1、場效應管放大電路第1頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二第四章 場效應管放大電路1 熟悉MOSFET 、 JFET的外特性、主要 參數、使用注意事項。2 掌握FET放大電路的工作原理，靜態偏置電路，會用小信號模型方法分析動態性能。3了解FET工作原理。基本要求：第2頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二概 述4.3 結型場效應管4.1 絕緣柵場效應管（MOSFET）4.4 砷化鎵金屬半導體場效應管4.5 各種放大器件電路性能比較4.2 MOSFET放大電路第四章 場效應管放大電路第3頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二概述1、場效

2、應管 利用電場效應來控制輸出電流的半導體器件 2、特點： 體積小、重量輕、耗電省、壽命長 輸入電阻高 噪聲低 熱穩定好 制造工藝簡單，便于集成化 第4頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二N溝道P溝道增強型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道FET場效應管JFET結型MOSFET絕緣柵型(IGFET)概述3、分類： 第5頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二概 述4.3 結型場效應管4.1 絕緣柵場效應管（MOSFET）4.4 砷化鎵金屬半導體場效應管4.5 各種放大器件電路性能比較主要內容：4.2 MOSFET放大電路第6頁，共36頁，2022年，5月20日

3、，11點36分，星期二4.1 絕緣柵場效應管漏極D 柵極和其它電極及硅片之間是絕緣的，稱絕緣柵型場效應管。金屬電極1) N溝道增強型管的結構柵極G源極S4.1.1 增強型絕緣柵場效應管SiO2絕緣層P型硅襯底 高摻雜N區第7頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二GSD符號： 由于柵極是絕緣的，柵極電流幾乎為零，輸入電阻很高，最高可達1014 。漏極D金屬電極柵極G源極SSiO2絕緣層P型硅襯底 高摻雜N區 由于金屬柵極和半導體之間的絕緣層目前常用二氧化硅，故又稱金屬-氧化物-半導體場效應管，簡稱MOS場效應管。第8頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二2

4、）N溝道增強型管的工作原理EGP型硅襯底N+N+GSD+UGSED+ 由結構圖可見，N+型漏區和N+型源區之間被P型襯底隔開，漏極和源極之間是兩個背靠背的PN結。 當柵源電壓UGS = 0 時，不管漏極和源極之間所加電壓的極性如何，其中總有一個PN結是反向偏置的，反向電阻很高，漏極電流近似為零。SD第9頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二2）N溝道增強型管的工作原理EGP型硅襯底N+N+GSD+UGSED+ 當UGS 0 時，P型襯底中的電子受到電場力的吸引到達表層，填補空穴形成負離子的耗盡層；N型導電溝道在漏極電源的作用下將產生漏極電流ID，管子導通。當UGS UGS（

5、th）時，將出現N型導電溝道，將D-S連接起來。UGS愈高，導電溝道愈寬。ID第10頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二2）N溝道增強型管的工作原理EGP型硅襯底N+N+GSD+UGSED+N型導電溝道當UGS UGS(th）后，場效應管才形成導電溝道，開始導通，若漏源之間加上一定的電壓UDS，則有漏極電流ID產生。在一定的UDS下漏極電流ID的大小與柵源電壓UGS有關。所以，場效應管是一種電壓控制電流的器件。 在一定的漏源電壓UDS下，使管子由不導通變為導通的臨界柵源電壓稱為開啟電壓UGS(th）。ID第11頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二工作

6、原理小結1. 正常放大時各極電壓極性：G、S間加正偏壓VGG S+GD、S間外加偏壓VDDDS襯底S第12頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二2. 工作原理: (P200)(1) vGS 對 iD的控制作用： vGS =0， 無導電溝道 iD =0 vGS 垂直電場 vGS VT 形成導電溝道 vGS 導電溝道厚度 溝道電阻 iD 開啟電壓（剛好形成導電溝道時的vGS )第13頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二(2) vDS對導電溝道的影響作用：vDS ( =vGS-vDS=VT )vDS 夾斷區增長iD不隨vDS增大而增加 vDS iD隨vDS增

7、大而增加導電溝道傾斜，預夾斷第14頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二3）特性曲線有導電溝道轉移特性曲線無導電溝道ID/mAUDS/V0UGS= 1VUGS= 2VUGS= 3VUGS= 4V漏極特性曲線可變電阻區恒流區截止區開啟電壓UGS(th）UDSUGS/第15頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二N型襯底P+P+GSD符號：結構4) P溝道增強型 SiO2絕緣層加電壓才形成 P型導電溝道 增強型場效應管只有當UGS UGS(th）時才形成導電溝道。第16頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二結構 耗盡型絕緣柵場效應管GSD符

8、號：SiO2絕緣層中摻有正離子預埋了N型 導電溝道 如果MOS管在制造時導電溝道就已形成，稱為耗盡型場效應管。1 ) N溝道耗盡型管第17頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二2. 耗盡型絕緣柵場效應管 由于耗盡型場效應管預埋了導電溝道，所以在UGS= 0時，若漏源之間加上一定的電壓UDS，也會有漏極電流 ID 產生。 當UGS 0時，使導電溝道變寬， ID 增大； 當UGS 0時，使導電溝道變窄， ID 減小； UGS負值愈高，溝道愈窄， ID就愈小。 當UGS達到一定負值時，N型導電溝道消失，ID= 0，稱為場效應管處于夾斷狀態（即截止）。這時的UGS稱為夾斷電壓，用U

