电子技术第5章 场效应管放大电路1

5.1金属-氧化物-半导体场效应（MOSFET）5.3结型场效应管（JFET）*5.4砷化镓金属-半导体场效应管☆5.5各种放大器件电路性能比较☆5.2MOSFET放大电路P沟道耗尽型P沟道P沟道N沟道增强型N沟道N沟道（耗尽型）FET场效应管JFETMOSFET耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道场效应管的分类：MetalOxideSemiconductor——MOSFET增强型N沟道、P沟道耗尽型N沟道、P沟道增强型：没有导电沟道，。时，00DGSiv。时，00DGSiv耗尽型：存在导电沟道，N沟道P沟道增强型N沟道P沟道耗尽型L：沟道长度W：沟道宽度tox：绝缘层厚度通常WL1.结构5.1.1N沟道增强型MOSFET剖面图1.结构（N沟道）vGS越大，导电沟道越厚，沟道电阻越小。（1）vGS对沟道的控制作用①当vGS≤0时无导电沟道，d、s间加电压时，无电流产生。②当0vGSVT时VT称为开启电压产生电场，但未形成导电沟道，d、s间加电压后，没有电流产生。③当vGS≥VT时在电场作用下产生导电沟道，d、s间加电压后，有电流产生。2.工作原理（2）vDS对沟道的控制作用靠近漏极d处的电位升高电场强度减小沟道变薄当vGS一定（vGSVT）时，vDSiD沟道电位梯度整个沟道呈楔形分布当vGS一定（vGSVT）时，vDSiD沟道电位梯度当vDS增加到使vGD=VT时，在紧靠漏极处出现预夹断。（2）vDS对沟道的控制作用在预夹断处：vGD=vGS-vDS=VT预夹断后，vDS夹断区延长沟道电阻iD基本不变（2）vDS对沟道的控制作用（3）vDS和vGS同时作用时vDS一定，vGS变化时给定一个vGS，就有一条不同的iD–vDS曲线。const.GSDDS)(vvfiVGSVT0，VDS0。BJT的输入特性：iB=f(vBE)；iC=iBMOS管的iG=0，iD受vGS控制,故称为电压控制器件。（2）转移特性1.结构和工作原理（N沟道）二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子可以在正或负的栅源电压下工作，而且基本上无栅流5.1.2N沟道耗尽型MOSFET5.1.2N沟道耗尽型MOSFET21)(PGSDSSDVIiv21)(TGSDODVIiv（N沟道增强型）耗尽型MOS管，VGS可－,可0,可+；VDS0。2.V-I特性曲线5.1.3P沟道MOSFETVDS0，VGSVT0，iD流出d极－＋－－－＋iD一、直流参数1.开启电压VT（增强型参数）2.夹断电压VP（耗尽型参数）3.饱和漏电流IDSS（耗尽型参数）4.直流输入电阻RGS（109Ω～1015Ω）5.1.5MOSFET的主要参数DSGSDmVigv2.低频互导gm定义:二、交流参数有关。管结构参数有关且与它与大能力反映了管子的控制和放低频互导D,iMOSgm1.输出电阻rdsGSDDSdsVirvN沟道结型场效应管DGSP沟道结型场效应管DGSN沟道P沟道增强型MOS管N沟道P沟道耗尽型MOS管增强型MOS管特性小结绝缘栅场效应管N沟道增强型P沟道增强型VGSVT0，VDS0,id流向d端。VGSVT0，VDS0，id流出d端。耗尽型MOSFET的特性曲线绝缘栅场效应管N沟道耗尽型P沟道耗尽型VGS:可－,可0,可+；VDS0,id流向d端。VGS:可－,可0,可+VDS0，id流出d端。场效应管与晶体管的比较电流控制电压控制控制方式电子和空穴两种载流子同时参与导电载流子电子或空穴中一种载流子参与导电类型NPN和PNPN沟道和P沟道放大参数200~20BCiimS10~1mGSDVigrce很高rds很高输出电阻输入电阻421010~较低1471010~较高双极型三极管单极型场效应管热稳定性差好制造工艺较复杂简单，成本低对应电极b—e—cg—s—d5.2.1MOSFET放大电路1.直流偏置及静态工作点的计算2.图解分析☆3.小信号模型分析*5.2.2带PMOS负载的NMOS放大电路5.2MOSFET放大电路1.直流偏置及静态工作点的计算（1）简单的共源极放大电路（N沟道）共源极放大电路直流通路（1）输出特性const.DSDGS)(vvfi①截止区3.V-I特性曲线导电沟道尚未形成，iD＝0外部条件：当vGS＜VT时，②可变电阻区rdso是受vGS控制的可变电阻外部条件：vDS≤（vGS－VT）③饱和区（恒流区或放大区）条件：vGSVT，且vDS≥（vGS－VT）特点：iD与vGS成正比,不随vDS变化。