晶体管及其小信号放大 －场效应管放大电路

场效应晶体管(FET) 电压控制器件 多子导电 输入阻抗高,噪声低,热稳定好,抗辐射,工艺简单,便于集成,…应用广泛

§4 场效应晶体管及场效应管放大电路 §4.1 场效应晶体管(FET) N沟道 （耗尽型） JFET P沟道 结型 FET N沟道 场效应管 §4 场效应晶体管及场效应管放大电路 §4.1 场效应晶体管(FET) 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 IGFET 绝缘栅型 N沟道 耗尽型 P沟道

§ 4.1.1 结型场效应管 一、结构 漏极 栅极 N沟道 源极 利用PN结反向电压对耗尽层宽度的控制来 改变导电沟道的宽度,从而控制通过的电流

二、工作原理（以N沟道为例） ID UGS 正常工作: UGS<=0, UDS>0V 初始就有沟道， 是耗尽型。 ID受UGS 和UDS的控制 正常工作: UGS<=0, UDS>0V PN结反偏，|UGS|越大则耗尽层越宽，导电沟道越窄，电阻越大。 ID 初始就有沟道， 是耗尽型。 UGS

UDS>0但较小: ID随UDS的增加而线性上升。(UGS固定) ID UGS

ID D N G P UGS S UGS负到一定值时,耗尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即使UDS  0V，漏极电流ID=0A。 夹断电压 UGS S

ID UGS> ,但UDS增加到 UGS - ,即 UGD= UGS – UDS = 靠近漏极的沟道夹断. 预夹断 UDS增大则被夹断区向下延伸。此时，电流ID由未被夹断区域中的载流子形成，基本不随UDS的增加而增加，呈恒流特性。 ID= IDSS

三、特性曲线和电流方程 1. 输出特性 2. 转移特性 UGD= （饱和区） 夹断区

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。

§ 4.1.2 绝缘栅场效应管（ IGFET) 最常见的绝缘栅型场效应管是MOSFET( Metal Oxide Semiconductor FET)。分为 增强型  N沟道、P沟道 耗尽型  N沟道、P沟道

一 N沟道增强型MOSFET 1 结构

2 工作原理 反型层 (1) VGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的 二极管，在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。 (2) VGS> VGS（th)>0时，形成导电沟道 VGS越大， 沟道越宽， 电阻越小。 反型层

VGD=VGS－VDS ＝ VGS（th)时发生预夹断 (3) VGS> VGS（th)>0时， VDS>0 VDS较小时， ID随之线性上升 VDS稍大后，产生横向电位梯度 VGD=VGS－VDS ＝ VGS（th)时发生预夹断 出现预夹断后，随着VDS继续增大，夹断点向源极方向移动， ID略有增加

3 N沟道增强型MOS管的特性曲线 ID=f(VDS)VGS=const 输出特性曲线 VGD=VGS（th) （饱和区） 夹断区

ID=f(VGS)VDS=const 转移特性曲线 即 时的值 VGS（th)

二 N沟道耗尽型MOSFET 正离子 VGS为正 沟道加宽 VGS为负 沟道变窄 夹断电压 使用方便

输出特性曲线 ID U DS 转移特性曲线 UGS>0 UGS=0 UGS<0

P沟道MOSFET P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。

2.2.5 双极型和场效应型三极管的比较 双极型三极管 场效应三极管 双极型三极管 场效应三极管 结构 NPN型 结型（耗尽型）N沟道 P沟道 PNP型 绝缘栅增强型 N沟道 P沟道 绝缘栅耗尽型 N沟道 P沟道 C与E一般不可倒置使用 D与S一般可倒置使用 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CCCS(β) 电压控制电流源VCCS(gm)

一 场效应管的参数 § 4.1.4 场效应管的参数和型号 ① 开启电压VGS(th) (或VT) § 4.1.4 场效应管的参数和型号 一 场效应管的参数 ① 开启电压VGS(th) (或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VGS(off) (或VP) 夹断电压是耗尽型FET的参数，当VGS=VGS(off) 时,漏极电流为零。 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

④ 输入电阻RGS 场效应三极管的栅源输入电阻的典型值，对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107Ω，对于绝缘栅型场效应三极管, RGS约是109～1015Ω。 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， 这一点与电子管的控制作用相似。gm可以在 转移特性曲线上求取，也可由电流方程求得 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。

二 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。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。

几种常用的场效应三极管的主要参数

半导体三极管图片

半导体三极管图片

§4.2 场效应 放大电路 组成原则： 分析方法： (1) 静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区，场效应管的偏置电路相对简单。 §4.2 场效应 放大电路 组成原则： (1) 静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区，场效应管的偏置电路相对简单。 (2) 动态：能为交流信号提供通路。 分析方法： 静态分析： 估算法、图解法。 动态分析： 微变等效电路法。

4.2.2 场效应管的直流偏置电路及静态分析 一 自偏压电路 Q点： VGS 、 ID 、 VDS （适用于耗尽型） vGS = - iDR 一 自偏压电路 Q点： VGS 、 ID 、 VDS （适用于耗尽型） vGS vGS = - iDR VDS = VDD - ID (Rd + R ) 注意：两组解，一组不合理

二 分压式偏置电路 （两种都适用）

4.2.2 场效应管的低频小信号等效模型 iD G S D uDS uGS 跨导 漏极输出电阻

场效应管的微变等效电路为： G D S G D S iD D uDS gmugs rDS uds G ugs uGS S gmugs ugs 很大， 一般可忽略 S G D ugs gmugs uds JFET相同

4.2.3 共源极放大电路 微变等效电路 RL' g d RG RD RL R1 R2 s UDD=20V 10k RD R1 C2 D uo UDD=20V RS ui CS C2 C1 R1 RD RG R2 RL 150k 50k 1M 10k G D S s g R2 R1 RG RL' d RL RD 微变等效电路

s g R2 R1 RG RL' d RL RD ro=RD=10k