第4章 场效应管放大电路

普通高等教育”十一五”国家级规划教材电子工业出版社模拟电子技术徐丽香编著第4章场效应管放大电路•学习目标：（１）了解场效应管电压放大作用和主要参数；（２）了解场效效应管放大器的特点及应用。（３）设计用场效应管制作的放大电路或者制作恒流源电路。4.1场效应管的基本特性•场效应管是利用栅源之间的电压，即uGS的大小来控制漏极电流iD的大小，利用电压来控制电流的大小。场效应管的种类和符号•场效应管分为结型场效应管（Junctionfieldeffecttransistor,简称JFET）和绝缘栅型场效应管（Insulatedgatefieldeffecttransistor，简称IGFET）两大类。•绝缘栅型场效应管有增强型和耗尽型两类。4.2结型场效应管•结型场效应管利用栅源电压UGS电压控制漏极电流ID。4.2结型场效应管•结型场效应管有三种正常工作状态：–夹断状态、–恒流状态、–可变电阻状态。•当场效应管用于放大时，应使其工作在恒流状态。4.2.1结型场效应管的特性1.栅源电压uGS对导电沟道的控制作用2.漏源电压uDS的大小对导电沟道产生的影响3.结型N沟通场效应管的输入输出特性①可变电阻区–在uDS较小时，iD随uGS的增大而增大。即场效应管可视为一个受uGS的控制的可变电阻。–uDS较小是指uDSuGS-UGS（off）。3.结型N沟通场效应管的输入输出特性②恒流区–当uDS继续增长到一定程度时，电源的iD的增长变慢，以后基本保持不变。这个区域称为恒流区或饱和区。–iD几乎仅决定于uGS，而与uDS无关，可把iD近似看成uGS控制的恒流源。–利用场效应管作放大管，应使其工作在恒流区。–根据半导体物理中对场效应管内部载流子的分析可以得到恒流区中iD的近似表达式为（UGS（off）uGS0）•式中，IDSS是uGS=0情况下产生预夹断（即恒流区）iD，称为饱和漏电流。3.结型N沟通场效应管的输入输出特性③击穿区–当漏极电压uDS继续增大，uGD也增大，增大到一定程度时会超出栅漏间PN结所能承受的反向电压，发生击穿现象，这时漏极电流iD迅速上升，场效应管进入击穿区。④夹断区–当uGS≤UGS（off）时，耗尽层闭合，导电沟道完全被夹断，iD≈0，管子进入夹断区。结型N沟通场效应管的转移特性结型N沟通场效应管的工作状态结型N沟通场效应管的工作状态特点【例4.1】•在图4.3所示电路中，已知场效应管的uGS（off）,=-5V；问在下列三种情况，管子分别工作在那个区？–（1）uGS=-8V，uDS=4V–（2）uGS=-3V，uDS=4V–（3）uGS=-3V，uDS=1V结型场效应管的管脚识别4.2.24.3绝缘栅型场效应管4.3.1绝缘栅型场效应管•绝缘栅型场效应管（MOSFET）因栅极采用金属铝，故又称为MOS管。•它的栅源极间电阻由于是完全绝缘的。•MOS管可分为N沟道和P沟道，每一类又分为增强型和耗尽型两种。•MOS场效应管在使用时应注意分类，不能随意互换。–在MOS管中，通常出厂时已将源极与衬底连在一起的，因此源极与漏极不能对调使用。N型沟道绝缘栅增强型场效应管的结构•栅极G与漏极D、源极S都是绝缘的；•iD受UGS和UDS控制。N型沟道绝缘栅增强型VMOS管的结构示意图•VMOS管的漏区散热面积大，耗散功率高；•漏源极间击穿电压高•工作频率上限高4.4各种场效应管特性曲线汇总4.4各种场效应管特性曲线汇总【例4.2】•两个场效应管的转移特性曲线分别如图4.5(a)、(b)所示，分别确定这两个场效应管的类型，并求其主要参数（开启电压或夹断电压，跨导）。测试时电流iD的参考方向为从漏极D到源极S。图4.5两个场效应管的转移特性曲线(a)(b)4.5场效应管的应用1.电压放大原理uGS变化控制iD的变化，利用RD把电流转化转化为电压变化2.场效应管偏置电路•自偏压电路。图中，漏极电流在RS上产生的源极电位u=iDRS。由于栅极基本不取电流，Rg上没有压降，栅极电位uG=0，所以栅源电压uGS＝uG－uS＝－iDRs分压式自偏压电路•适当选取Rg1、Rg2和RS值，就可得到各类场效应管放大工作时所需的正、零或负的偏压。4．场效应管构成的恒流源电路•输出电流iL仅跟输入电压uI和采样电阻R2有关，与负载RL的变化无关，只要保证uI稳定，就可以保证流过负载RL的输出电流iL基本稳定，从而实现恒流输出。4.5MOS场效应管使用注意事项•由于输入阻抗高，极易被静电击穿，因此，在运输、使用MOS器件时，要严格遵守防静电的操作规范。本章回顾•(1)场效应管是电压控制器件，用栅-源电压uGS控制漏极电流iD，栅极的电流基本为零，这是与晶体三极管最大的差别。场效应管由于输入阻抗高，极易被静电击穿，使用时要特别注意防静电。本章回顾•(2)场效应管是仅靠半导体中的一种载流子导电，它又被称为单极性晶极管，分为结型场效应管（JFET）和绝缘栅场效应管（MOS管），每一种分为N沟道和P沟道两种类型，绝缘栅场效应管又分为增强型和耗尽型两种，它们的特性都不同，在测试或使用时要特别注意分清楚。详细比较可参照表4.6。在测试判定电极及类型或管子的好坏时，要注意了解场效应管的内部结构。本章回顾•(3)场效应管与晶体三极管一样，可以构成放大电路和开关电路。构成放大电路的基本条件是场效应管的工作点位于特性曲线的恒流区，通过uGS变化控制iD的变化来实现。场效应管放大电路的分析方法与三极管构成放大电路的分析方法相似，主要是首先保证直流偏置正常，这一点通过静态分析法分析；其次是交流通过分析，依输入与输出的公共端不同，分为共源、共漏、共栅三种放大电路形式。