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第4章 场效应管放大电路4.1结形场效应管4.2砷化镓金属-半导体场效应管4.3金属-氧化物-半导体场效应管4.4场效应管放大电路4.5各种放大器件电路性能比较 4.1 场效应晶体管(FET）w分类和结构： w结型场效应晶体管JFETw绝缘栅型场效应晶体管IGFETNPPN结耗尽层PN 沟 道G门极D漏极S源极P 衬底NN源极 门极 漏极 S G D JFET结构IGFET结构N 沟 道4.1结型场效应晶体管JFET1) P 沟道和N沟道结构及电路符号N 沟 道G门极D漏极S源极gdsN沟道结构及电路符号P 沟 道G门极D漏极S源极gdsP沟道结构及电路符号2)工作等效（以P沟道为例）UgsIsId1）PN结不加反 向电压（Ugs)或 加的电压不足以 使沟道闭合时 沟道导通，电阻 很小，并且阻值 随沟道的截面积 减少而增大称 可变电阻区 ； ID=UDs / RDsRDSPNNGIDIS=IDPN 结PN 结++-UGS增大耗尽层加 厚UGS=0：ID=IDSS电路图 等效图2）恒流工作（电压控制电流源）G ID+RDVDDDSPN结加反向电压（Ugs) 使沟道 微闭合时电流ID与UDS无关， 称恒流区。

ID=IDSS（1 - ）2ugs vPPNNGIDIS=IDPN 结PN 结++-耗尽层闭 合时 UGS=VPRDVDDUGS电路图 等效图3）截止工作PNNGID=0IS=IDPN 结PN 结++-RDVDDUGS耗尽层完全闭合， 沟道夹断，电子过 不去栅极电压UGS大于等 夹断电压UP时，ID=0 相当一个很大的电阻3)、JFET的主要参数1）夹断电压VP:手册给出是ID为一微小值时的VGS 2）饱和漏极电流IDSS; VGS=0，时的IDuds idvgs=常数vgsidUds=常数∂uGS∂ id5)极限参数： V（BR）DS、漏极的附近发生雪崩击穿 V（BR）GS、栅源间的最高反向击穿PDM 最大漏极允许功耗 ，与三极管类似3)、 电压控制电流系数gm=4）交流输出电阻 rds=4）特性曲线：w与三极管相同，场效应管也有输入和输出的特性曲线 称为转移特性曲线和输出特性曲线以N型JFET为 例：0ugs(v)-4 -3 -2 -1idmA5 4 3 2 1VPIDSSN型JFET的转移曲线UDS可变电阻区截止区 IB≤0UDS=UGS-VPN型JFET的输出特性曲线-4V-2.0V-1VUGS=0Vma（V）ID 放大区 0击 穿 区Sect4.3 MOSFET增强型MOSFET耗尽型MOSFET N沟道增强型MOS场效应管结构4.3.1增强型MOS场效应管漏极D→集电极C源极S →发射极E栅极G→基极B衬底B电极—金属 绝缘层—氧化物 基体—半导体 因此称之为MOS管Sect当UGS较小时，虽然在P型衬底 表面形成一层耗尽层，但负离 子不能导电。

