第第5章章 场效应管放大电路场效应管放大电路引言引言场效应管（场效应管（FET）是第二种主要类型的三）是第二种主要类型的三端放大器件，有两种主要类型：端放大器件，有两种主要类型：1、-氧化物氧化物-半导体场效应管半导体场效应管（MOSFET）2、结型、结型场效应管场效应管（JFET）场效应管是电压控制电流型器件，属单极型场效应管是电压控制电流型器件，属单极型器件。本章重点介绍器件。本章重点介绍MOS管放大电路。管放大电路。模电场效应管1定义：定义：场效应管是一种利用半导体内的场效应管是一种利用半导体内的电场效应电场效应来控来控制其电流大小的半导体器件。制其电流大小的半导体器件。分类：分类：场效应管场效应管（FET） 结结 型型（JFETJFET） 绝缘栅型绝缘栅型（MOSFETMOSFET）P P沟道沟道JFETJFETN N沟道沟道JFETJFETN N沟道沟道MOSFETMOSFETP P沟道沟道MOSFETMOSFET耗尽型耗尽型D D耗尽型耗尽型D D增强型增强型E E（耗尽型耗尽型）耗尽型耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在增强型增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道增强型增强型E E 51 金属金属- -氧化物氧化物- -半导体场效应管半导体场效应管 （MOSFETMOSFET）模电场效应管15.1.1N5.1.1N沟道增强型沟道增强型MOSFETMOSFET1 1、结构和符号、结构和符号 P 型衬底型衬底N+N+sgdB gdsB gdsBN N沟道沟道沟道沟道增强型增强型增强型增强型N N沟道沟道沟道沟道耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型模电场效应管12 2、工作原理（、工作原理（N N沟道增强型沟道增强型） （1）、）、VGS=0， 没有导电没有导电 沟道沟道源区、衬底和源区、衬底和漏区形成两个漏区形成两个背靠背的背靠背的PN结，结，无论无论VDS的极性的极性如何，其中总如何，其中总有一个有一个PN结是结是反偏的。因此反偏的。因此漏源之间的电漏源之间的电阻很大，即阻很大，即没没有导电沟道，有导电沟道， iD D0。P P 型衬底型衬底型衬底型衬底N N+N N+s sg gd dB BiD 0模电场效应管12 2、工作原理（、工作原理（N N沟道增强型沟道增强型） （2）、）、VDS=0， VGS 对导电对导电 沟道的影响沟道的影响P P 型衬底型衬底型衬底型衬底N N+N N+s sg gd dB BVGGVGSVT时，导电沟道开始形成时，导电沟道开始形成,这种依靠栅源电这种依靠栅源电压的作用才形成导电沟道的压的作用才形成导电沟道的FET称为增强称为增强FET。在漏源电在漏源电压作用下压作用下开始导电开始导电时的栅源时的栅源电压电压VGS叫叫做开启电做开启电压压VT模电场效应管1PNNsgdBV VGGGGV VDSDSPNNsgdBV VGGGGV VDSDSPNNsgdBV VGGGGV VDSDSVGDVTVGD=VTVGDVVT T时相似，时相似，时相似，时相似，可形成导电沟道。当外加可形成导电沟道。当外加可形成导电沟道。当外加可形成导电沟道。当外加V VGSGS00时，使沟道变宽，时，使沟道变宽，时，使沟道变宽，时，使沟道变宽， V VGSGS0 0时，使沟道变窄，时，使沟道变窄，时，使沟道变窄，时，使沟道变窄，从而使漏极电流减小。当从而使漏极电流减小。当从而使漏极电流减小。当从而使漏极电流减小。当 V VGSGS减小到某值时，以致减小到某值时，以致减小到某值时，以致减小到某值时，以致感应的负电荷消失，耗尽感应的负电荷消失，耗尽感应的负电荷消失，耗尽感应的负电荷消失，耗尽P 型衬底型衬底N+N+sgdB+ + + + + + + + + + + + + + 区扩展到整个沟道，沟道完全被区扩展到整个沟道，沟道完全被区扩展到整个沟道，沟道完全被区扩展到整个沟道，沟道完全被夹断。这时即使有漏源电压，也夹断。这时即使有漏源电压，也夹断。这时即使有漏源电压，也夹断。