1.1 JFET的结构和工作原理 1. 结构 漏极，用D或d表示 栅极，用G或g表示 源极，用S或s表示 N型导电沟道 符号 P型区 # 符号中的箭头方向表示什么？

2.工作原理（以N沟道为例） vDS=0V时 ① VGS对沟道的控制作用 iD PN结反偏，VGS越负,则耗尽区越宽，导电沟道越窄。 N

VGS达到一定值时耗尽区碰到一起，DS间的导电沟道被夹断。 VDS N G S D VGS P iD 当沟道夹断时，对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP （ 或VGS(off) ）。 对于N沟道的JFET，VP <0。

② VDS对沟道的控制作用 VDS=0V时 iD D N VDS N P G VGS S VDS iD  当VGS=0时，  G、D间PN结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。 iD D N VDS N P G VGS S

越靠近漏端，PN结反压越大 iD D VDS G P N VGS S 当VDS增加到使VGD=VP 时，在紧靠漏极处出现预夹断。 夹断区延长  iD D  沟道电阻 VDS ID基本不变  P G N VGS S

③ VGS和VDS同时作用时 iD P N VGS越小耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。iD 减小。 当VP <VGS<0 时， 导电沟道更容易夹断， iD D 对于同样的VDS ， iD的值比VGS=0时的值要小。 VDS P 在预夹断处 G VGD=VGS-VDS =VP N VGS S

综上分析可知 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电， 所以场效应管也称为单极型三极管。 4.1 结型场效应管 综上分析可知 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电， 所以场效应管也称为单极型三极管。 JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因 此iG0，输入电阻很高。 JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后， iD趋于饱和。 # 为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？

4.1.2 JFET的特性曲线及参数 1. 输出特性 2. 转移特性 # JFET有正常放大作用时，沟道处于什么状态？ VP 4.1 结型场效应管 4.1.2 JFET的特性曲线及参数 1. 输出特性 2. 转移特性 VP # JFET有正常放大作用时，沟道处于什么状态？

3. 主要参数 ① 夹断电压VP (或VGS(off))： 漏极电流约为零时的VGS值 。 ② 饱和漏极电流IDSS： 4.1 结型场效应管 3. 主要参数 ① 夹断电压VP (或VGS(off))： 漏极电流约为零时的VGS值 。 ② 饱和漏极电流IDSS： VGS=0时对应的漏极电流。 低频跨导反映了vGS对iD的控制作用。gm可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子)。 ③ 低频跨导gm： 或 ④ 输出电阻rd：

3. 主要参数 ⑤ 直流输入电阻RGS： 对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107Ω。 ⑥ 最大漏源电压V(BR)DS 4.1 结型场效应管 3. 主要参数 ⑤ 直流输入电阻RGS： 对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107Ω。 ⑥ 最大漏源电压V(BR)DS ⑦ 最大栅源电压V(BR)GS ⑧ 最大漏极功耗PDM

小结（JFET管） 1.N沟道结型场效应管的特性曲线 iD 转移特性曲线 饱和漏极电流 IDSS 夹断电压 vGS VP

N沟道结型场效应管的特性曲线 输出特性曲线 iD 予夹断曲线 vGS=0V 击穿区 -1V 可变电阻区 -2V 恒流区 -3V -4V vDS vGS=0V -1V -3V -4V -5V 予夹断曲线 击穿区 可变电阻区 -2V 恒流区 夹断区

2 P沟道结型场效应管 D G S 符号 栅源端加正电压 漏源端加负电压 转移特性曲线 vGS iD IDSS VP 夹断电压 饱和漏极电流

P沟道结型场效应管 输出特性曲线 夹断区 iD v DS 予夹断曲线 可变电阻区 2V vGS=0V 1V 3V 4V 5V 恒流区

*4.2 砷化镓金属-半导体场效应管 结型场效应管的缺点： 绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。 1. 栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在某些场合仍嫌不够高。 2. 在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。 3. 栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。 绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。 *4.2 砷化镓金属-半导体场效应管 （Metal-Smeiconductor Field-Effect Transistor) MESFET 以N沟道为主

4.3 金属-氧化物-半导体场效应管 N沟道 增强型 MOSFET P沟道 (IGFET) N沟道 绝缘栅型 耗尽型 P沟道 MOSFET (Metal-Oxide-semiconductor type Field Effect Transistor) 特点：输入电阻很高，最高可达到1015欧姆。 表面场效应器件 N沟道 增强型 MOSFET 绝缘栅型 (IGFET) P沟道 N沟道 耗尽型 P沟道 耗尽型是当vGS=0时，存在导电沟道，iD≠0. 增强型是当vGS=0时，不存在导电沟道， iD=0 。

4.3 金属-氧化物-半导体场效应管:(MOS) 4.3.1 N汮道增强型MOSFET 1 结构和电路符号 g s d P N g s d 金属铝 两个N区 三个铝电极 栅极与漏极、源极无电接触。 P型硅衬底 SiO2绝缘层

