第五章 场效应管放大电路

(9-1)第五章场效应管放大电路低频电子线路(9-2)场效应管与双极型晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管MOS场效应管有两种:§5.1场效应晶体管(9-3)N基底：N型半导体PP两边是P区G(栅极)S源极D漏极一、结构5.1.1结型场效应管:导电沟道(9-4)NPPG(栅极)S源极D漏极N沟道结型场效应管DGSDGS(9-5)PNNG(栅极)S源极D漏极P沟道结型场效应管DGSDGS(9-6)二、工作原理（以P沟道为例）UDS=0V时PGSDUDSUGSNNNNIDPN结反偏，UGS越大则耗尽区越宽，导电沟道越窄。(9-7)PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V时NNUGS越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。但当UGS较小时，耗尽区宽度有限，存在导电沟道。DS间相当于线性电阻。(9-8)PGSDUDSUGSNNUDS=0时UGS达到一定值时（夹断电压VP）,耗尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即使UDS0V，漏极电流ID=0A。ID(9-9)PGSDUDSUGSUGSVp且UDS0、UGDVP时耗尽区的形状NN越靠近漏端，PN结反压越大ID(9-10)PGSDUDSUGSUGSVp且UDS较大时UGDVP时耗尽区的形状NN沟道中仍是电阻特性，但是是非线性电阻。ID(9-11)GSDUDSUGSUGSVpUGD=VP时NN漏端的沟道被夹断，称为予夹断。UDS增大则被夹断区向下延伸。ID(9-12)GSDUDSUGSUGSVpUGD=VP时NN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(9-13)三、特性曲线UGS0IDIDSSVP饱和漏极电流夹断电压转移特性曲线一定UDS下的ID-UGS曲线(9-14)予夹断曲线IDUDS2VUGS=0V1V3V4V5V可变电阻区夹断区恒流区输出特性曲线0(9-15)N沟道结型场效应管的特性曲线转移特性曲线UGS0IDIDSSVP(9-16)输出特性曲线IDUDS0UGS=0V-1V-3V-4V-5VN沟道结型场效应管的特性曲线(9-17)结型场效应管的缺点：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。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。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。(9-18)5.2绝缘栅场效应管:一、结构和电路符号PNNGSDP型基底两个N区SiO2绝缘层导电沟道金属铝GSDN沟道增强型(9-19)N沟道耗尽型PNNGSD予埋了导电沟道GSD(9-20)NPPGSDGSDP沟道增强型(9-21)P沟道耗尽型NPPGSDGSD予埋了导电沟道(9-22)二、MOS管的工作原理以N沟道增强型为例PNNGSDUDSUGSUGS=0时D-S间相当于两个反接的PN结ID=0对应截止区(9-23)PNNGSDUDSUGSUGS0时UGS足够大时（UGSVT）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。感应出电子VT称为阈值电压(9-24)UGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，UGS越大此电阻越小。PNNGSDUDSUGS(9-25)PNNGSDUDSUGS当UDS不太大时，导电沟道在两个N区间是均匀的。当UDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。(9-26)PNNGSDUDSUGS夹断后，即使UDS继续增加，ID仍呈恒流特性。IDUDS增加，UGD=VT时，靠近D端的沟道被夹断，称为予夹断。(9-27)三、增强型N沟道MOS管的特性曲线转移特性曲线0IDUGSVT(9-28)输出特性曲线IDUDS0UGS0(9-29)四、耗尽型N沟道MOS管的特性曲线耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。转移特性曲线0IDUGSVT(9-30)输出特性曲线IDUDS0UGS=0UGS0UGS0(9-31)§5.3场效应管放大电路(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。组成原则：静态分析：估算法、图解法。动态分析：微变等效电路法。分析方法：(9-32)5.4场效应管的微变等效电路GSD),(DSGSDuufiDSDSDGSGSDDuuiuuiiDSDSGSmurug1GSDmuig跨导DDSDSiur漏极输出电阻uGSiDuDS(9-33)很大，可忽略。场效应管的微变等效电路为：GSDuGSiDuDSSGDugsgmugsudsSGDrDSugsgmugsuds(9-34)5.5场效应管的共源极放大电路一、静态分析求：UDS和ID。设：UGUGS则：UGUS而：IG=0所以：UDD=20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10kV5212DDGURRRUmA5.0SGSSDRURUIV10)(DSDDDDSRRIUU(9-35)uoUDD=20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k二、动态分析sgR2R1RGRL'dRLRD微变等效电路gsmUggsU(9-36)sgR2R1RGRL'dRLRDgsUgsmUgiUoUgsiUU)//(LDgsmoRRUgULmuRgA'21//RRRrGiM0375.1ro=RD=10k(9-37)5.6源极输出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G一、静态分析USUGmA50.RURUISGSSDUDS=UDD-US=20-5=15VV5211DDGURRRU(9-38)uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2GLgsmgsLgsmiouRUgURUgUUA11LmLmRgRgiUoUgsUgsmUgdIrirorogR2R1RGsdRLRS微变等效电路二、动态分析(9-39)rirorogR2R1RGsdRLRS微变等效电路21//RRRrGiM0375.1输入电阻ri(9-40)输出电阻ro加压求流法mgsmgsdogUgUIUr1SooRrr//UIdIgd微变等效电路roroR2R1RGsRSgsUgsmUg(9-41)场效应管放大电路小结(1)场效应管放大器输入电阻很大。(2)场效应管共源极放大器(漏极输出)输入输出反相，电压放大倍数大于1；输出电阻=RD。(3)场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于1且约等于1；输出电阻小。(9-42)第五章结束低频电子线路