这时即使有漏源电压，也不会有漏极电流。此时的栅源电不会有漏极电流。此时的栅源电不会有漏极电流。此时的栅源电不会有漏极电流。此时的栅源电压称为夹断电压（截止电压）压称为夹断电压（截止电压）压称为夹断电压（截止电压）压称为夹断电压（截止电压）V VP P。在饱和区内，在饱和区内，模电场效应管15.1.2 N5.1.2 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSMOS管管2、特性曲线、特性曲线在饱和在饱和区内，区内，/VIDSS为零栅压的为零栅压的漏极电流，称为漏极电流，称为饱和漏极电流。饱和漏极电流。模电场效应管15.1.3 P5.1.3 P沟道沟道MOSFETMOSFET管管1 1、结构和符号、结构和符号 N 型衬底型衬底P+P+sgdB gdsBP P沟道沟道沟道沟道增强型增强型增强型增强型 gdsBP P沟道沟道沟道沟道耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型模电场效应管1对增强型对增强型MOS管，沟道产生的条件是：管，沟道产生的条件是：可变电阻区与饱和区的界线为可变电阻区与饱和区的界线为:在饱和区内（在饱和区内（iD假定正向为流入漏极）：假定正向为流入漏极）：PMOS管正常工作时，管正常工作时， VDS和和 VT必为负值，电必为负值，电流方向与流方向与NMOS管相反。管相反。模电场效应管15.1.4 沟道长度调制效应沟道长度调制效应在理想情况下，当在理想情况下，当MOSFET工作于饱和区时，工作于饱和区时，漏极电流与漏极电压无关。而实际漏极电流与漏极电压无关。而实际MOS管的输管的输出特性还应考虑沟道长度调制效应，即出特性还应考虑沟道长度调制效应，即VGS固固定，定， VDS增加时，增加时， iD会有所增加。会有所增加。输出特性的输出特性的每根曲线会向上倾斜。因此，考虑到沟道长度每根曲线会向上倾斜。因此，考虑到沟道长度调制参数调制参数，iD式子应修正为式子应修正为对于典型器件近似有对于典型器件近似有沟道长度沟道长度L单位为单位为m。模电场效应管1（1）开启电压）开启电压 VT: VDS为某一定值（如为为某一定值（如为10V）使使iD等于一等于一微小电流（如微小电流（如50A）时的时的VGS 。这是增强型。这是增强型FET的参数。的参数。（2）夹断电压）夹断电压 VP:VDS为某一定值（如为为某一定值（如为10V）使使iD等于一微等于一微小电流（如小电流（如20A）时的时的VGS。这是耗尽型。这是耗尽型FET的参数。的参数。（3） 饱和漏极电流饱和漏极电流 IDSS: VGS=0且且 VDS VP 时时对应的漏极电流。常令对应的漏极电流。常令 VDS 10V， VGS=0测出的测出的iD就是就是 。这。这是耗尽型是耗尽型FET的参数。的参数。（4）直流输入电阻）直流输入电阻RGD:漏源间短路，栅源间加一定电压时漏源间短路，栅源间加一定电压时的栅源直流电阻，的栅源直流电阻，MOS管的管的RGS可达可达109 1015 。一、直流参数一、直流参数二、交流参数二、交流参数（1）输出电阻输出电阻:5.1.5 MOSFET的主要参数（见的主要参数（见P208210）模电场效应管1当不考虑沟道的调制效应（当不考虑沟道的调制效应（ 0）时，时， 当考虑沟道的调制效应（当考虑沟道的调制效应（ 0）时，对增强型时，对增强型MOS管可导出管可导出因此，因此， 是一个有限值，一般在几十千欧到是一个有限值，一般在几十千欧到几百千欧之间。几百千欧之间。（2）低频跨导）低频跨导gm:低频跨导反映了低频跨导反映了vGS对对iD的控制作用。的控制作用。gm可以在转移特性曲线上求得，单位是可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子毫西门子)。对。对N沟道沟道增强型增强型MOSFET管，可利用管，可利用5.1.6和和5.1.17式近似估算式近似估算模电场效应管1考虑到考虑到 和和上式又可改写为上式又可改写为上式表明，上式表明， iD越大，越大， gm愈大。愈大。