模电第五章场效应管.ppt

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、、金属金属-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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JFETJFET{{N 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§ 5·1 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））5.1.1N5.1.1N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2 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 D＝＝0P P 型衬底型衬底型衬底型衬底N N+N N+s sg gd dB BiD＝＝ 02 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 BVGGVGS>VT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PNNsgdBV VGGGGV VDSDSPNNsgdBV VGGGGV VDSDSPNNsgdBV VGGGGV VDSDSVGD>VTVGD=VTVGD

道未形成道未形成道未形成2、可变电阻区：、可变电阻区：VDS≤（（ VGS －－ V VT T ））iD的表达式见的表达式见5.1.2－－4式式3、饱和区：、饱和区： VGS≥ V VT T，，，，且且VDS≥（（ VGS －－ V VT T ）时，）时，区内区内V-I特性表达式为特性表达式为(2)(2)、转移特性曲线、转移特性曲线：：iD= f（（ vGS ））| vDS = 常数常数iD(mA)vGS( V )0VT2VTIDO在饱和区内，在饱和区内， iD受受VDS影响很影响很小，不同小，不同VDS下的转移特性下的转移特性基本重合基本重合其中其中它是它是 时的时的iD在饱和区内有：在饱和区内有：(2)(2)、转移特性曲线、转移特性曲线：：iD= f（（ vGS ））| vDS = 常数常数转移特性曲线转移特性曲线可以由函数式画出，也可以直可以由函数式画出，也可以直接从输出特性曲线上用作图法求出接从输出特性曲线上用作图法求出iDVDS0恒流区恒流区可变电可变电 阻区阻区击击穿穿区区i iD D(mA)(mA)v vGSGS( V )( V )0V VT T2V2VT TI IDODO5.1.2 N5.1.2 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSMOS管管1、结构和符号、结构和符号2、工作原理和特性曲线、工作原理和特性曲线(详详见课本见课本)P 型衬底型衬底N+N+sgdB+ + ++ + + + ++ + + ++ + + + ++ ○ ○○ ○○ ○○ ○gdsB5.1.2 N5.1.2 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSMOS管管1、结构、结构工作原理工作原理工作原理工作原理: :由于正离子的由于正离子的由于正离子的由于正离子的作用，也和增强型接入栅作用，也和增强型接入栅作用，也和增强型接入栅作用，也和增强型接入栅源电压并源电压并源电压并源电压并V VGSGS>V>VT 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 VGSGS>0>0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 VGSGS＜＜＜＜0 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，5.1.2 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5.1.3 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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5.1.4 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λλ，，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µm（（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50μA））时的时的VGS 这是增强型这是增强型FET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20μA））时的时的VGS这是耗尽型这是耗尽型FET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 这是耗尽型是耗尽型FET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109Ω～～ 1015Ω 。

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P208－－210））当不考虑沟道的调制效应（当不考虑沟道的调制效应（ λ＝＝0））时，时， 当考虑沟道的调制效应（当考虑沟道的调制效应（ λ≠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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§5·2 §5·2 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 i··C 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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：①① 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 ））.②② 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③③ 如果出现如果出现VGSQ＜＜V 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④④ 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（（（（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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=160µA/V2, VT=1V,Kn=160µA/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 （（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 IDQDQV 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：：：：2、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图图5.2.43 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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：3 3、小信号模型分析、小信号模型分析○ ○○ ○○ ○○ ○gdsBs sg gd d+ +-+ +-Vgs·gmVgs ·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λ≠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+ +-+ +-Vgs·gmVgs ·Vds· Id·低频模型低频模型低频模型低频模型b b b brdss3 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· Id·rgsrdsCgdCgsCds高频模型高频模型高频模型高频模型Cgs+ Cgb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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例例5.2.63 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)5.3 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  5·3 5·3 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 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(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 < 0P+P+sgdVGGvGS =V P耗尽层耗尽层vGS由由0变负，由左至右依次变得更负变负，由左至右依次变得更负上述分析表明，改变的上述分析表明，改变的v vGSGS大小，可以大小，可以有效地控制沟道电阻的大小。

