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场效应管放大电路

场效应管放大电路

这种偏置电路的特点是： 栅极直流偏压直接由电源UGG经电阻Rg供给，因为3DO1是耗 尽型MOS管，故 UGS = - UGG。由于场效应管输入电阻很大， 所以 Ig = 0 。栅偏压是由固定的外加电源供给的，故称为固 定偏置电路。此电路是共源极放大电路。
⑵ 自给栅偏压偏置电路
这种偏置电路的特点是： 在源极上接一个电阻RS，外加电压UDD产生的ID就会在RS 上产 生压降URS ，由于Ig = 0，所以可以得 ：UGS = - URS = - ID RS 。 这种电路栅 偏压是由漏极电流流过源极电阻产生的，故称为 自给偏压电路。增强型MOS管不采用此种这种方式。
（mA） ID UGS = 0 V
6
击穿区
rN小
可变电阻区
5
4 3 2
UGS = -1V 放 大 区 UGS = -2V UGS = -3V UGS = -4V
4 8 12 16 20 24
rN大
1 0
截止区
BUDSS
UDS（V）
⑶ 截止区 当|UGS|≥|UP|时，导电沟道完全夹断，电阻rn最大， 漏极电流 ID = 0，管子截止。
id
T2 T1 Id0
T3
Q0
ugso
ugs
从图可以看出当 UGS选在零工作 点，则温度变化时，漏极电流 ID 不变。T1，T2，T3为不同的温度 曲线。
4. 场效应管结构对称，应用灵活 ，方便。有时漏极和源极 可以互换使用，但是当衬底与源极相连在一起是不能互换使 用的。
5. 场效应管的制造工艺简单，有利于大规模集成。 6. 由于MOS场效应管输入电阻高达10¹² KΩ，故受外界静电 场感应产生的电荷不容易泄露，会在栅极上产生很高的电场 强度会引起 SiO2绝缘层击穿损坏管子。焊接时，应将电烙铁 外壳可靠接地。 7. 由于场效应管的跨导小，组成放大电路时，在相同负载 电阻的情况下，其电压放大倍数比三极管放大电路低。

场效应管放大电路

场效应管放大电路

结型场效应管的工作状态可划分为四个区域。 (a) 可变电阻区 可变电阻区位于输出特性曲线的起始部分，它表示vDS较 小、管子预夹断前，电压vDS与漏极电流iD间的关系。
在此区域内有VP＜vGS≤0，vDS＜vGS－VP。当 vGS一定，vDS较小时，vDS对沟道影响不大，沟 道电阻基本不变，iD与vDS之间基本呈线性关 系。若 | vGS | 增加，则沟道电阻增大，输 出特性曲线斜率减小。所以，在vDS较小时， 源-漏极间可以看作是一个受vGS控制的可变电 阻，故称这一区域为可变电阻区。这一特点常 使结型场效应管被作为压控电阻而广泛应用。
4.3 金属-氧化物-半导体场效应管
结型场效应管的输入电阻虽然可达106～109W， 但在要求输入电阻更高的场合，还是不能满足要求。
本节介绍的金属-氧化物-半导体场效应管（ MOSFET）具有更高的输入电阻，可1015欧姆。并具 有是制造工艺简单、适于集成电路的优点。
MOS管也有N沟道和P沟道之分，而且每一类又分为 增强型和耗尽型两种。增强型MOS管在vGS=0时，没 有导电沟道存在。而耗尽型MOS管在vGS=0时，就有 导电沟道存在。
2.结型场效应管的工作原理
N沟道和P沟道结型场效应管的工作原理完 全相同，现以N沟道结型场效应管为例，分析 其工作原理。N沟道结型场效应管工作时，需 要外加如图4所示的偏置电压.
偏置电压的要求： 1 .栅-源极间加一负电压(vGS＜ 0) 作用：使栅-源极间的P+N结反偏，栅极电流iG≈0，场效应管 呈现很高的输入电阻(高达108W左右)。 2.漏-源极间加一正电压(vDS＞0) 作用：使N沟道中的多数载流子电子在电场作用下由源极向 漏极作漂移运动，形成漏极电流iD。 在上述两个电源的作用下,iD的大小主要受栅-源电压vGS控制 ，同时也受漏-源电压vDS的影响。 因此，讨论场效应管的工作原理就是： （1）讨论栅-源电压vGS对漏极电流iD（或沟道电阻）的控制 作用 （2）讨论漏-源电压vDS对漏极电流iD的影响。

