模电 第四章 场效应管放大电路

绝缘栅型场效应管工作原理
1.增强型管 刚出现夹断
uGD＝UGS（th）, iD随uDS的增 预夹断 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uGS，恒 流区
二、金属-氧化物-半导体场效应管
绝缘栅型场效应管工作原理
2.耗尽型管
小到一定 值才夹断
uGS=0时就存在 导电沟道
1 2
rbe rbe 1
不同类型的管子复合后， 其类型决定于T1管。
五、复合管 讨论一：判断下列各图是否能组成复合管
在合适的外加电压下， 每只管子的电流都有合适 的通路，才能组成复合管。
五、复合管
讨论二：求下图的输入电阻和输出电阻
Ri=? Ro=?
rbe1 Rb ∥ Rs rbe2 1 1 Ro Re ∥ 1 2
一、结型场效应管（JFET）
(JFET)的特性曲线
2.输出特性
iD f ( uDS ) U GS 常量 IDSS
g-s电压控制d-s 的等效电阻
可 变 电 阻 区 恒 流 区 击 穿 区
预夹断轨迹，uGD＝UGS（off）
iD几乎仅决 定于uGS
ΔiD
低频跨导：
iD gm uGS
U DS 常量
加正离子
耗尽型MOS管在 uGS＞0、 uGS ＜0、 uGS ＝0时均可导 通，且与结型场效应管不同，由于SiO2绝缘层的存在，在 uGS＞0时仍保持g-s间电阻非常大的特点。
二、金属-氧化物-半导体场效应管
绝缘栅型场效应管特性曲线
1、增强型MOS管
开启 电压
转移特性 在恒流区：
输出特性
uGS iD I DO ( 1)2 VT
由正电源获得负偏压 称为自给偏压
U GSQ 2 I D I DSS (1 ) U GS(off)
UDSQ VDD I DQ ( Rd Rs )
哪种场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？
三、场效应管静态工作点的设置方法 自给偏压电路 — 图解法
U G 0 U S i D Rs uGS U G U S iD Rs
一、结型场效应管（JFET）
(JFET)的特性曲线
1.转移特性
iD f ( uGS ) U DS 常量
场效应管工作在恒流区，因而uGS＞UGS（off）且uDS＜UGS（off）。
在恒流区时
漏极饱 和电流 夹断 电压
uGS 2 iD I DSS (1 ) U GS(off)
为什么必须用转移特性 描述uGS对iD的控制作用？
Ri R1 10M
Av1 gm { R2 //[rbe 2 (1 ) R4 ]} 10
Av 2 (1 ) R4 1 rbe 2 (1 ) R4
R2 rbe 2 30 1
Av Av1 Av 2 10
Ro R4 //
二、金属-氧化物-半导体场效应管 场效应管的主要参数
2、交流参数
vDS 1) 输出电阻rd：rd iD
VGS
2) 低频跨导gm： 低频跨导反映了vGS对iD的控制作用。gm 可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子)。
iD gm vGS
VDS
或
vGS 2 I DSS (1 ) VP gm （ 当VP vGS 0时 ） VP
Ri Rb ∥{rbe1 (1 1 )[rbe2 (1 2 )(Re ∥ RL )]}
六、各种放大器件电路性能比较
放大电路的选用
按下列要求组成两级放大电路： ① Ri＝1～2kΩ，Au 的数值≥3000； ② Ri ≥ 10MΩ，Au的数值≥300；
③ Ri＝100～200kΩ，Au的数值≥150；
输出电阻的分析
Ro
Uo Uo 1 Rs ∥ Io Uo gm gmU o Rs
若Rs=3kΩ，gm=2mS， 则Ro=?
