模拟电子技术基础Fundamentals of Analog Electronic 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 5.1 场效应管场效应管5.2 5.2 场效应管基本放大电路场效应管基本放大电路5.1 场效应管一、一、结型场效应管结型场效应管二、二、绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管三、场效应管的分类三、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（场效应管有三个极：源极（s）、栅极（）、栅极（g）、漏极（）、漏极（d），），对应于晶体管的对应于晶体管的e、b、c；有三个工作区域：截止区、恒流区、；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。可变电阻区，对应于晶体管的截止区、放大区、饱和区。符号符号结构示意图结构示意图栅极栅极漏极漏极源极源极导电导电沟道沟道单极型管噪声小、抗辐射能力强、低电压工作噪声小、抗辐射能力强、低电压工作1. 结构2. 工作原理 （1 1）栅）栅- -源电压对导电沟道宽度的控制作用源电压对导电沟道宽度的控制作用沟道最宽沟道最宽沟道变窄沟道变窄沟道消失沟道消失称为夹断称为夹断 uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必须加必须加负电压？负电压？UGS（off）（2 2）漏）漏- -源电压对漏极电流的影响源电压对漏极电流的影响uGSUGS（off）且不变，且不变，VDD增大，增大，iD增大增大。预夹断预夹断uGDUGS（off） VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻，电阻，iD几乎不变，进入恒流区，几乎不变，进入恒流区，iD几乎几乎仅仅决定于仅仅决定于uGS。场效应管工作在恒流区的条件是什么？场效应管工作在恒流区的条件是什么？uGDUGS（off）uGDUGS（off）夹断夹断电压电压漏极饱漏极饱和电流和电流3. 特性场效应管工作在恒流区，因而场效应管工作在恒流区，因而uGSUGS（off）且且uGDUGS（off）。uDGUGS（off）（1）转移特性）转移特性g-s电压电压控制控制d-s的的等效电阻等效电阻（2 2）输出特性）输出特性预夹断轨迹，预夹断轨迹，uGDUGS（off）可可变变电电阻阻区区恒恒流流区区iD几乎仅决几乎仅决定于定于uGS击击穿穿区区夹断区（截止区）夹断区（截止区）夹断电压夹断电压IDSSiD 不同型号的管子不同型号的管子UGS（off）、IDSS将不同。将不同。低频跨导：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。当增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当反型层将两个反型层将两个N区相接时，形成导电沟道。区相接时，形成导电沟道。SiO2绝缘层绝缘层衬底衬底耗尽层耗尽层空穴空穴高掺杂高掺杂反型层反型层1. 增强型管大到一定大到一定值才开启值才开启增强型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。用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。N沟道增强型沟道增强型MOS管工作在恒流区的条件是什么？管工作在恒流区的条件是什么？ iD随随uDS的增的增大而增大，可大而增大，可变电阻区变电阻区 uGDUGS（th）,预夹断预夹断 iD几乎仅仅几乎仅仅受控于受控于uGS，恒，恒流区流区刚出现夹断刚出现夹断uGS的增大几乎全部用的增大几乎全部用来克服夹断区的电阻来克服夹断区的电阻2. 耗尽型 MOS管 耗尽型耗尽型MOS管在管在 uGS0、 uGS 0、 uGS 0时均可导时均可导通，且与结型场效应管不同，由于通，且与结型场效应管不同，由于SiO2绝缘层的存在，在绝缘层的存在，在uGS0时仍保持时仍保持g-s间电阻非常大的特点。间电阻非常大的特点。加正离子加正离子小到一定小到一定值才夹断值才夹断uGS=0时就存在时就存在导电沟道导电沟道3.3. MOS管的特性1)增强型增强型MOS管管2)耗尽型耗尽型MOS管管开启开启电压电压夹断夹断电压电压3. 场效应管的分类工作在恒流区时工作在恒流区时g-s、d-s间的电压极性间的电压极性问题：uGS=0可工作在恒流区的场效应管有哪几种？可工作在恒流区的场效应管有哪几种？ 只有只有uGS0才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？ 只有只有uGS0才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？ 讨论一：利用图示场效应管组成原理性共源放大电路。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？从输出特性曲线说明场效应管的哪些特点？5.2 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，在根据场效应管工作在恒流区的条件，在g-s、d-s间间加极性合适的电源加极性合适的电源1. 基本共源放大电路2. 自给偏压电路由正电源获得负偏压由正电源获得负偏压称为自给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哪种场效应管放大电路能够采用这种电路形式设置Q点？点？3. 分压式偏置电路为什么加为什么加Rg3?其数值应大些小些？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哪种场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？点？即典型的即典型的Q点稳定电路点稳定电路二、场效应管放大电路的动态分析近似分析时可认近似分析时可认为其为无穷大！为其为无穷大！根据根据iD的表达式或转移特性可求得的表达式或转移特性可求得gm。与晶体管的与晶体管的h参数等效模型类比：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若若Rd=3k， Rg=1M， gm=2mS，则，则与共射电路比较。与共射电路比较。3. 基本共漏放大电路的动态分析若Rs=3k，gm=2mS，则基本共漏放大电路输出电阻的分析若Rs=3k，gm=2mS，则Ro=?三、场效应管单管放大电路的频率响应o作业：o 5-3 5-8若有不当之处，请指正，谢谢！26