场效应管放大电路

场效应管放大电路

场效应管放大电路
一、实验要求
(1)建立场效应管放大电路。

(2)分析场效应管放大电路的性能
二、实验内容
(1)建立结型场效应管共源放大电路。

结型场效应管取理想模式。

用信号发生器产生频率为lkHz、幅值为10mV的正弦信号。

(2)打开仿真开关，用示波器观察场效应管放大电路的输入波形和输出波形。

测量输出波形的幅值，计算电压放大倍数。

(3)建立如图3-3所示的场效应管放大电路的直流通路。

打开仿真开关，利用电压表和电流表测量电路静态参数。

三、实验电路原理图
结型场效应管共源放大电路
场效应管放大电路的直流通路
四、实验结果及分析
1、函数信号发生器
输入信号输出信号波形：
分析：
共源放大电路的电压放大倍数为10。

输出波形的幅值为100mv。

2、场效应管放大电路的直流通路大电路的直流通路
分析：
根据实验数据可得，场效应管的漏源电压为15.076V，栅源电压为0.411V，漏极电流为0。

.05mA。

电压表和电流表测到的栅源电压，漏源电压，漏极电流。

五、实验结论
与双极型晶体管放大电路的共发射极、共集电极和共基极电路相对应，场效应管放大电路也有三种基本组态：共源电路、共漏电路、共栅电路。

其电路结构与分析方法与双极型晶体管放大电路类似。

MOS场效应管放大电路

MOS场效应管放大电路
28
2、共源放大电路的分析
• ⑵交流分析 • 再画出交流等效电路:
29
2、共源放大电路的分析
• 再根据等效电路计算交流性能: • ① 电压放大倍数
•
•
UO gmUgs(RD //RL)
•
•
Au
gmUgs(RD
•
// RL)
•gmRL
Ugs
• 电压放大倍数为负值,说明输出电压与输入电压反相。
30
•
研究动态信号时用全微分表示：
13
场效应管的低频小信号等效模型
• 定义:
• 当信号较小时,管子的电压、电流仅在Q点附近变化，可以认 为是线形的，gm与rds近似为常数，用有效值表示：
Id gmUgsr1dsUds
14
场效应管的低频小信号等效模型
• 由此式可画出场效应管的低频小信号等效模型:
• 可见场效应管的低频小信号等效模型比晶体管还要 简单。
0.258//1000
1gmRS//RL 10.258//1000
0.67
55
注意事项
(1) 在 使 用 场 效 应 管 时 , 要 注 意 漏 源 电 压 UDS、漏源电流ID、栅源电压UGS及耗散功率等 值不能超过最大允许值。
(2)场效应管从结构上看漏源两极是对称 的，可以互相调用，但有些产品制作时已将衬 底和源极在内部连在一起，这时漏源两极不能 对换用。
RS
//1 gm
38
4、共栅放大电路的分析
• ⑴电路结构 一个共栅放大器的电路图如下:
39
4、共栅放大电路的分析
• ⑵交流性能分析 • 先画出交流通路:
40
4、共栅放大电路的分析
• ⑵交流性能分析 • 再画出交流等效电路:

场效应管放大电路

场效应管放大电路

场效应管放大电路
场效应管放大电路是一种重要的净化信号，广泛应用于消声、信号加强和纠正输入和输出信号的应用之中。

场效应管放大电路具有较高的稳定性，施加在输入和输出端的电压可以产生不同的放大倍数，可以增强信号的稳定性，并且有过载保护的功能，可以有效的减少输出噪声。

另外，场效应管放大电路的另一个重要优点是低失真率。

场效应管放大电路的输出电流和最大允许电压有直接的关系，当电压变化时，输出也会相应发生变化，这就可以很好的减少信号传输中的失真率，同时保证输出电流的稳定性。

此外，场效应管放大电路的功耗很低，因为放大电路的输出电压可以由输入端得到调节，这就可以有效的减少电源的功耗，大大改善节电效果。

总之，场效应管放大电路具有低失真率、低功耗和高稳定性等优点，广泛应用于各类电子设备中，提高了得到净化信号的效果。

模电第10讲 场效应管及其放大电路

模电第10讲 场效应管及其放大电路

三、场效应管放大电路的动态分析
1. 场效应管的交流等效模型
与晶体管的h参数等效模型类比：
近似分析时可认 为其为无穷大！
iD gm uGS
U DS
根据iD的表达式或转移特性可求得gm。
i D 2 I DSS 1 uGS gm uGS U U GS(off) U GS(off)

U
DS
2 I
2 DSS
1 uGS U GS(off) U GS(off)

