模拟电子技术基础模拟电子技术基础第三章第三章 场效应管及其场效应管及其基本电路基本电路双极型晶体管双极型晶体管 输入电阻小输入电阻小 输入电流输入电流 少子扩散导电少子扩散导电 易受温度易受温度 射线的影响射线的影响 集成度低集成度低结型场效应管结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管MOS场效应管场效应管 （Field effect transistor） 输入电阻极大输入电阻极大 输入电流几乎为零输入电流几乎为零 多子漂多子漂移导电移导电 温度稳定性好温度稳定性好 便于集成便于集成N基底基底 ：N型半导体型半导体PP两边是两边是P区区G(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极一、结构一、结构导电沟道导电沟道3.1 结型场效应管结型场效应管 (JFET-Junction type Field Effect Transister)NPPG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极N沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSPNNG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极P沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGS二、工作原理（以二、工作原理（以P沟道为例）沟道为例）UDS=0V时时PGSDUDSUGSNNNNIDPN结反偏，结反偏，UGS越大则耗尽区越越大则耗尽区越宽，导电沟道越宽，导电沟道越窄。窄。PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V时时NNUGS越大耗尽区越宽，越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。沟道越窄，电阻越大。但当但当UGS较小时，耗尽较小时，耗尽区宽度有限，存在导区宽度有限，存在导电沟道。电沟道。DS间相当于间相当于线性电阻。线性电阻。PGSDUDSUGSNNUDS=0时时UGS达到一定值时达到一定值时（夹断电压夹断电压UGSoff）,耗尽区碰到一起，耗尽区碰到一起，DS间被夹断，间被夹断，这时，这时，即使即使UDS 0V，漏极漏极电流电流ID=0AIDPGSDUDSUGSUGS0、 UGD UGSoff时耗尽区的形状时耗尽区的形状NN越靠近漏端，越靠近漏端，PN结反压越大结反压越大IDPGSDUDSUGSUGS UGSoff且且UDS较大时较大时UGD UGSoff时耗尽区的形状时耗尽区的形状NN沟道中仍是电阻沟道中仍是电阻特性，但是是非特性，但是是非线性电阻。线性电阻。IDGSDUDSUGSUGS UGSoff UGD= UGSoff时时NN漏端的沟道被夹断，漏端的沟道被夹断，称为称为预夹断。预夹断。UDS增大则被夹断增大则被夹断区向下延伸。区向下延伸。IDGSDUDSUGSUGS0时时UGS足够大时足够大时（UGSUGSth）感应出足够多电感应出足够多电子，这里出现以子，这里出现以电子导电为主的电子导电为主的N型导电沟道。型导电沟道。感应出电子感应出电子UGSth称为开启电压称为开启电压UGS较小时，导较小时，导电沟道相当于电电沟道相当于电阻将阻将D-S连接起连接起来，来，UGS越大此越大此电阻越小。电阻越小。PNNGSDUDSUGSPNNGSDUDSUGS当当UDS不太大不太大时，导电沟时，导电沟道在两个道在两个N区区间是均匀的。间是均匀的。当当UDS较大较大时，靠近时，靠近D区的导电沟区的导电沟道变窄。道变窄。PNNGSDUDSUGS夹断后，即使夹断后，即使UDS 继续增加，继续增加，ID仍呈恒流特仍呈恒流特性性。IDUDS增加，增加，UGD 0可变电阻区可变电阻区恒恒流流区区夹断区夹断区四、耗尽型四、耗尽型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线耗尽型的耗尽型的MOS管管UGS=0时就有导电沟道，加反向时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。电压才能夹断。