模拟电子技术课程(第三章场效应管放大电路)

预夹断后，即使 UDS 继续增加， 由于沟导电阻值 也随之增加，ID 呈恒流特性
UGS S N P G
UDS D N
ID
UDS继续增加，UGD UGS(off) 时，靠近D 端的沟道被夹断 （又称预夹断） 12
3.2.1 N沟道增强型MOS管
3. 特性曲线（转移特性） 只有在UGS>UT时才出现 沟道，故称为增强型
+
Ui -
(a)共源极放大电路 1.静态分析 1）解析法 (UGSQ ,IDQ ,UDSQ )
U GSQ U DD
I DQ
(b) 交流通路
R1 I DQ Rs R1 R2 U GSQ 2 I DSS (1 ) U GS(off)
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U DSQ U DD I DQ ( Rd Rs )
i
2）输入电阻
ri Rg ( R1 // R2 )
3）输入电阻和输出电阻
ro Rd
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3.5 场效应管放大电路
3.自给偏压电路
+UDD Rd C1 + Rg T RL Rs + Cs Uo + C2 + + C1 + Rg Rd T RL Rs + Cs Uo + C2 + +UDD
+
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3.5 场效应管放大电路
动态分析： 微变等效电路法。
g + Ugs s gmUgs rds Id + d g + Ugs gmUgs s Id + d
Uds -
Uds -
(a)包括rds在内的微变等效电路
(b) 简化的微变等效电路
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+UDD R2 C1 + R1 Rg Rs Rd T RL + Cs + C2
3.5 场效应管放大电路
+ + T Rg Rd R1 R2 RL Ui + Uo -
+
Uo -
Ui -
(a)共源极放大电路 1.静态分析 1）解析法 (UGSQ ,IDQ ,UDSQ )
U GSQ R1 U DD I DQ Rs R1 R2
U GSQ U GS(off) )2
(b) 交流通路 2）图解法 P84-85
2. 工作原理 UGS=0时 S N UGS G UDS D N P D-S 间相当于 两个反接的 7 PN结 即使UDS>0, ID 仍为0， 称为截止
ID=0
B
3.2.1 N沟道增强型MOS管
2. 工作原理
UGS>0时
S
UGS G N P
UDS D N
UGS 足够大，即（UGS >UT）时，会感应出 足够多电子，形成一 个以电子导电为主的 N 型导电沟道。
RGS
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4. 直流输入电阻
3.4 场效应管主要参数
3.4.2 交流参数
iD gm uGS
U DS 常数
1 . 低频跨导
反应了UGS 对漏极电流ID 的控制作用
2. 极间电容 场效应管有三个极间电容，包括： CGS、CGD和 CDS ，一般极间电容越小越好
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3.4.4 场效应管的特点
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3.5 场效应管放大电路
动态分析： 微变等效电路法。
g + Ugs s gmUgs rds Id + d g + Ugs gmUgs s Id + d
Uds -
Uds -
(a)包括rds在内的微变等效电路
(b) 简化的微变等效电路
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3.5 场效应管放大电路
+UDD R2 C1 + R1 Rg Rs Rd T RL + Cs Uo + C2 + + Ui R1 R2 Rg Rd RL T + Uo -
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3.2.1 N沟道增强型MOS管
UGS> UGS(th) 且不变时： S N P UGS G UDS D N
ID 当U 不太大时，导 DS
电沟道在两个N 区 间是均匀的，沟道 电阻值不变， ID 随UDS 变化
当UDS 继续变大时， UGD 减少，即靠近D 区 的电场减弱、导电沟道变窄。
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3.2.1 N沟道增强型MOS管
3.4.4 场效应管的特点
(4) 结构对称，有些器件的源极和漏极可以互换使用 (5) 集成度更高 (6) MOS管输入电阻太高，会积累电荷，产生静电 击穿使管子烧毁，要注意进行保护 (7) 跨导较小，在相同负载电阻下，放大倍数比三 极管低
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3.5 场效应管放大电路