9、GS(off）表示。 這時的漏極電流用 IDSS表示，稱為飽和漏極電流。第18頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二2) 耗盡型N溝道MOS管的特性曲線夾斷電壓 耗盡型的MOS管UGS= 0時就有導電溝道，加反向電壓到一定值時才能夾斷。 UGS(off)轉移特性曲線0ID/mA UGS /V-1-2-348121612UDS=常數U DSUGS=0UGS0漏極特性曲線0ID/mA16201248121648IDSS第19頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二2. 耗盡型絕緣柵場效應管3) P 溝道耗盡型管N型襯底P+結構P+符號：GSD預埋了P型 導電溝

10、道SiO2絕緣層中摻有負離子第20頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二耗盡型GSDGSD增強型N溝道P溝道GSDGSDN溝道P溝道G、S之間加一定電壓才形成導電溝道在制造時就具有原始導電溝道源極漏極柵極第21頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二4.1.3 場效應管的主要參數1) 開啟電壓 UGS(th)：是增強型MOS管的參數2) 夾斷電壓 UGS(off)：3) 飽和漏電流 IDSS：是結型和耗盡型MOS管的參數4) 低頻跨導 gm：表示柵源電壓對漏極電流 的控制能力極限參數：最大漏極電流、耗散功率、擊穿電壓。第22頁，共36頁，2022年，5月2

11、0日，11點36分，星期二 場效應管與晶體管的比較 雙極型三極管 單極型場效應管 電流控制 電壓控制 控制方式電子和空穴兩種載流子同時參與導電載流子電子或空穴中一種載流子參與導電類 型 NPN和PNP N溝道和P溝道放大參數 rce很高 rds很高 輸出電阻輸入電阻較低較高熱穩定性 差 好制造工藝 較復雜 簡單，成本低對應電極 BEC GSD第23頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二概 述4.3 結型場效應管4.1 絕緣柵場效應管（MOSFET）4.4 砷化鎵金屬半導體場效應管4.5 各種放大器件電路性能比較4.2 MOSFET放大電路第四章 場效應管放大電路第24頁，共

12、36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二4.2 場效應管放大電路 場效應晶體管具有輸入電阻高、噪聲低等優點，常用于多級放大電路的輸入級以及要求噪聲低的放大電路。 場效應管的源極、漏極、柵極相當于雙極型晶體管的發射極、集電極、基極。 場效應管的共源極放大電路和源極輸出器與雙極型晶體管的共發射極放大電路和射極輸出器在結構上也相類似。 場效應管放大電路的分析與雙極型晶體管放大電路一樣，包括靜態分析和動態分析。 第25頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二4.2.1. 自給偏壓式偏置電路 柵源電壓UGS是由場效應管自身的電流提供的，故稱自給偏壓。UGS = RSIS =

13、 RSID+UDD RSCSC2C1RDRG+T+_+_uiuOIS +_UGST為N溝道耗盡型場效應管 增強型MOS管因UGS=0時， ID 0，故不能采用自給偏壓式電路。第26頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二+UDD RSCSC2C1RDRG+T+_+_uiuOIS +_UGS靜態分析可以用估算法或圖解法( 略 )估算法：UGS = RSID將已知的UGS(off)、IDSS代入上兩式，解出UGS、ID; 由 UDS= UDD ID（RD+ RS）解出UDS列出靜態時的關系式 對增強型MOS管構成的放大電路需用圖解法來確定靜態值。第27頁，共36頁，2022年，5

14、月20日，11點36分，星期二+UDD RSCSC2C1RDRG+T+_+_uiuOIS +_UGS例：已知UDD =20V、RD=3k、 RS=1k、 RG=500k、UGS(off)= 4V、IDSS=8mA，確定靜態工作點。解：用估算法UGS = 1 IDUDS= 20 2（ 3 + 1 ）= 12 V列出關系式解出 UGS1 = 2V、UGS2 = 8V、ID1=2mA、ID2=8mA 因UGS2 UGS(off) 故舍去 ，所求靜態解為UGS = 2V ID=2mA、第28頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二 分壓式偏置電路1) 靜態分析+UDD RSCSC2C

15、1RG1RDRG2RG+RLuiuo估算法：將已知的UGS(off)、IDSS代入上兩式，解出UGS、ID; 由 UDS= UDD ID（RD+ RS）解出UDS列出靜態時的關系式流過 RG 的電流為零第29頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二2) 動態分析電壓放大倍數RG1RDRG2RG+RL+SDGT交流通路輸入電阻輸出電阻 RG是為了提高輸入電阻ri而設置的。第30頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二4.2.3 源極輸出器+UDD RSC2C1RG1RG2RG+RLuiuo+RG1RSRG2RG+RL+SDGT+交流通路電壓放大倍數特點與晶體管

16、的射極輸出器一樣第31頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二當場效應管工作在可變電阻區時，漏源電阻： 場效應管可看作由柵源電壓控制的可變電阻。U DS1V1.5VUGS=0.5V0ID/mA162012481216482V2.5V| UGS |愈大， RDS愈大。N溝道結型場效應管的轉移特性第32頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二（Junction type Field Effect Transistor-JFET）4.3 結型場效應管( P225 P230 自學 )要求：了解JFET結構、工作原理；掌握JFET特性、符號。掌握JFET工作在放大區時外加電壓極性：4. 熟悉P237 表5.5. 1第33頁，共36頁，2022年，5月20日，11點36分，星期二P234（不要求）各種FET的特性及使用注意事項 (P236 自學 了解)一、各種FET的特性比較 (P237 表5.5.1)二、使用注意事項4.4 砷化鎵金屬半導體FET4.5 各種放大器的特性及使用注意事項1、襯底處理：襯底源極S2、D、S