当UGS=UT时, 在P型衬底表 面形成一层电子层，形成N型 导电沟道，在UDS的作用下形 成IDUDSID+ +- -++--++++- - --UGS反型层当UGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的PN结，无论 UDS之间加上电压不会在D、S间形成电流ID,即ID≈0.当UGS>UT时, 沟道加厚，沟道电阻减少，在相同UDS的作 用下，ID将进一步增加开始无导电沟道，当在UGSUT时才形成沟道, 这种类型的管子称为增强型MOS管Sect N沟道增强型MOS场效应管特性曲线增强型MOS管UDS一定时，UGS对漏极电流 ID的控制关系曲线 ID=f(UGS)UDS=C 转移特性曲线UDS>UGS-UTUGS(V)ID(mA)UT在恒流区，ID与UGS的关系为ID≈K(UGS-UT)2沟道较短时，应考虑UDS对沟道长度的调节作用：ID≈K(UGS-UT)2（1+UDS)K—导电因子（mA/V2)—沟道调制长度系数n—沟道内电子的表面迁移率 COX—单位面积栅氧化层电容 W—沟道宽度 L—沟道长度 Sn—沟道长宽比 K'—本征导电因子Sect N沟道增强型MOS场效应管特性曲线UGS一定时， ID与UDS的变化曲线，是一族曲线ID=f(UDS)UGS=C 输出特性曲线1.可变电阻区：ID与UDS的关系近线性ID≈ 2K(UGS-UT)UDSUGS=6VUGS=4VUGS=5VUGS=3VUGS=UT=3VUGS(V)ID(mA) 当UGS变化时，RON将随之变化因此称之为可变电阻区当UGS一定时，RON近似为一常数因此又称之为恒阻区Sect N沟道增强型MOS场效应管特性曲线输出特性曲线2. 恒流区：该区内，UGS一定，ID基本不随UDS变化而变3.击穿区：UDS 增加到某一值时，ID开始剧增而出现击穿。

当UDS 增加到某一临界值时，ID开始剧增时UDS称为漏源击穿电压UGS=6VUGS=4VUGS=5VUGS=3VUGS=UT=3VUGS(V)ID(mA)Sect 漏源电压UDS对漏极电流ID的控制作用UDS=UDG＋UGS=－UGD＋UGSUGD=UGS－UDS当UDS为0或较小时，相当 UGD＞UT，此时UDS 基本均匀降落在沟道中，沟道呈斜线 分布在UDS作用下形成IDSectSect基础知识基础知识当UDS增加到使UGD=UT时，当UDS增加到UGDUT时，增强型MOS管  漏源电压UDS对漏极电流ID的控制作用这相当于UDS增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况，称为预夹断 此时的漏极电流ID 基本饱和此时预夹断区域加长，伸向S极 UDS增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上， ID基本趋于不变 MOS管衬底的处理保证两个PN结反偏，源极—沟道—漏极之间处于绝缘态NMOS管—UBS加一负压PMOS管—UBS加一正压处理原则：处理方法：Sect N沟道耗尽型MOS场效应管结构4.3.2耗尽型MOS场效应管+ + + + + + +                耗尽型MOS管存在 原始导电沟道Sect N沟道耗尽型MOS场效应管工作原理当UGS=0时，UDS加正向电压，产生漏极 电流ID,此时的漏极电流称为漏极饱和电流，用 IDSS表示当UGS＞0时，将使ID进一步增加。

当UGS＜0时，随着UGS的减小漏极电流逐渐减小直至ID=0对应ID=0的UGS称为夹断电压，用符号UP表示UGS(V)ID(mA) N沟道耗尽型MOS场效应管特性曲线转移特性曲线在恒流区，ID与UGS的关系为ID≈K(UGS-UP)2沟道较短时，ID≈K(UGS-UT)2（1+UDS)UPID≈ IDSS(1- UGS /UP)2常用关系式：Sect N沟道耗尽型MOS场效应管特性曲线输出特性曲线UGS=6VUGS=4VUGS=1VUGS=0VUGS=--1VUGS(V)ID(mA)N沟道耗尽型MOS管可工作在UGS0或UGS>0 N沟道增强型MOS管只能工作在UGS>0Sect4.3.3各类绝缘栅场效应三极管的特性曲线绝 缘 栅 场 效 应 管N 沟 道 增 强 型P 沟 道 增 强 型Sect绝 缘 栅 场 效 应 管N 沟 道 耗 尽 型P 沟 道 耗 尽 型Sect场效应管的主要参数直流参数 交流参数 极限参数Sect2. 夹断电压UP夹断电压是耗尽型FET的参数，当UGS=UP 时,漏极电流为零3. 饱和漏极电流IDSS耗尽型场效应三极管当UGS=0时所对应的漏极电流。