三、极限参数三、极限参数（1）最大漏极电流）最大漏极电流IDM（2）最大漏源电压）最大漏源电压V（BR）DS（3）最大栅源电压）最大栅源电压VGS （BR）（4）最大耗散功率）最大耗散功率PDM表表5.1.1还列出了另外的几个主要参数。还列出了另外的几个主要参数。模电场效应管152 52 场效应管放大电路场效应管放大电路一、直流偏置电路及静态分析一、直流偏置电路及静态分析1 1 1 1、直流偏置电路、直流偏置电路、直流偏置电路、直流偏置电路（1 1 1 1）简单的共源放大电路）简单的共源放大电路）简单的共源放大电路）简单的共源放大电路（N N N N沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型MOSMOSMOSMOS管）管）管）管）U UOOR Rg2g2V VDDDDR RL L+ + +-R Rd di iD DR Rg1g1U Ui iC Cb1b1C Cb2b2R Rg2g2V VDDDDR Rd dR Rg1g1直流通路直流通路假设管的开启电压假设管的开启电压为为VT ，NMOS管工管工作于饱和区，则作于饱和区，则见例见例5.2.1模电场效应管1综上分析，对于综上分析，对于N沟道增强型沟道增强型MOS管管的直流计算，可采取如下步骤：的直流计算，可采取如下步骤： 设设MOS管工作于饱和区，则有管工作于饱和区，则有 VGSQ V VT T， IDQ 0 0 , , 且且VDSQ（ VGSQ V VT T ）. 利用饱和区的电流电压关系曲线分析电路。利用饱和区的电流电压关系曲线分析电路。 如果出现如果出现VGSQV VT T ，则，则MOS管可能截止，管可能截止，如果如果VDSQ（ VGSQ V VT T ），则，则MOS管可能工作管可能工作在可变电阻区。在可变电阻区。 如果初始假设被证明是错误的，则必需如果初始假设被证明是错误的，则必需作出新的假设，同时重新分析电路。作出新的假设，同时重新分析电路。P沟道沟道MOS管电路的分析与管电路的分析与N沟道类似，但要沟道类似，但要注意其电源极性与电流方向不同。注意其电源极性与电流方向不同。模电场效应管1（2 2 2 2）带源极电阻的）带源极电阻的）带源极电阻的）带源极电阻的NMOSNMOSNMOSNMOS共共共共源放大电路源放大电路源放大电路源放大电路由图得由图得当当NMOS管工作于饱和区，则有管工作于饱和区，则有R RR Rg2g2V VDDDD+ +-R Rd di iD DR Rg1g1v vi iC Cb1b1C Cb2b2-V-VSSSSRS见例见例5.2.2和例和例5.2.31 1 1 1、直流偏置电路、直流偏置电路、直流偏置电路、直流偏置电路模电场效应管1图图5.2.3例例5.2.3如图已知如图已知NMOS管参管参数：数： VT=1V,Kn=160A/V2, VT=1V,Kn=160A/V2,VDD=VSS=5V,IDQ=0.25mA,VDQ=2.5V,试试求电路参数。求电路参数。解：首先假设管工作于饱和解：首先假设管工作于饱和区，运用区，运用下式下式求得求得则则计算计算计算是否满足饱和条件：计算是否满足饱和条件：确定分析正确与否。确定分析正确与否。模电场效应管1 （3 3）静态工作点的确定）静态工作点的确定SDQDDGSQRIVRRRU- -+ += =2122) 1(- -= =TGSQDODQUUII联立方程求解得联立方程求解得联立方程求解得联立方程求解得U UGSQGSQ和和和和I IDQDQ。V VDDDDR RL L+ + +-R RGGR RD Di iD DR R1 1R R2 2R RS SC Ce eU Ui iU UOO实际实际实际实际N N N N沟道沟道沟道沟道增强型增强型增强型增强型MOSMOSMOSMOS管放大电路分析管放大电路分析管放大电路分析管放大电路分析：模电场效应管12、图解分析、图解分析与与BJT放大电路的图解分析类似。先求放大电路的图解分析类似。先求VGS，然后作直流负载线，其与输出特，然后作直流负载线，其与输出特性性VGS曲线的交点即为静态工作点。然曲线的交点即为静态工作点。然后作交流负载线，即可分析其动态情形。后作交流负载线，即可分析其动态情形。教材上的电路是特例，教材上的电路是特例， VGS已知，直流已知，直流负载线与交流负载线相同。负载线与交流负载线相同。