5-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

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、场效应管有三个极：源极( ) 栅极( )、漏极( ), )、漏极 场效应管有三个极：源极(s)、栅极(g)、漏极(d), 对应于晶体管的e、 、 ; 三个工作区域：截止区、恒流区、 对应于晶体管的 、b、c;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。 晶体管的截止区 可变电阻区，对应于晶体管的截止区、放大区、饱和区。

一、结型场效应管(以N沟道为例)1. 结构符号 栅极 漏极 结构示意图

导电 沟道

源极

2. 工作原理(1)栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用

UGS(off) ( )

沟道最宽

沟道变窄

沟道消失 称为夹断

uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么 必须加 可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必须加 负电压？ 负电压？

(2)漏-源电压对漏极电流的影响uGD>UGS(off) ( ) uGD=UGS(off) ( ) 预夹断

uGD<UGS(off) ( )

uGS>UGS(off)且不变，VDD增大，iD增大 增大， ( )且不变，

。VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的 的增大， 电阻， 几乎不变，进入恒流区， 电阻，iD几乎不变，进入恒流区，iD几乎 仅仅决定于u 仅仅决定于 GS。

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？

3. 特性(1)转移特性 )

iD = f (uGS ) U DS =常量场效应管工作在恒流区，因而 场效应管工作在恒流区，因而uGS>UGS(off)且uGD<UGS(off)。 ( ) ( ) >-U ( ) uDG>-UGS(off)漏极饱 和电流 夹断 电压

u DS> u GS U GS(off)在恒流区时 uGS 2 iD = I DSS (1 ) U GS(off)

(2)输出特性iD = f (uDS ) U GS =常量IDSS g-s电压 电压 控制d-s的 控制 的 等效电阻可 变 电 阻 区 恒 流 区 击 穿 区

预夹断轨迹， 预夹断轨迹，uGD=UGS(off) ( )iD几乎仅决 定于u 定于 GS

iD

夹断电压

低频跨导： 低频跨导： iD gm = uGSU DS =常量

夹断区(截止区) 夹断区(截止区)

不同型号的管子U ( ) 不同型号的管子 GS(off)、IDSS 将不同。 将不同。

二、绝缘栅型场效应管1. 增强型管大到一定 值才开启

衬底 高掺杂 耗尽层空穴

SiO2绝缘层

反型层

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。 反型层将两个N区相接时 形成导电沟道。 区相接

时， 反型层将两个 区相接时，形成导电沟道。

增强型MOS管uDS对iD的影响刚出现夹断

uGD=UGS(th), iD随uDS的增 ( ) 预夹断 大而增大， 大而增大，可 变电阻区 uGS的增大几乎全部用 来克服夹断区的电阻

iD几乎仅仅 受控于u 受控于 GS,恒 流区

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？ 沟道增强型 管工作在恒流区的条件是什么

2. 耗尽型 MOS管

小到一定 值才夹断 uGS=0时就存在 时就存在 导电沟道 加正离子

耗尽型MOS管在 uGS>0、 uGS <0、 uGS =0时均可导 管在 耗尽型 、 、 时均可导 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， 通，且与结型场效应管不同，由于 uGS>0时仍保持 间电阻非常大的特点。 时仍保持g-s间电阻非常大的特点 时仍保持 间电阻非常大的特点。

3. MOS管的特性1)增强型 增强型MOS管 增强型 管开启 电压

uGS 在恒流区时，iD = I DO ( 1) 2 U GS(th) 式中I DO为uGS = 2U GS(th)时的iD

2)耗尽型 耗尽型MOS管 耗尽型 管夹断 电压

3. 场效应管的分类工作在恒流区时g-s、 间的电压极性 工作在恒流区时 、d-s间的电压极性

N沟道(uGS<0,u DS>0) 结型 P沟道(uGS>0,u DS<0) N沟道(uGS>0,u DS>0) 场效应管 增强型 P沟道(uGS<0,u DS<0) 绝缘栅型 N沟道(uGS极性任意， u DS>0) 耗尽型 P沟道(u 极性任意， u <0) GS DS

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？ 可工作在恒流区的场效应管有哪几种只有u 才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？ 只有 GS>0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u 才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？ 只有 GS<0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 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