2
U DS
2 U GS(off)
2 U GS(off)
2 UGS(th)
I DSS iD
当小信号作用时，可以用来 I DQ近似id，所以
gm
I DSS I DQ
同理，对于增强型MOS管
gm
I DO I DQ
2. 基本共源放大电路的动态分析
• 例2.7.1 已知图中所示电路 VGG 6V VDD 12V Rd 3kΩ
VGS(th) 4V I DO 10mA
试估算电路的Q点
Au
Ro
解：（1）求Q：
VGS VGG 6V 2 U GSQ I DQ I DO 1 2.5mA U GS(th) UDSQ VDD I DQ Rd 4.5V
优点：输入电阻高、噪声系数低、温度稳定性好、 抗辐射能力强、便于集成化。缺点：放大能力差。
输入 输出 公共极
Au
gm Rd 大 倒相
Ri
Ro
共源 g
d
s
很大 大几千欧 几倍~几十倍
gm Rs 1 gm Rs 小同相

场效应管放大电路

场效应管放大电路由场效应管组成放大电路时，也要建立合适的静态工作点Q ，而且场效应管是电压控制器件，因此需要有合适的栅源偏置电压。

常用的直流偏置电路有两种形式，即自偏压电路和分压式偏压电路。

1．自偏压电路图XX_01(a)所示电路是一个自偏压电路，其中场效应管的栅极通过电阻R g 接地，源极通过电阻R 接地。

这种偏置方式靠漏极电流I D 在源极电阻R 上产生的电压为栅源极间提供一个偏置电压V GS ，故称为自偏压电路。

静态时，源极电位V S =I D R 。

由于栅极电流为零，R g 上没有电压降，机极电位V G =0，所以栅源偏置电压V GS = V G –V S = –I D R 。

耗尽型MOS 管也可采用这种形式的偏置电路。

图XX_01(b)所示电路是自偏压电路的特例，其中V GS =0。

显然，这种偏置电路只适用于耗尽型MOS 管，因为在机源电压大于零、等于零和小于零的一定范围内，耗尽型MOS 管均能正常工作。

增强型MOS 管只有在机源电压达到其开启电压V T 时，才有漏极电流I D 产生，因此这类管子不能用于图XX_01所示的自偏压电路中。

2．分压式偏置电路分压式偏置电路是在自偏压电路的基础上加接分压电路后构成的，如图XX_02所示。

静态时，由于栅极电流为零，R g3上没有电压降，所以栅极电位由Rg2与R g1对电源V DD 分压得到 。

源极电位V S =I D R 。

这种偏置方式同样适用于结型场效应管或耗尽型MOS 管组成的放大电路。

对场效应管放大电路的列态分析也可以采用图解法或公式估算法，图解法的步骤与双极型三极管放大电路的图解法相似。

这里仅讨论用公式估算法求静态工作点。

工作在饱和区时，结型场效应管和耗尽型MOS 管的漏极电流 ，增强型MOS 管的漏极电流。

求静态工作点时，对于知识点0440101中图XX_01(a)所示电路，可求解方程组得到ID 和VGS。

管压降对于知识点0440101中图XX_02所示电路，可求解方程组得到ID 和VGS。

场效应管及其基本放大电路PPT学习教案


增强型 耗尽型
N沟道(uGS＞0，uDS＞0) P沟道(uGS＜0，uDS＜0) N沟道(uGS极性任意， uDS＞0) P沟道(uGS极性任意， uDS＜0)
uGS=0可工作在恒流区的场效应管有哪几种？ uGS＞0才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？ uGS＜0才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？
uGS>UGS(th) ， uGD<UGS(th)
④ 击穿区：
当UDS大于击穿电压时，栅 —漏耗尽层被破坏，价电 子被大量激发，iD大增。
第13页/共57页
（2）转移特性曲线： iD f (uGS ) UDS
G +
uGS
-
iD
D +
uDS
-
S
iS
iD /mA
4 3
UDS = 10 V
2
1 UGS (th) 开启电压
iD
D +
uDS
G
当|UGS|增加时， 导电沟道均匀变窄， 沟道电阻增加。
当UGS<UGS(off)时， 导电沟道消失， 沟道电阻→∞。
+
-uGSS来自iS-沟道宽 度
UGS(OFF)
0 UG
S
UGS(off)—夹断电压。对于N沟道， UGS(off)<0
第5页/共57页
2） uDS 对沟道的控制作用 设uGS 0，uDS > 0， uGD = uGS - uDS
UGD<UGS(th) , UGD<UGS(off) D端夹断
可变阻区 UGS>UGS(th) , UGS>UGS(off) S端开启
UGD>UGS(th) , UGD>UGS(off) D端开启