模电场效应管1图图5.2.4模电场效应管1模电场效应管13 3、小信号模型分析、小信号模型分析如果输入信号很小，场效应管工作在饱和区时，如果输入信号很小，场效应管工作在饱和区时，和和BJT一样，将场效应管也看作一个双口网络，一样，将场效应管也看作一个双口网络，对对N沟道增强型场效应管，可近似看成沟道增强型场效应管，可近似看成iD不随不随VDS变化，则由变化，则由5.1.6式得式得式中第一项为直流或静态工作点电流式中第一项为直流或静态工作点电流IDQ;第二项是漏极信号电流第二项是漏极信号电流id，它同它同vgs是线性关系；是线性关系；根据根据5.1.18式，式，第三项当第三项当vgs是正弦波时，输出电压将产生是正弦波时，输出电压将产生模电场效应管1谐波或非线性失真。我们要求第三项必需谐波或非线性失真。我们要求第三项必需远小于第二项，即远小于第二项，即这也就是线性放大器必需满足的小信号条件。这也就是线性放大器必需满足的小信号条件。据此，忽略第三项可得据此，忽略第三项可得考虑到考虑到NMOS管的栅流为管的栅流为0，栅源间的电阻很大，栅源间的电阻很大，可看成开路，而可看成开路，而 因此可得因此可得NMOS管的低频小信号模型：管的低频小信号模型：模电场效应管13 3、小信号模型分析、小信号模型分析 gdsBs sg gd d+ +-+ +-VgsgmVgs Vds Id低频模型低频模型低频模型低频模型a a a a考虑考虑0场效应管场效应管的输出电阻的输出电阻rds为有为有限值时，其低频模限值时，其低频模型如右模型型如右模型bg gd d+ +-+ +-VgsgmVgs Vds Id低频模型低频模型低频模型低频模型b b b brdss模电场效应管13 3、小信号模型分析、小信号模型分析 gdsB在在Vbs=0时，可得高频时，可得高频小信号模型如下，图中小信号模型如下，图中rgs可看作无限大，可可看作无限大，可忽略。忽略。g gs sd d+ +-+ +-gmVgs Vds IdrgsrdsCgdCgsCds高频模型高频模型高频模型高频模型Cgs+ Cgb模电场效应管1对于后面介绍的结型场效应管，其低对于后面介绍的结型场效应管，其低频和高频小信号模型分别对应于如上频和高频小信号模型分别对应于如上的低频模型图的低频模型图b和高频模型。具体应用和高频模型。具体应用见例见例5.2.4-5.2.6模电场效应管1例例5.2.5R RR Rg2g2V VDDDD+ +- -R Rd di iD DR Rg1g1v vi iC Cb1b1C Cb2b2-V-VSSSSRS图图5.2.2模电场效应管1例例5.2.6模电场效应管1模电场效应管13 3、三种基本放大电路的性能比较、三种基本放大电路的性能比较( (见见P221P221表表5.2.1)模电场效应管15.3 结型场效应管结型场效应管 结构结构 工作原理工作原理 输出特性输出特性 转移特性转移特性 主要参数主要参数 5.3.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理 5.3.2 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数 模电场效应管1 53 53 结型场效应管结型场效应管（JFETJFET）N N型型型型 沟沟沟沟 道道道道P P+ +P P+ +d ds sg gdgsN N沟道沟道沟道沟道JFETJFET结构和符号结构和符号结构和符号结构和符号1 1、结构与符号、结构与符号dgsP P沟道沟道沟道沟道JFETJFET符号符号符号符号一、一、JFETJFET的结构和工作原理的结构和工作原理 JFET是利用半导体内的电场效应是利用半导体内的电场效应进行工作的，也称为体内场效应进行工作的，也称为体内场效应器件。器件。模电场效应管1 源极源极，用用S或或s表示表示N型导电沟道型导电沟道漏极漏极，用用D或或d表示表示 P型区型区P型区型区栅极栅极，用用G或或g表示表示栅极栅极，用用G或或g表示表示符号符号符号符号5.3.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理4.1 结型结型场效应管场效应管1. 