1. 开启电压UT开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通Sect4. 直流输入电阻RGS栅源间所加的恒定电压UGS与流过栅极电流IGS之比结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107Ω，绝缘栅场效应三极管RGS约是109～1015Ω5. 漏源击穿电压BUDS使ID开始剧增时的UDS6.栅源击穿电压BUGSJFET：反向饱和电流剧增时的栅源电压MOS：使SiO2绝缘层击穿的电压Sect1. 低频跨导gm 低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用gm的求法: ① 图解法—gm实际就是转移特性曲线的斜率 ②解析法：如增强型MOS管存在ID=K(UGS-UT)2Sect2. 衬底跨导gm b反映了衬底偏置电压对漏极电流ID的控制作用——跨导比Sect3. 漏极电阻rds反映了UDS对ID的影响，实际上是输出特性曲线上工作点切线上的斜率4.导通电阻Ron在恒阻区内Sect5. 极间电容Cgs—栅极与源极间电容Cgd —栅极与漏极间电容Cgb —栅极与衬底间电容Csd —源极与漏极间电容Csb —源极与衬底间电容Cdb —漏极与衬底间电容主要的极间电容有：Sect4.3、绝缘栅型场效应晶体管IGFET（MOS）分增强型和耗尽型两类：各类有分NMOS和 PMOS两种： 1) NMOS （Metal Oxidized Semiconductor) NMOS（D）P 衬底NN源极 门极 漏极 S G D 增强型N沟道示意B 基底NMOS（E）P 衬底NN源极 门极 漏极 S G D 耗尽型N沟道示意B 基底Sio2Sio2N沟道GDSGGGBB++2）P沟道MOS（Metal Oxidized Semiconductor) N 衬底PP源极 门极 漏极 S G D 增强型P沟道示意B 基底PMOS（E）N 衬底PP源极 门极 漏极 S G D 耗尽型P沟道示意B 基底Sio2Sio2P沟道GDSGGGBB--PMOS（D）(1)工作状态示意图P 衬底NNS G D UGSUDSBID耗尽区++ ++ - - - - GDSBIDUDS UGS(2) IGFET 工作原理(NMOS)w耗尽型场效应管的工作原理类似结型场效应管。

w增强型IGFET象双结型三极管一样有一个开启电压VT ，（相当于三极管死区电压） w当UGS低于VT时，漏源之间夹断ID=0 w当UGS高于VT时，漏源之间加电压后ID=ID0（ -1）2 ；IDO为2VT时的IDw当UDS小于等于UGS-VT时，进入可变电阻区UGS VT∂uGS∂ iDgm=2ID0(UGS-1) VT=VT2IDID0VT(3) IGFET（E）特性曲线UDS可变电阻区截止区 IB≤0UDS=UGS-VTNMOS的输出特性曲线2.0V4.0V6.0VUGS=8.0VμA ID放大区 0击 穿 区UDS=5VUGSVID μA0 2 4 6 82001501005020015010050NMOS的转移特性曲线(4)主要参数：1）开启电压VT:手册给出是ID为一微小值 时的VGS 2）饱和漏极电流IDO; VGS=2VT时的ID 3)、 电压控制电流系数gm= 也称跨导（互导 ） 4）交流输出电阻 rds= 5)极限参数：V（BR）DS 漏极的附近发生雪崩击穿。

V（BR）GS 栅源间的最高反向击穿PDM 最大漏极允许功耗 ， 与三极管类似vgsidUds=常数uds idvgs=常数∂uds∂ id2IDID0VT=3）FET的三种工作组态w以NMOS（E）为例：IDGRDSBUDSUGS输 入输出共源组态： 输入：GS 输出：DSG RDDBUDSUGS输 入输 出共漏组态： 输入：GS 输出：DSGRDSBUDS输 入输 出共栅组态： 输入：GS 输出：DS一. 结型场效应管1. 结型场效应管的结构（以N沟为例）：两个PN结夹着一个N型沟道三 个电极。