场效应管放大电路介绍课件


⑦ 输出电阻rd：
rd
vDS iD
VG S
12
4.3 金属-氧化物-半导体场效应管
FET 场效应管
JFET 结型
MOSFET 绝缘栅型
N沟道 （耗尽型）
P沟道 N沟道
增强型 P沟道
N沟道 耗尽型
P沟道
13
4.3.1 N沟道增强型MOSFET
1. 结构
14
4.1.1 N沟道增强型MOSFET
2. 工作原理 s 二氧化硅
d
d
d
P+
P+
P+
P+
P+
P+
g
g
g
N
N
N
s
s
s
8
2. 工作原理 ③ VGS和VDS同时作用时
9
4.1.1 JFET的结构和工作原理 综上分析可知
• JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因此 iG0，输入电阻很高。
• JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制 • 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；
反偏的PN结 —— 反偏电压控制耗尽层
栅极G(g)
源极S(s)
6
4.1.1 JFET的结构和工作原理
2. 工作原理 ① VGS对沟道的控制作用
② VDS对沟道的影响
• VGS=0
• VGS＜0 (反偏)
• VGS= VP
|VGS | 增加 耗尽层加厚 沟道变窄 沟道电阻增大
全夹断（夹断电压）
耗尽层 d
Rc
CC：Re
//
(
Rs
// Rb )
1
rbe
CB：

