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场效应管及其基本电路剖析

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场效应管原理及放大电路

场效应管原理及放大电路

图6-47 分压式偏置电路
/info/flashshow/0079614.html（第 8／10 页）2010-9-6 19:00:12
场效应管原理及放大电路
图6-47为分压式偏置电路，RG1和RG2为分压电阻。 栅-源电压为(电阻RG中并无电流通过) (6-24) 式中，UG为栅极电位。对N沟道耗尽型场效应管，UGS为负值，所以RSID＞UG；对N沟道增强型场效应管，UGS为正值，所以RSID＜UG。 当有信号输入时，我们对放大电路进行动态分析，主要是分析它的电压放大倍数及输入电阻与输出电阻。图6-48是图6-47所示分压式偏置放大电路的交流通 路，设输入信号为正弦量。 在图6-47的分压式偏置电路中，假如RG= 0，则放大电路的输入电阻为
故其输出电阻是很高的。在共源极放大电路中，漏极电阻RD和场效应管的输出电阻rDS是并联的，所以当rDS ro≈RD (6-26)
RD时，放大电路的输出电阻
这点和晶体管共发射极放大电路是类似的。 输出电压为 (6-27) 式中 ，由式(6-23)得出 。
电压放大倍数为
/info/flashshow/0079614.html（第 9／10 页）2010-9-6 19:00:12
场效应管原理及放大电路
图6-43 N沟道耗尽型场效应管的输出特性曲线
图6-44 N沟道耗尽型场效应管的转移特性曲线 以上介绍了N沟道绝缘栅场效应增强型和耗尽型管，实际上P沟道也有增强型和耗尽型，其符号如图6-45所示。
/info/flashshow/0079614.html（第 6／10 页）2010-9-6 19:00:12
场效应管原理及放大电路
(6-28) 式中的负号表示输出电压和输入电压反相。 【例6-7】 在图6-47所示的放大电路中，已知UDD=20 V，RD=10 kΩ，RS=10 kΩ，RG1=100 kΩ，RG2=51 kΩ，RG=1 MΩ，输出电阻为RL=10 kΩ。场效应管的 参数为IDSS=0.9 mA，UP= 4 V，gm=1.5 mA。试求：(1)静态值；(2)电压放大倍数。 解：(1) 由电路图可知

场效应管及其基本放大电路

场效应管及其基本放大电路
= V u TV （BR）GS 栅源间的最高反向击ds穿
Uds=常数
∂ id
∂uds
PDM
最 大 漏 极id允v许gs功=常耗数， 与 三 极 管 类
似。
第34页/共51页
3）FET的三种工作组态
• 以NMOS（E）为例：
ID UDS
RD
UDS
D
B输
B
输 入
G S
UGS
输
G
输
出入
UGS RD
出
共源组态： 输入：GS 输出：DS
（1）栅源电压对沟道的控制作用
在栅源间加
令VDS =0
• 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）。
• 当UGS低于VT时，漏源之间夹断。ID=0
g = = •
当
时
m
UGS高于 I
的ID ∂ iD
∂uGS
DV=T 时I DUV，0GT（S漏
源
之
间
加电压 -1）2
2 2ID0(UGS-1)
后。
；
IDID0
VT VT
相当一个很大的电阻
G+ UGS
PN N结
PN
VDD
结N
P
- IS=ID
第5页/共51页
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
32)）、饱电和压漏控极制电电流流I系DS数S;
gm=
4）交流输出电阻 rds=
uds
id
V =0，时的I id
GS vgs
Uds=常数
结型场效应晶体管JFET