五、复合管
复合管的组成：多个管子合理连接等效成一个管子。
iE iB1 (1 1 )(1 2 )
1 2
rbe rbe 1 (1 1 )rbe 2
(与共射电路比较。)
Ro Rd
四、场效应管放大电路的动态分析 分压式偏置共源放大电路的动态分析
四、场效应管放大电路的动态分析 分压式偏置共源放大电路的动态分析
( R // R ) U I ' o d d L Au g m RL U U i gs Ri Rg 3 Rg 1 // Rg 2 Ro Rd
④ Ri ≥ 10MΩ ，Au的数值≥10，Ro≤100Ω。 ①共射、共射；②共源、共射；
③共集、共射；④共源、共集。
六、各种放大器件电路பைடு நூலகம்能比较
例1
两级放大电路如图所示，已知三极管的 100, rbe 1k 场效应管的 gm 5mS ，写出两级放大电路的组态，并求出 输入电阻、输出电阻及电压放大倍数 解：此为共源-共集放大电路
输入回路 负载线方程
uDS VDD iD ( Rd Rs )
输出回路负载线方程
三、场效应管静态工作点的设置方法 自给偏压电路 — 图解法
U GS iD Rs
uDS VDD iD ( Rd Rs )
Q
IDQ
Q
UGSQ
UDSQ
三、场效应管静态工作点的设置方法 分压式偏压电路 — 典型的Q稳定电路
四、场效应管放大电路的动态分析 分压式偏置共源放大电路的动态分析
( R // R ) U I o d d L A u g U U U i gs m gs Rs
' gm RL 1 gm Rs
Ri Rg 3 Rg1 // Rg 2 Ro Rd
U GQ U AQ U SQ I DQ Rs Rg1 Rg1 Rg2 VDD
U GSQ I D I DO ( 1)2 UT
UDSQ VDD I DQ ( Rd Rs )
为什么加Rg3?其数值应大些小些？ 哪种场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？
四、场效应管放大电路的动态分析 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：
iD gm uGS
U DS
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。
四、场效应管放大电路的动态分析
基本共源放大电路的动态分析
R U I o d d A gm Rd u Ui U gs 若Rd=3kΩ， Rg=5kΩ， gm=2mS， ? Ri 则 A u
夹断区（截止区）
夹断电压
不同型号的管子UGS（off）、IDSS将不同。
二、金属-氧化物-半导体场效应管
绝缘栅型场效应管工作原理
1.增强型管
大到一定 值才开启
高掺杂
衬底
空穴
耗尽层
SiO2绝缘层
反型层
uGS增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当 反型层将两个N区相接时，形成导电沟道。
二、金属-氧化物-半导体场效应管
源极
一、结型场效应管（JFET）
(JFET)的结构和工作原理
2.工作原理 a、栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用
沟道消失 沟道最宽 沟道变窄 称为夹断 uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必须加负电压？
UGS（off）
一、结型场效应管（JFET）
(JFET)的结构和工作原理
2.工作原理 b、漏-源电压对漏极电流的影响
二、金属-氧化物-半导体场效应管 场效应管的主要参数
1、直流参数 1) 夹断电压VP (或VGS(off))： 漏极电流约为零时的VGS值 。 2) 开启电压VT：增强型场效应管有微小漏极电流 (20A) 时的VGS值。 3) 饱和漏极电流IDSS： VGS=0时对应的漏极电流。 4) 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。
模拟电子技术基础
第四章 场效应管放大电路基础
重点知识
一、结型场效应管（JFET） 二、金属-氧化物-半导体场效应管 （MOSFET） 三、场效应管静态工作点的设置方法
四、场效应管放大电路的动态分析
五、复合管 六、各种放大器件电路性能比较
一、结型场效应管（JFET）
(JFET)的结构和工作原理
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、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。 1.结构和符号 结构示意图 符号 栅极 导电 沟道 漏极
二、金属-氧化物-半导体场效应管 场效应管的主要参数
3、极限参数 1) 最大漏极电流：IDM 2) 最大漏源电压：V(BR)DS
3) 最大栅源电压：V(BR)GS
4) 最大漏极功耗PDM：PDM v DS i D
三、场效应管静态工作点的设置方法
固定偏置电路
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
六、各种放大器件电路性能比较
例2
图示电路的静态工作点合适，画出它的交流等效电路， 、R 和R 的表达式。 并写出 A u i o
六、各种放大器件电路性能比较
解：此为共源-共射放大电路，交流等效电路如图：
[ g ( R ∥ R ∥ R ∥ r )] ( 2 R8 ) A u m 4 6 7 be2 rbe 2 Ri R3 R1 ∥ R2 Ro R8
I DO是vGS 2VT时的i D。
二、金属-氧化物-半导体场效应管
绝缘栅型场效应管特性曲线