场效应管是电压控制器件。它利用栅源电压来控制漏极 电流的变化。它的放大作用以跨导来体现，在场效应管的漏 极特性的水平部分，漏极电流iD的值主要取决于uGS，而几 乎与uDS无关。 (1) 静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区(放 大区)，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。 分析方法： 静态分析： 估算法、图解法。 动态分析： 微变等效电路法。
Ui -
Ui -
(a) N沟道耗尽型MOS管放大电路
(b) N沟道结型场效应管放大电路
自给偏压共源极放大电路
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3.5 场效应管放大电路
4. 举例分析 例：设上页图（a）所示共源极放大电路中，场效应管的 UGS(off) =-1V, IDSS=0.5mA，UDD=18V, R1=47kΩ，R2=2MΩ， Rg=10MΩ， Rs=2kΩ，Rd=30kΩ，RL=30kΩ。 1）求放大电路的静态工作点； 2）求放大电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。 解 1）根据电路的直流通路，有
解： 2) 先求gm
U 2I i g m D DSS (1 GSQ ) uGS U GS(off ) U GS(off ) 0.23 2 0.5 (1 ) 0.77mS 1 1
U U 30 30 gs o Au g m ( RD // RL ) 0.77 11.6 U i U gs 30 30 ri Rg ( R1 // R2 ) Rg 10 M
恒流区
击穿区
ID
UDS= UGS –UGS(th)
UGS=UGS(th)+2V
截止区 0
UGS=UGS(th)+1V UGS=UGS(th
U DS
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3.4 场效应管主要参数
3.4.1 直流参数
1 . 饱和漏极电流 I DSS 2. 夹断电压 3. 开启电压
U GS ( off )
U GS (th )
2. 工作原理 UGS S G UDS D
ID
当UDS>0并保持不 变时，导电沟道中 有电流流过，其值 由UGS 决定
我们可以通过改变 N UGS 来改变沟道电阻的大小，达到控制 N ID 大小的目的，所以说场效应管是一种电压控制元件。
P IG 0，所以说场效应管输入 此时，由于绝缘层的存在，
电阻很高。
4
3.2 绝缘栅型场效应管
• 3.2.1 N沟道增强型MOS场效应管 • 3.2.2 N沟道耗尽型MOS场效应管
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3.2.1 N沟道增强型MOS管
1. 结构 源极 栅极 漏极
S
G
D
衬底 金属铝 高掺杂N区 D G SiO2绝缘层 S
6 N沟道增强型
N B
P P型衬底
N
B
3.2.1 N沟道增强型MOS管
输入电阻的意义
在三极管放大电路中，输入电阻与发射结电阻 rbe有关。由于三极管正常时，发射结处于正向偏 置，所以rbe 较小，造成三极管放大电路的输入电 阻较小，一般在千欧左右。因此，对于一些要求 高输入电阻放大电路的应用来说，无法满足要求。
3
场效应管（FET：Field Effect Transistor) 是利用输入回路的电场效应来控制输出电流 的一种半导体器件。其输入电阻非常高，可 达上百兆欧，所以得到了广泛的应用。根据 结构的不同，分为两类： 结型场效应管（ JFET ） 绝缘栅型场效应管 （IGFET）, 又称 作MOS 管
3.5 场效应管放大电路
2.动态分析 1）电压放大倍数
U U i gs
+ Ui R1 R2 s g Rg gmUgs Rd RL Id d + Uo -
g U U o m gs ( Rd // RL )
U o g ( R // R ) A m d L u U
(1) 电压控制型器件，即通过改变UGS来控制 ID 比较：半导体三极管是通过改变IB来IC ，所以 是电流控制型器件 (2) 高输入电阻，输入端几乎没有电流 比较：半导体三极管发射结正向偏置，存 在输入电流，输入电阻小 (3) 利用多数载流子导电，故称为单极性三极管 比较：半导体三极管存在两种载流子，又称为 17 双极性三极管
U GSQ U DD
I DQ I DSS (1
R1 47 I DQ Rs 18 I DQ Rs R1 R2 2047
) 0.5 (1
2
U GSQ U GS(off)
U GSQ 1
)2
解得：
IDQ1=1.6mA[舍去] ；IDQ2=0.32mA= IDQ UGSQ=-0.23V UDSQ=7.76V
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3.5 场效应管放大电路
例：设图（a）所示共源极放大电路中，场效应管的UGS(off) =-1V, IDSS=0.5mA，UDD=18V, R1=47kΩ，R2=2MΩ，Rg=10MΩ， Rs=2kΩ，Rd=30kΩ，RL=30kΩ。 2）求放大电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。