第5章 场效应管及其放大电路

模拟电子技术基础FundamentalsofAnalogElectronic第五章场效应管及其放大电路第五章场效应管及其放大电路§5.1场效应管§5.2场效应管基本放大电路§5.1场效应管一、结型场效应管二、绝缘栅型场效应管三、场效应管的分类一、结型场效应管（以N沟道为例）场效应管有三个极：源极（s）、栅极（g）、漏极（d），对应于晶体管的e、b、c；有三个工作区域：截止区、恒流区、可变电阻区，对应于晶体管的截止区、放大区、饱和区。符号结构示意图栅极漏极源极导电沟道单极型管∶噪声小、抗辐射能力强、低电压工作1.结构2.工作原理（1）栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用沟道最宽沟道变窄沟道消失称为夹断uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必须加负电压？UGS（off）（2）漏-源电压对漏极电流的影响uGS＞UGS（off）且不变，VDD增大，iD增大。预夹断uGD＝UGS（off）VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻，iD几乎不变，进入恒流区，iD几乎仅仅决定于uGS。场效应管工作在恒流区的条件是什么？uGDUGS（off）uGDUGS（off）常量DS)(GSDUufi夹断电压漏极饱和电流3.特性场效应管工作在恒流区，因而uGS＞UGS（off）且uGD＜UGS（off）。uDG＞－UGS（off）GS(off)GSDSUuu＞2GS(off)GSDSSD)1(UuIi在恒流区时（1）转移特性常量GS)(DSDUufig-s电压控制d-s的等效电阻（2）输出特性常量DSGSDmUuig预夹断轨迹，uGD＝UGS（off）可变电阻区恒流区iD几乎仅决定于uGS击穿区夹断区（截止区）夹断电压IDSSΔiD不同型号的管子UGS（off）、IDSS将不同。低频跨导：二、绝缘栅型场效应管uGS增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当反型层将两个N区相接时，形成导电沟道。SiO2绝缘层衬底耗尽层空穴高掺杂反型层1.增强型管大到一定值才开启增强型MOS管uDS对iD的影响用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。N沟道增强型MOS管工作在恒流区的条件是什么？iD随uDS的增大而增大，可变电阻区uGD＝UGS（th）,预夹断iD几乎仅仅受控于uGS，恒流区刚出现夹断uGS的增大几乎全部用来克服夹断区的电阻2.耗尽型MOS管耗尽型MOS管在uGS＞0、uGS＜0、uGS＝0时均可导通，且与结型场效应管不同，由于SiO2绝缘层的存在，在uGS＞0时仍保持g-s间电阻非常大的特点。加正离子小到一定值才夹断uGS=0时就存在导电沟道3.MOS管的特性1)增强型MOS管2)耗尽型MOS管开启电压夹断电压DGS(th)GSDO2GS(th)GSDOD2)1(iUuIUuIi时的为式中在恒流区时，3.场效应管的分类工作在恒流区时g-s、d-s间的电压极性)0(P)0(N)00(P)00(N)00(P)00(NDSGSDSGSDSGSDSGSDSGSDSGS＜极性任意，沟道＞极性任意，沟道耗尽型＜，＜沟道＞，＞沟道增强型绝缘栅型＜，＞沟道＞，＜沟道结型场效应管uuuuuuuuuuuu问题：uGS=0可工作在恒流区的场效应管有哪几种？只有uGS＞0才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？只有uGS＜0才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？N沟道增强型sgdBiDP沟道增强型sgdBiD2–2OuGS/ViD/mAUGS(th)OuDS/ViD/mA–2V–4V–6V–8VuGS=8V6V4V2VsgdBiDN沟道耗尽型iDsgdBP沟道耗尽型UGS(off)IDSSuGS/ViD/mA–5O5OuDS/ViD/mA5V2V0V–2VuGS=2V0V–2V–5VN沟道结型sgdiDsgdiDP沟道结型uGS/ViD/mA5–5OIDSSUGS(off)OuDS/ViD/mA5V2V0VuGS=0V–2V–5V各种FET符号、特性的比较讨论一：利用图示场效应管组成原理性共源放大电路。讨论二：如何利用Multisim测试场效应管的输出特性从输出特性曲线说明场效应管的哪些特点？§5.2场效应管基本放大电路一、场效应管静态工作点的设置方法二、场效应管放大电路的动态分析三、场效应管放大电路的频率响应一、场效应管静态工作点的设置方法根据场效应管工作在恒流区的条件，在g-s、d-s间加极性合适的电源dDQDDDSQ2GS(th)BBDODQBBGSQ)1(RIVUUVIIVU1.基本共源放大电路2.自给偏压电路sDQSQGQGSQsDQSQGQ0RIUUURIUU，2GS(off)GSQDSSDQ)1(UUII)(sdDQDDDSQRRIVU由正电源获得负偏压称为自给偏压哪种场效应管放大电路能够采用这种电路形式设置Q点？3.分压式偏置电路sDQSQDDg2g1g1AQGQRIUVRRRUU2GS(th)GSQDODQ)1(UUII)(sdDQDDDSQRRIVU为什么加Rg3?其数值应大些小些？哪种场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？即典型的Q点稳定电路二、场效应管放大电路的动态分析DSGSDmUuig近似分析时可认为其为无穷大！根据iD的表达式或转移特性可求得gm。与晶体管的h参数等效模型类比：1.场效应管的交流等效模型2.基本共源放大电路的动态分析doidmgsddioRRRRgURIUUAu若Rd=3kΩ，Rg=1MΩ，gm=2mS，则与共射电路比较。?uA3.基本共漏放大电路的动态分析ismsmsdgssdio1RRgRgRIURIUUAu若Rs=3kΩ，gm=2mS，则?uA基本共漏放大电路输出电阻的分析msomsooooo1gRUgRUUIUR∥若Rs=3kΩ，gm=2mS，则Ro=?三、场效应管单管放大电路的频率响应'Hπ21gsgCRfCRRf)π(21LdL)j1)(j1(jHLLmffffffAAuudg'Lmgs'gs)1(CRgCC