DDg2g1g2GSVRRRV验证是否满足)(TGSDSVVV如果不满足，应调整放大电路参数MOS管工作在恒流区，须满足VGSVT，且VDS(VGS－VT)2)(TGSnDVVKIdDDDDSRIVV由Kn叫做电导常数,单位是mA/V2,是与管子结构有关的参数。1.直流偏置及静态工作点的计算（1）简单的共源极放大电路2)(TGSnDVVKI在饱和区，有SGGSVVV)()(dDSSDDDSRRIVVV])([SSSSDDg2g1g2VVVRRR)(SSDVRI（2）带源极电阻的共源极放大电路需验证是否满足)(TGSDSVVV3.小信号模型分析diIiDQDgsmdvgi2TGSnDQ)(VVKI解：直流分析如例5.2.2,不在重复。mS1mS)12(5.02)(2TGSQnmVVKg例5.2.5共源放大电路题目中常给出gm,不用求。（2）放大电路分析小信号模型电路dgsmoRgvvRg)(gsmgsivvvRgRgAmdmio1vvvg2g1i//RRRdoRRsiiososvvvvvvvAssiivRRRA)1(mgsRgv)||()||)((dsgsmgsdsgsmiorRgrRgAvvvvvv1)||(1)||(dsmdsmrRgrRg)()||(1)||(siidsmdsmsiiososRRRrRgrRgAvvvvvvv共漏例5.2.6共漏放大电路（1）电压增益3.小信号模型分析（2）输入输出电阻g2g1i//RRRmdsmds01//////11gRrgRrRttoivRRogsmdsttvgRrvi//tgsvvtmdsttvgRrvi//5.3.1JFET的结构和工作原理5.3.2JFET的特性曲线及参数5.3.3JFET放大电路的小信号模型分析法5.3结型场效应管1.N沟道结构5.3.1JFET的结构和工作原理2.工作原理①vGS对沟道的控制作用当vGS＜0时当沟道夹断时，对应的栅源电压vGS称夹断电压VP（或VGS(off)）。对于N沟道的JFET，VP0。PN结反偏耗尽层加厚沟道变窄。vGS继续减小，沟道继续变窄。注意：加的是反偏电压②vDS对沟道的控制作用当vGS=0时，vDSiD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。当vDS增加到使vGD=VP时，在紧靠漏极处出现预夹断。此时vDS夹断区延长沟道电阻iD基本不变③vGS和vDS同时作用时当VPvGS0时，导电沟道更容易夹断，对于同样的vDS，iD的值比vGS=0时的值要小。在预夹断处vGD=vGS-vDS=VP综上可知•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。•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。const.DSDGS)(vvfi2.转移特性const.GSDDS)(vvfi1.输出特性2PGSDSSD)1(VIiv(VP≤vGS≤0)5.3.2JFET的特性曲线及参数N沟道JFET工作条件：Vpvgs0；vDSvGS－VP0结型场效应管的特性小结结型场效应管N沟道耗尽型P沟道耗尽型vpvgs0iD流入d端0vgsvpiD流出d端1.JFET小信号模型（1）低频模型☆5.3.3JFET放大电路的小信号模型分析法2.动态指标分析（1）小信号模型直流条件是否满足：0212RIVRRRVVVDDDgggsggs小信号等效电路rds可看作，可不画出（2）电压增益（3）输入电阻（4）输出电阻ivgsvRggsmv)1(mgsRgvovdgsmRgvRgRgAmdm1mv则:)||(g2g1g3iRRRRdoRR解：小信号等效电路已知，mS18mg，100试求电路的增益、输入、输出电阻。，k1ber例：gsm1VgiVgsV2gsm1RVgbIbIbIoVcgsm1cbRVgRIβMVA2m1cm11RgRg6.128giRRcoRRM5电压增益为sgiRRRioVV由于则k20soSMVVAViosiVVVVMisiVARRR6.128MVA场效应管rgs大，使放大电路的Ri提高，因此对VS几乎没有衰减。