模拟电子-第五章-场效应管及其基本放大电路
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 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,只有一种载流子参与导电，且利用电场效应来控制电流的三极管，称为场效应管，也称单极型三极管。,场效应管分类,结型场效应管,绝缘栅场效应管,特点,单极型器件(一种载流子导电)；,输入电阻高；,工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低。,绝缘栅型场效应管（MOSFET）,由金属、氧化物和半导体制成。称为金属-氧化物-半导体场效应管，或简称 MOS 场效应管。,特点：输入电阻可达 109 以上。,类型,N 沟道,P 沟道,增强型,耗尽型,增强型,耗尽型,uGS = 0 时漏源间存在导电沟道称耗尽型场效应管；,uGS = 0 时漏源间不存在导电沟道称增强型场效应管。,一、N 沟道增强型 MOS 场效应管,1. 结构和符号,B,g,s,d,源极 s,漏极 d,衬底引线 B,栅极 g,2. 特性曲线,(a)转移特性,(b)漏极特性,uGS UGS(th) ，iD = 0；,uGS UGS(th)，形成导电沟道，随着 uGS 的增加，iD 逐渐增大。,(uGS UGS(th) ),三个区：可变电阻区、恒流区、截止区。,二、N 沟道耗尽型 MOS 场效应管,0,uGS,沟道变窄，iD 减小,=0,漏源间存在导电沟道 ，iD,0,沟道加宽，iD 增大,即使 uGS = 0 ，漏源间也会形成导电沟道。,N 沟道耗尽型 MOS 管特性,工作条件： uDS 0； uGS 正、负、零均可。,uGS = UGS(off) , 感应电荷被“耗尽”，漏源间失去导电沟道，iD 0。,UGS(off)称为夹断电压,IDSS称为饱和漏极电流,场效应管的主要参数,一、直流参数,饱和漏极电流 IDSS,2. 夹断电压 UGS（off）,3. 开启电压 UGS(th),4. 直流输入电阻 RGS,为耗尽型场效应管的一个重要参数。,为增强型场效应管的一个重要参数。,为耗尽型场效应管的一个重要参数。,输入电阻很高。结型场效应管一般在 107 以上，绝缘栅场效应管更高，一般大于 109 。,二、交流参数,1. 低频跨导 gm,2. 极间电容,用以描述栅源之间的电压 uGS 对漏极电流 iD 的控制作用。,单位：iD 毫安(mA)；uGS 伏(V)；gm 毫西门子(mS),这是场效应管三个电极之间的等效电容，包括 CGS、CGD、CDS。 极间电容愈小，则管子的高频性能愈好。一般为几个皮法。,三、极限参数,1. 漏极最大允许耗散功率 PDM,2. 漏源击穿电压 U(BR)DS,3. 栅源击穿电压U(BR)GS,由场效应管允许的温升决定。漏极耗散功率转化为热能使管子的温度升高。,当漏极电流 iD 急剧上升产生雪崩击穿时的 uDS 。,场效应管工作时，栅源间 PN 结处于反偏状态，若uGS U(BR)GS ，PN 将被击穿，这种击穿与电容击穿的情况类似，属于破坏性击穿。,各类场效应管的符号和特性曲线,两种半导体放大器件比较,双极型半导体三极管(晶体三极管 BJT),单极型半导体三极管(场效应管 FET),两种载流子导电：双极性器件,多数载流子导电：单极性器件,内因：发射区高参杂、 基区薄、集电区面积大,外因：发射结正偏、集电结反偏,一、放大条件,BJT,栅源电压改变沟道宽度从而控制漏极电流,FET,二、电极相对应： 场效应管的s、g、d电极其功能与晶体管的e、b、c相对应。,三、 控制作用,BJT：基极电流控制集电极电流并实现放大,iC = iB,电流控制器件,FET：栅源之间的电压控制漏极电流并实现放大,iD = gm uGS,电压控制器件,场效应管栅极基本不取电流，而晶体管基极总要取一定的电流，所以在只允许从信号源取极小量电流时，应选用场效应管，而在允许取一定量电流时，选用晶体管进行放大可以得到比场效应管较高的电压放大倍数。,四、温度稳定性,BJT：差,FET：好,BJT：利用多子和少子导电 FET：利用多子导电 在环境变化比较剧烈的情况下，采用场效应管比较合适。,五、场效应管的漏源极可以互换，耗尽型绝缘栅管的栅 极电压可正可负，灵活性比晶体管好。,六、噪声,BJT：大,FET：小,七、集成度：FET高,八、输入电阻,BJT：小,FET：大,§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,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 称为自给偏压,3. 分压式偏置电路,即典型的Q点稳定电路,二、场效应管放大电路的动态分析 (N沟道增强型MOS管),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,用求导的方法计算 gm,在 Q 点附近，可用 IDQ 表示上式中 iD，则,一般 gm 约为 0.1 至 20 mS。 rDS 为几百千欧的数量级。当 Rd 比 rDS 小得多时，可认为等效电路的 rDS 开路。,2. 基本共源放大电路的动态分析,3. 基本共漏放大电路的动态分析,基本共漏放大电路输出电阻的分析,求解场效应管放大电路的步骤(归纳),1. 首先利用图解法或近似估算法确定放大电路的静态工作点 Q ， 2. 求出静态工作点处的微变等效电路参数。 3. 画出放大电路的微变等效电路。 4. 列出电路方程并求解动态性能指标。,