2.3 场效应管及其应用与分析

2.3 场效应管及其应用与分析
栅源电压为零时存在原始导电沟道的场效应管称为耗尽型场 效应管；无原始导电沟道，只有在uGS绝对值大于开启电压 uGS(th)绝对值后才能形成导电沟道的，称为增强型场效应管。
2. 伏安特性
饱和漏极电流 夹断电压
饱和漏极电流
Ｏ
夹断电压
uGS 取正、负、零都可以，因此使用更方便。
当DNMOS管工作于放大区时，
– 3 O uGS /V
P 沟道结型FET
iD
/mA uGS
=
0
V
1V
2V
iD /mA IDSS UGS(off)
3V
O
－ uDS /V
O 3 uGS /V
当工作于放大区时,
iD
K (uGS
UGS(off) )2
IDSS (1
uGS U GS(off)
)2
例2.3.1
有四种场效应管，其输出特性或饱和区转移特性分别如 图所示，试判断它们各为何种类型管子？对增强型管， 求开启电压UGS(th) ；对耗尽型管，求夹断电压UGS ( off ) 和饱和漏极电流IDSS 。
型即 Metal－Oxide－Semiconductor
增强型
type Field Effect Transistor）
P沟道
耗尽型
2.3.1 MOS场效应管的结构、工作原理及伏安特性
一、N 沟道增强型 MOSFET 1. 结构与符号
简称NEMOS管
简化的结构示意图
2.3.1 MOS场效应管的结构、工作原理及伏安特性
IDQ=4mA 和IDQ＝1mA
由IDQ=4mA，得UGSQ= 4mA×2k= 8V，其值小于UGS(off) ， 对应的IDQ应为零，可见不合理，应舍弃。方程解应为

场效应管及其基本电路

场效应管及其基本电路

ri RG R1 // R2
1.0375M
ro=RD=10k
Uo gm U gs (RD // RL )
Au g m R'L
2.6.3 源极输出器
一、静态分析
+UDD R1 150k
D
G S C2
R1 UG U DD 5V R1 R2
绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。
3.2 绝缘栅场效应管: 3.2.1N沟道增强型场效应管
一、结构和电路符号
S
G
D
金属铝
D
两个N区 N N G S
P
P型基底 SiO2绝缘层 导电沟道 N沟道增强型
S
G
D D
N P
予埋了导 电沟道
N
G
S
N 沟道耗尽型
D S
G
D
G
P N
P
S
P 沟道增强型
S
G
漏极输出电阻
场效应管的微变等效电路为：
iD D
G
uDS
ugs
D
gmugs rDS uds
G uGS
S
S G
ugs
D
gmugs uds
很大， 可忽略。
S
场效应管的分压式自偏压放大电路
UDD=20V R1 C1 G RG ui R2 1M 50k S RS 10k 10k RL uo 150k RD 10k C2 D
压VP）,耗 尽区碰到一起，DS 间被夹断，这时，即 使UDS 0V，漏极电 D 流ID=0A。
UDS=0时
ID P N UDS
G
N
UGS
S
越靠近漏端，PN 结反压越大

第4章 场效应管及其放大电路讲解

第4章 场效应管及其放大电路讲解
漏极电流 iD 随 uDS 几乎成正比地增大。
6/19/2019 12:06:17 AM
当 uDS 继续增大到 uDS uGS UGS(off) ，即 uGD uGS uDS UGS(off)时，靠
近漏极端的耗尽层在 A 点合拢，如图 4-3c 所示，称为预夹断。此时，
A 点耗尽层两边的电位差用夹断电压UGS(off)表示。预夹断处 A 点的电
到漏极端的不同位置上，栅极与导电沟道之间的电位差在逐渐变化， 即距离源极越远电位差越大，施加到 PN 结的反偏压也越大，耗尽层 越向沟道中心扩展，使导电沟道形成楔形，如图 4-3b 所示。
增大 uDS 靠近漏极的沟道变窄，沟道电阻增大，产生了阻碍漏极
电流 iD 增大的因素。但在 uDS 较小时靠近漏极的沟道还没有被夹断，
第4章 场效应管 放大电路
6/19/2019 12:06:17 AM
基本要求
• 了解场效应管的分类、结型场效应管 （JFET）和金属－氧化物－半导体场效 应管（MOSFET）的结构、工作原理；
• 熟悉输出特性曲线和转移特性曲线，以 及场效应管的主要参数；
• 掌握场效应管放大电路的组成、分析方 法和应用。
6/19/2019 12:06:17 AM
4.1.2.1 uGS对导电沟道和 iD 的控制作用
d
d
d
g
g
U GG
g
U GG
s
uGS
s
(a)
(b)
uGS
s
(c)
图4－2 uDS 0时uGS 对沟道的控制作用
(a) uGS 0 (b) uGS 0 (c) uGS UGS(off)
导电沟道
增加(负数减小)近似按平方律上升，即