场效应管放大电路.ppt

vDS=10V
VP
谢谢你?的?观?赏JFET有正常放大谢作谢用你的时观赏，沟道处于什么状态？
41
3. 主要参数
① 夹断电压VP (或VGS(off))： 漏极电流约为零时的VGS值 。
② 饱和漏极电流IDSS： 在vGS=0的情况下，当vDS>|VP|时的漏极电流。IDSS是JFET 所能输出的最大电流。
33
5.3 结型场效应管
5.3.1 JFET的结构和工作原理
结构 工作原理
5.3.2 JFET的特性曲线及参数
输出特性 转移特性 主要参数
谢谢你的观赏
谢谢你的观赏
34
5.3.1 JFET的结构和工作原理
1. 结构
栅极，用G 源极，用S或s表示或g表示
漏极，用 D或d表示
N型导电沟道 符号
反映了vDS对iD的影响。
42
3. 主要参数
⑤ 直流输入电阻RGS： 在漏源之间短路的条件下，栅源之间加一定电压时的栅源 直流电阻就是直流输入电阻RGS。
⑥ 最大漏源电压V(BR)DS 发生雪崩击穿、iD开始急剧上升时的vDS值。
⑦ 最大栅源电压V(BR)GS 指输入PN结反向电流开始急剧增加时的vGS值。
N
N
感应出电子 P
谢谢你的观赏
谢谢你的观赏
VT称为开启电压 12
谢谢你的观赏
VGS VDS S GD
VGS较小时，导 电沟道相当于电
阻将D-S连接起
来，VGS越大此 电阻越小。
N
N
P
谢谢你的观赏 13
谢谢你的观赏
VGS VDS S GD
当VDS不太大 时，导电沟
道在两个N区
间是均匀的。
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⑥ 最大漏源电压V(BR)DS
⑦ 最大栅源电压V(BR)GS
⑧ 最大漏极功耗PDM
{end}
4.2砷化镓金属-半导体场效应管（略）
4.3 绝缘栅场效应管
绝缘栅型场效应管 ( Metal Oxide Semiconductor FET)
简称MOSFET。 分类： 增强型 N沟道、P沟道 耗尽型 N沟道、P沟道
在d、s之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。
当VGS＞0V时→纵向电场
→将靠近栅极下方的空穴向下排 斥→耗尽层。
再增加VGS→纵向电场↑
→将P区少子电子聚集到P区表 面→形成导电沟道，如果此 时加有漏源电压，就可以形
成漏极电流id。
Hale Waihona Puke -s-s VDDVDD VGG -g -g
-d-d
id 二氧化硅
4.3 绝缘栅场效应管（续）
4.3.1 N沟道增强型MOS管
1、结构
3个电极：漏极D， 源极S，栅极G
1个衬底引脚（B）。
符号：
-d
g
--
b
s
源 极s 栅 极-g 漏 极d
-
-
N+
N+
P衬 底
-
衬 底b
N沟道增强型MOS管结构演示
（2）工作原理
①栅源电压VGS的控制作用 当VGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的 二极管，
②漏源电压VDS的控制作用
（3）特性曲线
输出特性曲线 iD=f(uDS)uGS=const
转移特性曲线 iD=f(uGS)uDS=const
可根据输出特性曲线作出移特性曲线。
例：作uDS=10V的一条转移特性曲线：
i D (mA)
4
uGS=6V
i D (mA)
4
3
uGS=5V
3
2
uGS=4V
2
1
uGS=3V
不同点：栅压可正可负
源 极s 栅 极-g 漏 极d
-
-
++++++++++++
N+
N
P衬 底
-
衬 底b
-d
g
--b -
s
夹断电压（ VP）——沟道刚刚消失所需的栅源电压VGS。
增强型与耗尽型MOSFET比较
增强型
iD D
耗尽型
iD D
G uGS
iD
uDS S
G uGS
uDS S iD
uGS
VT
uGS
可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子)。
gm
iD vGS
VDS
或
gm
2IDSS(1 VP
vGS VP
) （ 当VP
vGS
0时）
④ 输出电阻rd：
rd
vDS iD
VG S
4.1 结型 场效应管
3.
主要参数（续）
⑤ 直流输入电阻RGS： 对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107Ω。
4.1 结型 场效应管
综上分析可知
• 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。
• JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因
此iG0，输入电阻很高。
• JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制
• 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后， iD趋于饱和。
1
u
DS
(V)
10V
2 46
UT
u
GS
(V)
4.3.2 N沟道耗尽型MOSFET
结构：在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子。
所以当uGS=0时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。
特点：与JFET相似
当uGS=0时，就有沟道， 加入uDS，就有iD。 当uGS＞0时，沟道增宽， iD进一步增加。 当uGS＜0时，沟道变窄， iD减小。
二氧化硅
N
+ N
+
N
+ N
+
P衬P衬底底
bb
栅源电压VGS的控制作用演示
开启电压（ VT）——刚刚产生沟道所需的 栅源电压VGS。
N沟道增强型MOS管的基本特性：
VGS ＜ VT，管子截止， VGS ＞VT，管子导通。 VGS 越大，沟道越宽，在相同的漏源电压VDS 作用下，漏极电流ID越大。
（2）工作原理（续）
1. 结构
栅极，用G 源极，用S或s表示或g表示
漏极，用D 或d表示
N型导电沟道 符号
PP型型区区 # 符号中的箭头方向表示什么？
2. 工作原理 4.1 结型
场效应管
（以N沟道JFET为例）
① ②③ VVGDGSS对和沟VD道S同的时控作制用作时用
当当VVGGPSS=＜<0V0时G时S，<0V时DS， 导I电D 沟 P道N更G结容、反易D偏间夹P断N耗，结对尽的于层反同加向样厚电 压 耗 从继的的增尽上沟续值VVD加层至道变要SGS，，加下变窄小继使宽呈I窄。续D的靠，楔。减值近沟形小比漏道分，V极变布沟G处窄。S道=的，0时 时夹在的，断预当栅当V在。夹GV源沟D紧D断=电S道V靠增处压G夹漏加SV-断极到VGDS时处使称S =，出V为VG对P现夹D=应预断VP 此电时压VVDSP （或夹VG断S(区off)延）长。 对于沟N道沟电道阻的JFEITD基，本VP不<0变。
# 为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？
4.1 结型 场效应管
4.1.2 JFET的特性曲线及参数
1. 输出特性 iD f (v ) DS vGSconst.
4.1 结型 场效应管
4.1.2 JFET的特性曲线及参数（续）
2. 转移特性
iD f (v ) GS vDS const.
iD
IDSS (1
vG S VP
)2
(VP vGS 0)
4.1 结型 场效应管
4.1.2 JFET的特性曲线及参数（续）
VP
# JFET有正常放大作用时，沟道处于什么状态？
3. 主要参数 4.1 结型
场效应管
① 夹断电压VP： 漏极电流约为零时的VGS值 。 ② 饱和漏极电流IDSS： VGS=0时对应的漏极电流。 ③ 低频跨导gm： 低频跨导反映了vGS对iD的控制作用。gm
增强型
N沟道 P沟道
耗尽型
N沟道 P沟道
4.1 结型场效应管
4.1.1 JFET的结构和工作原理
• 结构 • 工作原理
4.1.2 JFET的特性曲线及参数
• 输出特性 • 转移特性 • 主要参数
4.1.1 JFET的结构和工作原理
1. 结构
4.1 结型 场效应管
4.1.1 JFET的结构和工作原理（续）
第十讲
4 场效应管放大电路
4.1 结型场效应管 *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 场效应管放大电路（续）
分类：
FET 场效应管
JFET 结型
MOSFET (IGFET) 绝缘栅型
N沟道 （耗尽型） P沟道
VP
4.3.3 P沟道耗尽型MOSFET
P沟道MOSFET的工作原理与N沟道 MOSFET完全相同，只不过导电的载流 子不同，供电电压极性不同而已。这如 同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。