2 工作原理 VGS=0时 VDS VGS 对应截止区 P N G S D D-S 间相当于两个反接的PN结 以N 沟道增强型为例 2 工作原理 以N 沟道增强型为例 (1) VGS 改变感生沟道电阻以控制iD的大小。 VGS=0时 VDS VGS iD=0 对应截止区 P N G S D D-S 间相当于两个反接的PN结

VGS足够大时（VGS>VT）感应出足够多电子，这里出现以电子导电为主的N型导电沟道。 P N G S D VDS VGS 感应出电子 VT称为阈值电或开启电压：在VDS 作用下开始导电的VGS 。

VGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，VGS越大此电阻越小。 VDS>0时 iD VGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，VGS越大此电阻越小。 P N G S D VDS VGS

当VDS不太大时，导电沟道在两个N区间是均匀的。 （2）VDS改变iD 当VDS不太大时，导电沟道在两个N区间是均匀的。 P N G S D VDS VGS 当VDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。

VDS增加，VGD=VT 时，靠近D端的沟道被夹断，称为予夹断。 P N G S D VDS VGS 夹断后，即使VDS 继续增加，iD仍呈恒流特性。 iD

3.增强型N沟道MOS管的特性曲线 （1）输出特性曲线 iD V DS 击穿区 可变电阻区 恒流区 VGS>0

3.增强型N沟道MOS管的特性曲线 (2)转移特性曲线 iD vGS VT vDS=10V (3)计算公式

4.参数　　见表4.1.1 P 沟道增强型 N P g s d g s d 栅源端加负电压 漏源端加负电压

g s d N g s d P 4.3.2 耗尽型MOSFET 1.N 沟道耗尽型 e 予埋了导电沟道 （正离子），在P型衬底表面形成反型层（N型）。∴在vGS ＝0时，就有感生沟道，当V DS ＞0时，则有iD通过。

2.P 沟道耗尽型 s g d g s d P P N 予埋了导电沟道（负离子）

3.耗尽型N沟道MOS管的特性曲线 耗尽型的N沟道MOS管VGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。 iD VGS VP 转移特性曲线

输出特性曲线 vGS>0 vGS=0 vGS<0 iD vDS 栅源电压可正可负。 vGS=0 vGS<0 vGS>0 栅源电压可正可负。 4.3.3各种FET的特性比较及使用注意事项。（见P173－P175）

4.4 场效应管放大电路 4.4.1 FET的直流偏置及静态分析  直流偏置电路  静态工作点 4.4 场效应管放大电路 4.4.1 FET的直流偏置及静态分析  直流偏置电路  静态工作点 4.4.2 FET放大电路的小信号模型分析法  FET小信号模型  动态指标分析  三种基本放大电路的性能比较

4.4.1 FET的直流偏置电路及静态分析 1. 直流偏置电路 VGS = - IDR （1）自偏压电路 （2）分压式自偏压电路 vGS

2. 静态工作点 Q点： VGS 、 ID 、 VDS 已知VP ，由 VGS = - IDR VDS = VDD 4.4 结型场效应管 2. 静态工作点 Q点： VGS 、 ID 、 VDS 已知VP ，由 VGS = - IDR VDS = VDD - ID (Rd + R ) 可解出Q点的VGS 、 ID 、 VDS 如知道FET的特性曲线，也可采用图解法。

4.4 结型场效应管 4.4.2 FET放大电路的小信号模型分析法 1. FET小信号模型 （1）低频模型

4.4 结型场效应管 （2）高频模型

4.4 结型场效应管 2. 动态指标分析 （1）中频小信号模型

2. 动态指标分析 （2）中频电压增益 输出电压与输入电压反相。 （3）输入电阻 （4）输出电阻 忽略 rd 由输入输出回路得 则 通常 则 4.4 结型场效应管 2. 动态指标分析 （2）中频电压增益 忽略 rd 由输入输出回路得 输出电压与输入电压反相。 则 （3）输入电阻 通常 则 （4）输出电阻

例题 例4.4.2 共漏极放大电路如图示。试求中频电压增益、输入电阻和输出电阻。 解： （1）中频小信号模型 （2）中频电压增益 由 得 例4.4.2 共漏极放大电路如图示。试求中频电压增益、输入电阻和输出电阻。 解： （1）中频小信号模型 （2）中频电压增益 由 得 （3）输入电阻

例题 （4）输出电阻 由图有 所以

3. 三种基本放大电路的性能比较 组态对应关系： BJT FET CE CS CC CD CB CG 电压增益： BJT FET CE： 4.4 结型场效应管 3. 三种基本放大电路的性能比较 组态对应关系： BJT FET CE CS CC CD CB CG 电压增益： BJT FET CE： CS： CC： CD： CB： CG：

3. 三种基本放大电路的性能比较 输入电阻： BJT FET CE： CS： CC： CD： CB： CG： 输出电阻： CE： CS： 4.4 结型场效应管 3. 三种基本放大电路的性能比较 输入电阻： BJT FET CE： CS： CC： CD： CB： CG： 输出电阻： CE： CS： CC： CD： CB： CG：

例题 放大电路如图所示。已知 试求电路的中频增益、输入电阻和输出电阻。 画中频小信号等效电路 解： 根据电路有 则电压增益为 则 由于 {end}

本章结束