第4章 场效应管及其基本放大电路

第4章 场效应管及其基本放大电路

恒流区
IDSS/V
G
D S
+
-
VGG
+
V uGS
VDD
-
O
UGS = 0V -1 -2 -3 -4 -5 -6 夹断区 -7 U P 8V
击穿区
uDS /V
特性曲线测试电路
漏极特性
漏极特性也有三个区：可变电阻区、恒流区和夹断区。
各类场效应管的符号和特性曲线 种类 结型 耗 尽 N 沟道 型 结型 耗 尽 P 沟道 型 绝缘 增 栅型 强 N 沟道 型 符号
S
S
VGG
(c) UGS ＜UGS(off)
(b) UGS(off) < UGS < 0
（2） 漏源电压uDS 对漏极电流iD的控制作用
uGD ＝ uGS －uDS (a)
P+
D
iD
(b)
D
iD
G
N
P+
VDD
+ P+ GP N
P+
VDD
S iS uGS = 0，uGD > UGS（Off) ，iD 较大。
uDS /V
O
UT 2UT
uGS /V
二、N 沟道耗尽型 MOSFET
制造过程中预先在二氧化硅的绝缘层中掺入正离子， 这些正离子电场在 P 型衬底中“感应”负电荷，形成“反 型层”。即使 UGS = 0 也会形成 N 型导电沟道。 UGS = 0，UDS > 0，产生 较大的漏极电流； UGS < 0，绝缘层中正离 子感应的负电荷减少，导电 沟道变窄，iD 减小； UGS = UP , 感应电荷被 “耗尽”，iD 0。
导电沟道是 N 型的， 称 N 沟道结型场效应管。

最新第一篇第三章-场效应管及其电路分析ppt课件

iD 0
➢ 耗尽型MOS管
• 制造过程人为地在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入 了大量的K+(钾)或Na+(钠)正离子 。
• vGS=0，靠正离子作用，使P型衬底表面感应出N型 反型层，将两个N+区连通，形成原始的N型导电 沟道。
• vDS一定，外加正栅压(vGS＞0)，导电沟道变厚，沟 道等效电阻下降，漏极电流iD增大；
➢ 极限参数 [最大漏-源电压 V(BR)DS ]
漏极附近发生雪崩击穿时的vDS。
[最大栅-源电压 V(BR)GS ]
栅极与源极间PN结的反向击穿电压 。
[最大耗散功率 PDM]
同三极管的PCM相似。受管子的最高工作温度 及散热条件决定。当超过PDM时，管子可能烧 坏。
1.3.2 场效应管放大电路
(1) 增强型NMOS管的转移特性 在一定vDS下，栅-源电压vGS与漏极电流iD之间的
关系 iDf(vGS)|vDSconst
iD IDO(vVGTS 1)2
IDO是vGS=2VT时的
IDO
漏极电流。
(2) 输出特性(漏极特性)
表示漏极电流iD与漏-源电压vDS之间的关系
iDf(vDS)|vGSconst
自偏压电路 V G SV GV S ID R s
➢ 分压式自偏压电路
• 在自偏压电路的基础上 增加分压电阻构成
• 适用于耗尽型和增强型 FET
VGS VG IDRs
VDD
Rg2 Rg1 Rg2
IDRs
上式称为偏压线方程
若VG＞IDRs，则可适用于增强型管（N沟道）； 若VG＜IDRs，则可适用于耗尽型MOS管或JFET。
• 当 vDS再增加时（即vDS＞ vGS-VT）：iD将不再增加， 趋向饱和。因为vDS再增加 时，近漏端上的预夹断点 向s极延伸，使vDS的增加部 分降落在预夹断区，以维 持iD的大小。

第四章：场效应管及放大电路讲解


iD
vGS 0 VT
(1-34)
模拟电子
输出特性曲线 iD
vGS>0
0
v DS
(1-35)
耗尽型N沟道MOS管的特性曲线
模拟电子
耗尽型的MOS管VGS=0时就有导电沟道， 加反向电压才能夹断。
iD
转移特性曲线
vGS VT 0
(1-36)
模拟电子
输出特性曲线 iD
vGS>0
vGS=0
vGS<0
P NN
P沟道结型场效应管 D
G
S源极
S
(1-6)
模拟电子
（2）工作原理（以P沟道为例） VDS=0时
PN结反偏，
VGS越大则耗
D
尽区越宽，导 电沟道越窄。G
P
VDS
NN
VGS S
(1-7)
VGS越大耗尽区越 宽，沟道越窄， 电阻越大。
G
但 尽区当宽VG度S较有V小限DS时=，0，时模存耗拟电子 在导电沟道。DS间 D 相当于线性电阻。
Vgs
-
gmVgs
s
+
Rg2
R RL Vo -
(1-56)
中频电压增益
模拟电子
Vo gmVgs (R // RL )
Vgs Vi Vo
Vo gm (Vi Vo )( R // RL )
A Vm