结构结构 # # 符号中的箭头方向表示栅结正向偏置时，栅极符号中的箭头方向表示栅结正向偏置时，栅极符号中的箭头方向表示栅结正向偏置时，栅极符号中的箭头方向表示栅结正向偏置时，栅极电流的方向是由电流的方向是由电流的方向是由电流的方向是由P P指向指向指向指向N N。模电场效应管1(1)(1)、v vDSDS=0=0，v vGSGS对导电沟道的影响对导电沟道的影响2 2、工作原理（、工作原理（以以N N沟道为例，工作时沟道为例，工作时vGS必需为负必需为负 ）NP+P+dsgvGS = 0VGGP+P+dsgvGS 00， v vGSGS 对导电沟道的影响对导电沟道的影响NdsgVDDdsVDDdNsVDDVDDdsA(a)(b)(c)(d)A点处：点处：模电场效应管1上述分析表明，增加上述分析表明，增加v vDSDS ，楔形导电沟道又，楔形导电沟道又阻碍漏极电流阻碍漏极电流iD D的提高，但在的提高，但在v vDSDS较小时，较小时，导电沟道靠近漏端区域仍较宽，这时阻碍导电沟道靠近漏端区域仍较宽，这时阻碍的因素是次要的，故的因素是次要的，故iD D随随v vDSDS升高几乎成比升高几乎成比例地增大，构成输出特性曲线的上升段。例地增大，构成输出特性曲线的上升段。当当v vDSDS增加到两耗尽层在增加到两耗尽层在A点相遇时，称点相遇时，称为为预夹断，此时预夹断，此时A点耗尽层两边的电位点耗尽层两边的电位差差v vGDGD用夹断电压用夹断电压V VP P来描述。在来描述。在预夹断预夹断点点A处，有如下关系：处，有如下关系：当当 时，有时，有模电场效应管1沟道一旦在沟道一旦在A点预夹断后，随着点预夹断后，随着v vDSDS升高升高,夹夹断长度会增加，亦即断长度会增加，亦即A点将向源极方向延伸。点将向源极方向延伸。但从源极到夹断处的沟道上，沟道内电场基但从源极到夹断处的沟道上，沟道内电场基本不随本不随v vDSDS改变而变化，所以，改变而变化，所以，iD D不随不随v vDSDS升高升高而上升，漏极电流趋于饱和。而上升，漏极电流趋于饱和。如果栅源间接一可调负电源，由于栅源电如果栅源间接一可调负电源，由于栅源电压愈负，耗尽层愈宽，沟道电阻就愈大，压愈负，耗尽层愈宽，沟道电阻就愈大，相应的相应的iD D就愈小。因此改变栅源电压可得就愈小。因此改变栅源电压可得一族曲线。一族曲线。模电场效应管12. 工作原理工作原理4.1 结型结型场效应管场效应管 VGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当当VGS0时时（以（以N沟道沟道JFET为例）为例）整体理解整体理解 当沟道夹断时，对应当沟道夹断时，对应的栅源电压的栅源电压VGS称为称为夹断夹断电压电压VP （ 或或VGS(off) ）。）。对于对于N沟道的沟道的JFET，VP 0。PN结反偏结反偏耗尽层加厚耗尽层加厚沟道变窄。沟道变窄。 VGS继续减小，沟道继续减小，沟道继续变窄。继续变窄。 VDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当当VGS=0时，时，VDS ID G、D间间PN结的反向电结的反向电压增加，使靠近漏极处的压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。从上至下呈楔形分布。 当当VDS增加到使增加到使VGD=VP 时，在紧靠漏极处出现预时，在紧靠漏极处出现预夹断。夹断。此时此时VDS 夹断区延长夹断区延长沟道电阻沟道电阻 ID基本不变基本不变 VGS和和VDS同时作用时同时作用时当当VP VGS1 MHz)。(1)确定电路方案；确定电路方案；(2)选用放大选用放大器件和电路元件参数；器件和电路元件参数；(3)导出其中频区源电压导出其中频区源电压增益增益AVSM、Ri和和RO的表达式；的表达式；(4)算出电路的上限截止频率。算出电路的上限截止频率。解：解：(1)确定电路方案确定电路方案JFET噪声低，而由它构成的倒相电压放大电路噪声低，而由它构成的倒相电压放大电路具有电压增益较高和输入电阻高的特点，因此具有电压增益较高和输入电阻高的特点，因此第一级选用第一级选用JFET共源电路；为消除密勒效应，共源电路；为消除密勒效应，第二级选用第二级选用BJT电流跟随器。