晶体管及其小信号放大 －场效应管放大电路.

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1 晶体管及其小信号放大 －场效应管放大电路

2 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

3 §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 § 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

5 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

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

7 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

8 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

9 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

10 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。

11 § 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

12 一 N沟道增强型MOSFET 1 结构

13 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

14 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

15 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

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

17 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

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

19 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。

20 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)

21 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)
§ 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

22 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。

23 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。

24 几种常用的场效应三极管的主要参数

25 半导体三极管图片

26 半导体三极管图片

27 §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。

28 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

29 二 分压式偏置电路 （两种都适用）

30 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

31

32 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

33 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

34 s g R2 R1 RG RL' d RL RD ro=RD=10k