Vo Vi

gm (R // RL ) 1 gm (R // RL )


Rg2 47k
Rg1 2M
Rd 30k
d
g
Rg3
s
10M

R
2k

场效应管及其电路

第4章场效应管及其电路本章要点●MOS管的原理、特性和主要参数●结型场效应管原理、特性及主要参数●场效应管放大电路的组成与原理本章难点●MOS管的原理和转移特性及主要参数●场效应管的微变等效电路法场效应管(FET)是一种电压控制器件，它是利用输入电压产生电场效应来控制输出电流的。

它具有输入电阻高、噪声低、热稳定性好、耗电省等优点，目前已被广泛应用于各种电子电路中。

场效应管按其结构不同分为结型(JFET)和绝缘栅型(IGFET)两种，其中绝缘栅型场效应管由于其制造工艺简单，便于大规模集成，因此应用更为广泛。

4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)绝缘栅型场效应管简称MOS管，由于其内部由金属—氧化物—半导体三种材料制成，可分为增强型和耗尽型两大类，每一类中又有N沟道和P沟道之分。

下面主要讨论N沟道增强型MOS管的工作原理，其余三种仅做简要介绍。

4.1.1 N沟道增强型场效应管(NMOS管)1．结构N沟道增强型MOS管的结构如图4-1(a)所示。

它是在一块掺杂浓度较低的P型硅片(称为衬底)上，通过扩散工艺形成两个高掺杂的N+区，通过金属铝引出两个电极分别作为源极S和漏极D，再在半导体表面覆盖一层二氧化硅绝缘层，在源漏极之间的绝缘层上制作一铝电极，作为栅极G，另外从衬底引出衬底引线B(工作时通常与源极S接在一起)。

在两个N+区之间的半导体区，是载流子从源极S流向漏极D的通道，把它称为导电沟道。

由于栅极与导电沟道之间被二氧化硅所绝缘，故将此类场效应管称为绝缘栅型。

图4-1(b)是N沟道增强型MOS管的符号，其中箭头方向是由P(衬底)指向N(沟道)，由此可判断沟道类型。

符号中的三条断续线表示GS0 =U不存在导电沟道，它是判断增强型MOS管的特殊标志。

(a)结构示意图 (b)电路符号图4-1 N 沟道增强型MOS 管2．工作原理工作时，N 沟道增强型MOS 管的栅源电压GS u 和漏源电压DS u 均为正向电压，如图4-2所示。