整个电路为共源电流跟随器。整个电路为共源共基串接组态，如图共基串接组态，如图551所示。所示。模电场效应管1在图在图5.5.1中，中，T1选用选用JFET CS146,其工作点上的其工作点上的参数为：参数为：gm1=18mS, Cgs=18pF, Cgd=0.9pF; T2选选用用BJT 3DG4,其工作点上的参数为：其工作点上的参数为：=100, 其它电路元件参数如图所示。其它电路元件参数如图所示。模电场效应管1模电场效应管1（3）求）求AVSM、Ri和和RO先画出中频小信号模型电路图如下：先画出中频小信号模型电路图如下：模电场效应管1由图可得由图可得2式正好说明第二级为电流跟随器。因此有式正好说明第二级为电流跟随器。因此有故故模电场效应管1考虑到考虑到即整个电路的中频区源电压增益近似等于共即整个电路的中频区源电压增益近似等于共源电路的电压增益，后面看到，因无密勒效源电路的电压增益，后面看到，因无密勒效应，电路上限频率得以提高。应，电路上限频率得以提高。模电场效应管1电路的输入电阻和输出电阻为：电路的输入电阻和输出电阻为：Ri RgRO Rc(4） 求求 上限频率上限频率先看图先看图5.5.1电路电路 和它的高频小信号模型电路和它的高频小信号模型电路模电场效应管1模电场效应管1(a)由于由于R2很小，因此对输入电路的很小，因此对输入电路的作用，可近似看作作用，可近似看作Cgs与与Rg并联，并联，而而Rg Rs可看作开路。其次可看作开路。其次 ， 得得（b）图图模电场效应管1模电场效应管1由图由图b得得由由BJT发射极端看进去的输出入纳为发射极端看进去的输出入纳为于是图于是图b可变为图可变为图C模电场效应管1考虑到考虑到模电场效应管1密勒电容求法：由密勒电容求法：由P552定理定理模电场效应管1据此可得据此可得d图图这说明密勒效应对输入回路影响较小。而对输这说明密勒效应对输入回路影响较小。而对输出回路的密勒效应较明显，但比起出回路的密勒效应较明显，但比起 仍可忽略。仍可忽略。模电场效应管1由由d图可知，其高频段电压增益具有三阶低图可知，其高频段电压增益具有三阶低通特性的形式，故得通特性的形式，故得模电场效应管1模电场效应管1模电场效应管1小结小结1.第第4章讨论的章讨论的BJT是电流控制电流器件，有是电流控制电流器件，有两种载流子参与导电，属于双极型器件；而两种载流子参与导电，属于双极型器件；而FET是电压控制电流器件，是电压控制电流器件， 只依靠一种载流只依靠一种载流子导电，子导电， 因而属于单极型器件。虽然这两因而属于单极型器件。虽然这两种器件的控制原理有所不同，但通过类比可种器件的控制原理有所不同，但通过类比可发现，组成电路的形式极为相似，分析的方发现，组成电路的形式极为相似，分析的方法仍然是图解法法仍然是图解法(亦可用公式计算亦可用公式计算)和小信号和小信号模型分析法。模型分析法。模电场效应管12.在在FET放大电路中，放大电路中，VDS的极性决定于沟道性的极性决定于沟道性质，质，N(沟道沟道)为正，为正，P(沟道沟道)为负；为了建立合为负；为了建立合适的偏置电压适的偏置电压VGS，不同类型的不同类型的FET，对偏置电对偏置电压的极性有不同要求：增强型压的极性有不同要求：增强型MOSFET的的VGS与与VDS 同极性，耗尽型同极性，耗尽型MOSFET的的VGS 可正、可正、可负或为零，可负或为零，JFET的的VGS 与与 VDS极性相反。极性相反。3.按三端有源器件三个电极的不同连接方式，按三端有源器件三个电极的不同连接方式， 两种器件两种器件(BJT，JFET、MESFET和和MOSFET)可以组成六种组态。但依据输出量与输入量之可以组成六种组态。但依据输出量与输入量之间的大小与相位关系的特征，间的大小与相位关系的特征， 这六种组态又可这六种组态又可归纳为三种组态，归纳为三种组态， 即反相电压放大器、即反相电压放大器、 电压电压跟随器和电流跟随器。这为放大电路的综合设跟随器和电流跟随器。这为放大电路的综合设计提供了有实用意义的思路。计提供了有实用意义的思路。模电场效应管14.