若在漏有效地控制沟道电阻的大小若在漏源极间加上固定的正向电压源极间加上固定的正向电压v vDSDS ，则由，则由漏极流向源极的漏极流向源极的电流电流iD D将受的将受的v vGSGS控制控制，，︱︱ v vGSGS︱增大时，沟道电阻增大，︱增大时，沟道电阻增大， iD D减减少 ︱︱ v vGSGS︱进一步增大到某一定值︱进一步增大到某一定值︱︱ V VP P︱时，沟道全部被夹断，沟道电︱时，沟道全部被夹断，沟道电阻将趋于无穷大，相应的栅源电压称阻将趋于无穷大，相应的栅源电压称为为夹断电压夹断电压V VP P(2)(2)、、v vGSGS=0=0，， v vDSDS 对导电沟道的影响对导电沟道的影响VDDdsNdsgVDDv vP Pv vDSDS＜＜dsVDDAv vP Pv vDSDS= =dNsVDDv vDSDS＞＞v vP PA即即(3)(3)、、v vDSDS>0>0，， 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：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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2. 工作原理工作原理4.1 结型结型场效应管场效应管①① VGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当当VGS＜＜0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 <0PN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②② 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③③ VGS和和VDS同时作用时同时作用时当当VP

输入电阻的阻值很高2、、 JFET是电压控制电流器件，是电压控制电流器件， iD D受受v vGSGS控制3、对于确定的、对于确定的v vGSGS ，预夹断前，，预夹断前，iD D与与v vDSDS呈近似呈近似线性关系；预夹断后，线性关系；预夹断后， iD D趋于饱和趋于饱和P沟道沟道JFET工作时，其电源极性与工作时，其电源极性与N沟道沟道JFET的电源极性相反的电源极性相反• 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电， 所以场效应管也称为单极型三极管所以场效应管也称为单极型三极管1 1、输出（、输出（漏极漏极）特性曲线：）特性曲线：iD= f（（ vDS ））| VGS = 常数常数IDSSVP可变电可变电 阻区阻区恒流区恒流区击击穿穿区区iDvDS0 0 0- -5 5- -7 7- -2 2- -3 3- -4 45.3.2 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数2、转移特性曲线：、转移特性曲线：iD= f（（ vGS ））| VDS = 常数常数iD(mA)vGS( V )0V Vp pI IDSSDSS曲线方程：曲线方程：（（VP VGS  0））iD= IDSS （（ 1 - vGS /VP ））2输出特性、转移特性曲线间的联系输出特性、转移特性曲线间的联系iDvDS0 0 0- -5 5- -7 7- -2 2- -3 3- -4 4 -6 -4 -2 0-6 -4 -2 0v vGSGSi iD DI IDSSDSS4.1 结型结型场效应管场效应管# # JFETJFET有正常放大作用时，沟道处于什么状态？有正常放大作用时，沟道处于什么状态？有正常放大作用时，沟道处于什么状态？有正常放大作用时，沟道处于什么状态？5.3.2 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数(整体理解）整体理解）2. 转移特性转移特性 VP1. 输出特性输出特性 夹断状态！夹断状态！（（1）夹断电压）夹断电压 VP:漏极电流约为零时的漏极电流约为零时的VGS值值 。

2）） 饱和漏极电流饱和漏极电流 IDSS: VGS=0时对应的漏极电流时对应的漏极电流3）最大漏源电压）最大漏源电压V（（BR））DS （（4）最大栅源电压）最大栅源电压VGS （（BR））（（5）直流输入电阻）直流输入电阻RGS:对于结型场效应三极管，反偏时对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于约大于107Ω6）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)3 3、主要参数、主要参数（（7）输出电阻）输出电阻:（（8）最大耗散功率）最大耗散功率PDM5.3.3 JFET放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法1、、 JFET的小信号模型的小信号模型前已述及，结型场效应管，其低频和高频前已述及，结型场效应管，其低频和高频小信号模型分别对应于增强型场效应管的小信号模型分别对应于增强型场效应管的低频模型图低频模型图b和高频模型即和高频模型即g gd d+ +-+ +-Vgs·gmVgs ·Vds· Id·低频模型低频模型低频模型低频模型b b b brdssdgs＋＋－－＋＋－－g gs sd d+ +-+ +-Vgs·gmVgs ·Vds· Id·rdsCgdCgsCds高频模型高频模型高频模型高频模型dgs＋＋－－＋＋－－2 2、小信号模型分析、小信号模型分析FETFET放大电路放大电路（（1）、共源极放大电路）、共源极放大电路R RD Dg gs sd d+ +-+ +-dIR RL L-+ +R R2 2R R1 1R RGGiU gsU gmUgs OU  ①①有源极旁路电容有源极旁路电容Ce的情况的情况等效电路等效电路V VDDDDR RL L+ ++ +--R RGGR RD Di iD DR R1 1R R2 2R RC Ce eU Ui iU UOO··rds忽略忽略 LmgsLgsmiOuR’gUR’UgUUA- -= = - -= == =    DoRR ≈ 21//RRRRGi+ += =LgsmLDDoR’UgRRIU- -= =- -= =)//(   R RD Dg gs sd d+ +-+ +-dIR RL L-+ +R R2 2R R1 1R RGGiU gsU gmUgs oU  rds忽略忽略2 2、小信号模型分析、小信号模型分析FETFET放大电路放大电路（（2）、共源极放大电路）、共源极放大电路①①有源极电阻的情有源极电阻的情况况等效电路等效电路V VDDDD+ ++ +--R RGGR RD Di iD DR R1 1R R2 2R RU Ui iU UOO··r rdsdsg gs sd d+ +-+ +-dIR RD D-+ +R R2 2R R1 1R RGGiU gsU gmUgs OU  R Rr rdsdsg gs sd d+ +-+ +-dIR RD D-+ +R R2 2R R1 1R RGGiU gsU gmUgs OU  R R1、电压增益、电压增益如有如有RL则则 代替代替式中的式中的RDr rdsdsg gs sd d+ +-+ +-dIR RD D-+ +R R2 2R R1 1R RGGiU gsU gmUgs OU  R R2、输入电阻、输入电阻3、输出电阻、输出电阻3 3、分析、分析FETFET放大电路的静态工作点放大电路的静态工作点例例5.3.1求有源极电求有源极电阻的共源极放阻的共源极放大电路的大电路的Q点。