转移特性曲线转移特性曲线0iDuGSUGSoff输出特性曲线输出特性曲线iDu DS0UGS=0UGS0 双极型晶体管双极型晶体管 场效应晶体管场效应晶体管结构结构 NPN型型 结型结型 N沟道沟道 P沟道沟道 PNP型型 绝缘栅增强型绝缘栅增强型 N沟道沟道 P沟道沟道 绝缘栅耗尽型绝缘栅耗尽型 N沟道沟道 P沟道沟道 C、E不可倒置不可倒置 D、S一般可倒置一般可倒置 载流子载流子 多子扩散、少子漂移多子扩散、少子漂移 多子漂移多子漂移输入量输入量 电流电流 电压电压控制控制 电流控制型电流控制型() 电压控制型电压控制型(gm)噪声噪声 较大较大 较小较小温度特性温度特性 受温度影响较大受温度影响较大 较小较小输入电阻输入电阻 几十到几千欧姆几十到几千欧姆 几兆欧姆以上几兆欧姆以上静电影响静电影响 不受静电影响不受静电影响 易受静电影响易受静电影响集成工艺集成工艺 不易大规模集成不易大规模集成 适宜大规模和超大规模集成适宜大规模和超大规模集成双极型和场效应晶体管的比较双极型和场效应晶体管的比较3.3 场效应管参数和小信号模型场效应管参数和小信号模型3.3.1 主要参数主要参数一、直流参数一、直流参数IDSS 饱和漏极电流饱和漏极电流 UGSoff 夹断电压夹断电压UGSth 开启电压开启电压RGS 输入电阻输入电阻1081012 ， JFET1010 1015 , MOS 增强型增强型MOSFETJFET耗尽型耗尽型MOSFET 二、极限参数二、极限参数1.栅源击穿电压栅源击穿电压 U(BR)GSO 2. 漏源击穿电压漏源击穿电压 U(BR)DSO 3. 最大功耗最大功耗 PDMiDuDSiDuDS=PDMU(BR)DSO安全工作区安全工作区U(BR)GSODGS 三、交流参数三、交流参数1.跨导跨导 gm gm 的大小反映了栅源电压的大小反映了栅源电压 uGS对漏极电流对漏极电流iD的的 控制控制作用作用 结型及耗尽型绝缘栅场效应管结型及耗尽型绝缘栅场效应管 2. 输出电阻输出电阻rds rds 很大很大(几十千欧到几兆欧几十千欧到几兆欧) 3.3.2 场效应管的中频小信号模型场效应管的中频小信号模型GSD跨导跨导漏极输出电阻漏极输出电阻uGSiDuDS很大，很大，可忽略。可忽略。 场效应管的微变等效电路为：场效应管的微变等效电路为：GSDuGSiDuDSSGDugsgmugsudsSGDrDSugsgmugsudsid3.4 场效应管放大电路场效应管放大电路(1) 静态：提供适当的静态工作点，使场效应静态：提供适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区。场效应管的偏置电管工作在恒流区。场效应管的偏置电路相对简单。路相对简单。 (2) 动态：能为交流信号提供通路。动态：能为交流信号提供通路。工作状态工作状态静态分析：静态分析： 估算法、图解法。估算法、图解法。动态分析：动态分析： 微变等效电路法。微变等效电路法。分析方法分析方法3.4.1 场效应管的共源极放大电路场效应管的共源极放大电路一、静态分析一、静态分析求：求：UDS和和 ID。UDD=20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10kuoUDD=20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k二、动态分析二、动态分析sgR2R1RGRLdRLRD微变等效电路微变等效电路sgR2R1RGRLdRLRDRo=RD=10k 3.4.2 源极输出器源极输出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G一、静态分析一、静态分析UDS=UDD- US = UDD- iDRS uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2Griro ro gR2R1RGsdRLRS微变等效电路微变等效电路二、动态分析二、动态分析RiRo Ro gR2R1RGsdRLRS微变等效电路微变等效电路输入电阻输入电阻 Ri输出电阻输出电阻 Ro加压求流法加压求流法gd微变等效电路微变等效电路Ro Ro R2R1RGsRS场效应管放大电路小结场效应管放大电路小结(1) 场效应管放大器输入电阻很大场效应管放大器输入电阻很大(2) 场效应管共源极放大器场效应管共源极放大器(漏极输出漏极输出)输入输入输出反相，电压放大倍数大于输出反相，电压放大倍数大于1, 输出电输出电阻阻=RD(3) 场效应管源极跟随器输入输出同相，电场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于压放大倍数小于1, 输出电阻小输出电阻小 第三章 结束模拟电子技术基础模拟电子技术基础作业：作业：1，2，4，8