由于由于FET具有输入阻抗高、具有输入阻抗高、 噪声低噪声低(如如JFET)等一系列优点，等一系列优点， 而而BJT 的的高，若高，若FET和和BJT结合使用，结合使用， 就可大为提高和改就可大为提高和改善电子电路的某些性能指标。善电子电路的某些性能指标。BiFET模拟集模拟集成电路是按这一特点发展起来的，成电路是按这一特点发展起来的， 从而扩从而扩展了展了FET的应用范围。的应用范围。5.由于由于GaAs的电子迁移率比硅大约的电子迁移率比硅大约5-10倍，倍， 高速高速CaAs MESFET正被用于高频放大和高正被用于高频放大和高速数字逻辑电路中，速数字逻辑电路中， 其互导其互导gm可达可达100 mS， 甚至更高。甚至更高。模电场效应管16. MOS器件主要用于制成集成电路。器件主要用于制成集成电路。 由由于微电子工艺水平的不断提高，在大规于微电子工艺水平的不断提高，在大规模和超大规模模拟和数字集成电路中应模和超大规模模拟和数字集成电路中应用极为广泛，用极为广泛， 同时在集成运算放大器和同时在集成运算放大器和其他模拟集成电路中也得到了迅速的发其他模拟集成电路中也得到了迅速的发展，其中展，其中BiCMOS集成电路更具有特色，集成电路更具有特色， 因此，因此，MOS器件的广泛应用必须引起读器件的广泛应用必须引起读者的高度重视。者的高度重视。模电场效应管1作业：作业：5.2.3;5.2.6; 5.3.7; 5.5.1; 5.5.4;模电场效应管1场效应管放大电路一章场效应管放大电路一章习题选讲习题选讲一般的问题分析：一般的问题分析：1，直流偏置电路，直流偏置电路 由于由于FET是电压控制器件，要求建立合适的直是电压控制器件，要求建立合适的直流偏置电压流偏置电压VGS。采用的方法主要有自偏压和分采用的方法主要有自偏压和分压式自偏压，前者适用于耗尽型压式自偏压，前者适用于耗尽型FET，后者适用后者适用于各种类型的于各种类型的FET，应用较广。应用较广。 2静态分析静态分析 和双极性三极管一样，对场效应管放大电路的和双极性三极管一样，对场效应管放大电路的静态分析也可以采用图解法或解析法，图解法的静态分析也可以采用图解法或解析法，图解法的步骤与双极型三极管放大电路的图解法相似。注步骤与双极型三极管放大电路的图解法相似。注意的是解析法要验证管是否工作在饱和区。意的是解析法要验证管是否工作在饱和区。 模电场效应管13动态分析动态分析 场效应管放大电路中除偏置电路元件及电源场效应管放大电路中除偏置电路元件及电源外，还有隔直流电容和旁路电容等元件，它们外，还有隔直流电容和旁路电容等元件，它们的作用与双极型三极管阻容耦合放大电路中的的作用与双极型三极管阻容耦合放大电路中的相同。在正确偏置的基础上，根据动态信号相同。在正确偏置的基础上，根据动态信号(变变化量化量)的传输方式，场效应管放大电路也有三种的传输方式，场效应管放大电路也有三种基本组态，即共源极、共漏极和共栅极电路。基本组态，即共源极、共漏极和共栅极电路。对场效应管动态工作情况的分析也可采用图解对场效应管动态工作情况的分析也可采用图解法或微变等效电路法。法或微变等效电路法。 对于每一种接法的电路，求解场效应管放大对于每一种接法的电路，求解场效应管放大电路的性能指标的方法均与双极型三极管电路的性能指标的方法均与双极型三极管放大电路相似。放大电路相似。模电场效应管1 场效应管放大电路的静态分析场效应管放大电路的静态分析 场场效效应应管管是是电电压压控控制制器器件件，它它没没有有偏偏流流，关关键键是建立适当的栅源偏压是建立适当的栅源偏压UGS。 1. 自偏压电路分析自偏压电路分析 结型场效应管常用的自偏压电路如图结型场效应管常用的自偏压电路如图5.22所示。所示。在漏极电源作用下在漏极电源作用下 这种电路不宜用增强型这种电路不宜用增强型MOS管，因为静态时该电管，因为静态时该电 路不能使管子开启（即路不能使管子开启（即ID=0）。）。模电场效应管1 图图5.22 自偏压自偏压 电路图电路图 模电场效应管1 图图5.23 分压式偏置电路分压式偏置电路 式式中中UG为为栅栅极极电电位位，对对N沟沟道道耗耗尽型管，尽型管，UGS0，所所以以，IDRSUG；对对N沟沟道道 增增 强强 型型 管管 ，UGS0， 所所 以以IDRSUG。2. 