点V VDDDD+ ++ +--R RGGR RD Di iD DR R1 1R R2 2R RU Ui iU UOO··解：由图得解：由图得DDDGSRIVRRRV- -+ += =212把题目给定的电路参数代入得把题目给定的电路参数代入得把以上把以上2式代入式代入1式得式得JFET的的确工作确工作在饱和在饱和区，与区，与假设一假设一致5.5 各种放大器件电路性能比较各种放大器件电路性能比较（（1）与）与BJT比较比较 ① ①电压控制器件；输入电阻很大电压控制器件；输入电阻很大 ② ②只有一种载流子参与导电，单极型只有一种载流子参与导电，单极型 （（2）各种）各种FET的比较的比较 JFET、、MOSFET、、MESFET比较见表比较见表5.5.12 2、、FETFET使用注意事项使用注意事项5.5.15.5.1各种各种FETFET的特性及使用注意事项的特性及使用注意事项1 1、特性比较、特性比较①① MOS管管B的接法的接法:一般一般P衬底接低电位，衬底接低电位，N衬底接高电位衬底接高电位②②FET的的s、、d可互换使用（若可互换使用（若S、、B已连，则不能换）。

已连，则不能换）③③JFET的的g、、s间电压不能接反（烧管）；间电压不能接反（烧管）；MOS不可开路存放不可开路存放④④焊接焊接FET时，电烙铁必须接地，时，电烙铁必须接地，MOS管最好断电焊接管最好断电焊接5.5.2 各种放大器件电路性能比较各种放大器件电路性能比较通用组态电路反相电压放大器电压跟随器电流跟随器组态命名依据及特征输出电压与输入电压反相AV很大输出电压与输入电压同相AV约等于1输出电流与输入电流相等典型电路共射极电路共源极电路共集电极电路共漏极电路共基极电路共栅极电路用途电压增益高输入电阻、电容均较大，适于中间放大级输入（出）电阻高（低）可作阻抗变换，用于输入（出）级或缓冲级输入电阻、电容均较小，适于高频、宽带电路 (2)选用放大器件和电路元件参数选用放大器件和电路元件参数例例5．．5．．1 试设计一放大电路，要求其噪声低，试设计一放大电路，要求其噪声低，能与具有高内阻的信号源匹配，且有较高的上限能与具有高内阻的信号源匹配，且有较高的上限频率频率(>1 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5．．5．．1所示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：β=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（（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：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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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(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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考虑到考虑到密勒电容求法：由密勒电容求法：由P552定理定理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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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2.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4.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β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6. 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作业：作业：5.2.3;5.2.6; 5.3.7; 5.5.1; 5.5.4;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 3．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 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）。

 图图5.22 自偏压自偏压 电路图电路图  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，UGS＜＜0，，所所以以，，IDRS>UG；；对对N沟沟道道 增增 强强 型型 管管 ，，UGS>0，， 所所 以以IDRS

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?-45．．1．．1 图题图题5．．1．．1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)-4解：由图题解：由图题5．．1．．1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 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，， gm2＝＝0.2 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图题图题5.2.8g g2 2d d2 2+ +-gmVgs ·Vds· It·rdss2+ +-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图题图题5.2.8g g2 2d d2 2+ +-gmVgs ·Vds· It·rdss2+ +-Vt· 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，， gm2＝＝0.2 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 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，， gm2＝＝0.2 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（（3））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图题图题5.5.2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解解（（1））(5.5.2-2)(5.5.2-3)从整个回路看从整个回路看故故(2)求输出电导求输出电导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解得解得又又故有故有由图有由图有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,=（（1－－Av)Cgd。