分压式自偏压电路分压式自偏压电路模电场效应管1模电场效应管1模电场效应管1模电场效应管1使漏源电压为负使漏源电压为负模电场效应管1关键是记住关键是记住模电场效应管1模电场效应管1模电场效应管1其余指标求解与上例同其余指标求解与上例同模电场效应管1 534 试在具有四象限的直角坐标上分别试在具有四象限的直角坐标上分别画出各种类型画出各种类型FET(包括包括N沟道、沟道、P沟道沟道MOS增强型和耗尽型，增强型和耗尽型，JFETP沟道、沟道、N沟道耗尽沟道耗尽型）转移特性示意图，并标明各自的开启电型）转移特性示意图，并标明各自的开启电压或夹断电压。压或夹断电压。 解：各类场效应管转移特性的示意图如图解：各类场效应管转移特性的示意图如图解解5.3.4所示所示 ： 、 模电场效应管1模电场效应管1535 四个四个FET的转移特性分别如图题的转移特性分别如图题5.3.5a,b,c,d所示，其中漏极电流所示，其中漏极电流iD的假定正向的假定正向是它的实际方向。试问它们各是哪种类型的是它的实际方向。试问它们各是哪种类型的FET?模电场效应管1模电场效应管1-4511 图题图题511所示为所示为MOSFET的转移特性，的转移特性，请分别说明各属于何种沟道。如是增强型，说明它请分别说明各属于何种沟道。如是增强型，说明它的开启电压的开启电压VT?如是耗尽型，说明它的夹断电压如是耗尽型，说明它的夹断电压VP ?(图中图中iD的假定正向为流进漏极的假定正向为流进漏极)模电场效应管1-4解：由图题解：由图题511可见图可见图a为为N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET，其其VP=3 V；图图 b为为P沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET，其其VP =2 V；图图c为为P沟道增强型沟道增强型MOSFET，其其VT =4 V。模电场效应管1 5.2.8 电路如图题电路如图题5.2.8所示，设场效所示，设场效应管的参数为应管的参数为gm1=1 mS， gm20.2 mS， 且满足且满足1 gm1 rds1和和1 gm2 rds2，试求，试求AV = VO / Vi图题图题5.2.8模电场效应管1图题图题5.2.8g g2 2d d2 2+ +-gmVgs Vds Itrdss2+ +-Vt对对T2，从，从S2看进去的等效看进去的等效电阻设为电阻设为R，求的电路为求的电路为模电场效应管1图题图题5.2.8g g2 2d d2 2+ +-gmVgs Vds Itrdss2+ +-Vt模电场效应管1 5.2.8 电路如图题电路如图题5.2.8所示，设场效应管的所示，设场效应管的参数为参数为gm1=1 mS， gm20.2 mS， 且满足且满足1 gm1 rds1和和1 gm2 rds2，试求，试求AV = VO / Vi图解图解5.2.8模电场效应管1 5.2.8 电路如图题电路如图题5.2.8所示，设场效应管的所示，设场效应管的参数为参数为gm1=1 mS， gm20.2 mS， 且满足且满足1 gm1 rds1和和1 gm2 rds2，试求，试求AV = VO / Vi解：图题解：图题5.2.8的小信号等效电路如图解的小信号等效电路如图解5.2.8所示，由图可求出所示，由图可求出模电场效应管1模电场效应管1模电场效应管1模电场效应管1（3）模电场效应管1模电场效应管1管子漏极对地的输出电阻大为增加，可作管子漏极对地的输出电阻大为增加，可作电流源用。电流源用。模电场效应管1模电场效应管1图题图题5.5.2模电场效应管1图题图题5.5.2求增益的等效电路图求增益的等效电路图模电场效应管1解解（1）(5.5.2-2)(5.5.2-3)从整个回路看从整个回路看模电场效应管1故故(2)求输出电导求输出电导模电场效应管1图题图题5.5.2求电导的等效电路图求电导的等效电路图模电场效应管1解得解得又又故有故有由图有由图有模电场效应管1模电场效应管1模电场效应管1影响，即大大提高了输入电阻。影响，即大大提高了输入电阻。见见P221表表4.7.24b式：密勒效应使式：密勒效应使CM1很小很小,=（1Av)Cgd模电场效应管1