场效应管及放大电路

场效应管及基本放大电路
场效应管是利用电场效应来控制电流 大小，与双极型晶体管不同，它是多子导 电，输入阻抗高，温度稳定性好、噪声低。 场效应管有两种: 绝缘栅型场效应管MOS 结型场效应管JFET
分类：
JFET 结型 MOSFET (IGFET) 绝缘栅型
N沟道
P沟道
（耗尽型） N沟道
FET 场效应管
ID=f(VDS)VGS=const
输出特性曲线
vGS 在恒流区，iD I D 0 ( - 1) 2 VT
I D 0是vGS 2VT时的iD值
输出特性曲线
(1) 截止区（夹断区） VGS< VT以下区域就是截止区 VGS VT ID=0
iD
(2) 放大区（恒流区） 产生夹断后，VDS增大，ID不变的 区域，VGS -VDS VP VDSID不变 处于恒流区的场效应管相当于一 个压控电流源 (3)饱和区（可变电阻区） 未产生夹断时，VDS增大，ID随着增大的区域 VGS -VDS VP VDSID 处于饱和区的场效应管相当于一个压控可变电阻
夹断 电压
在恒流区时 uGS 2 iD I DSS (1 ) Up
uGD=UGS(off)时称为 预夹断
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： 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 可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子)。
2. 静态工作点
Q点： VGS 、 ID 、 VDS 已知VP ，由
vGS = - iDR
VDS = VDD - ID (Rd + R )
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1
3.1.3 场效应管的参数
一、直流参数
二、极限参数
三、交流参数
3.2 场效应管工作状态分析及其偏置电路 3.2.1 场效应管工作状态分析 一、各种场效应管的符号对比
二、各种场效应管的特性对比
三、BJT与FET工作状态的对比
四、场效应管工作状态的判断方法
2020年7月14日星期二
模拟电子技术
2
3.2.2 场效应管偏置电路
一、自偏置电路 二、分压偏置电路
3.3场效应管放大电路 3.3.1 场效应管的低频小信号模型 3.3.2共源放大器 3.3.3共漏放大器
作业
2020年7月14日星期二
模拟电子技术
3
第3章场效应晶体管及其放大电路
（1）了解场效应管内部工作原理及性能特点。 （2）掌握场效应管的外部特性、主要参数。 （3）了解场效应管基本放大电路的组成、工作原 理及性能特点。 （4）掌握放大电路静态工作点和动态参数（
恒
－0.5V
击
流
－1V
穿 区
区
－1.5V
1
－2V
0 5
截止区
UGSoff
10
15
20 uDS /V
图3.1.4 (a) JFET的输出特性曲线
2020年7月14日星期二
模拟电子技术
(1)可变电阻区
uGS>UGSoff; uGD>UGSoff 或uDS<uGS-UGSoff
14
iD /mA
可 变 u DS ＝ uGS－UGSoff
第3章场效应晶体管及其放大电路
3.1场效应晶体管
3.1.1 结型场效应管
一、结型场效应管的结构
二、结型场效应管的工作原理
三、特性曲线
1.输出特性曲线
2.转移特性曲线
3.1.2 绝缘栅场效应管(IGFET)
一、N沟道增强型MOSFET
二、N沟道耗尽型 MOSFET
2020年7月14日星期二
模拟电子技术
2020年7月14日星期二
模拟电子技术
15
iD /mA
可 变 u DS ＝ uGS－UGSoff
电 4阻
UGS ＝0V
区 3
恒
－0.5V
流
－1V
2
区
－1.5V
1
－2V
0 5
截止区
10
15
20
(3) 截止区
UGS<UGSoff
击 穿 区
UGSoff uDS /V
iD=0
(4)击穿区
uDG(=uDS-uGS) 增大引起PN结 击穿。
2
2
1
1
流 -1V 区 -1.5V
-2V
0
-3 -2 -1 0 uGS/V
5 10 15 20
从输出特性曲线作转移特性曲线示意图
7
二、结型场效应管的工作原理
iD f (uGS, uDS)
D
N
G
P
P
S
(a) UGS =0，沟道最宽
图3.1.2栅源电压UGS对沟道的控制作用示意图
2020年7月14日星期二
模拟电子技术
8
D
横向电场作用：
P
P
UGS S
︱UGS︱↑ → PN结耗尽层宽度↑ →沟道宽度↓
(b) UGS负压增大，沟道变窄 图3.1.2栅源电压UGS对沟道的控制作用示意图
结型场效应三极管漏源电压对沟道的控制作用.avi
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模拟电子技术
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沟道夹断 uGS UGSoff
沟道预夹断 uGS UGSoff;
uGD UGSoff
or uDS uDG uGS uGS UGSoff
沟道局部夹断 uGS UGSoff;
uGD UGSoff
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9
D
P
P
UGSoff——夹断电压
UGS
S
(c) UGS负压进一步增大，沟道夹断 图3.1.2栅源电压UGS对沟道的控制作用示意图
2020年7月14日星期二
模拟电子技术
10
ID ＞ 0 D
沟道预夹断
ID > 0 D
G P
P UDS
G
P
P
UDS
UGS
S
UGS S
绝缘栅场效应管 IGFET (Insulated Gate FET)
2020年7月14日星期二
模拟电子技术
5
3.1场效应晶体管
3.1.1 结型场效应管
一、结型场效应管的结构
Drain 漏极
D
Gate栅极
G
N
P
型 沟
P
道
Source源极 S
ID
实际 G 流向
D 箭头方向表示栅 源间PN结若加 正向偏置电压时
电 4阻
UGS ＝0V
区 3
恒
－0.5V
流
－1V
2
区
－1.5V
1
－2V
0 5
截止区
10
15
20
(2)恒流区
uGS>UGSoff;
击 穿 区
UGSoff uDS /V
uGD<UGSoff 或uDS>uGS-UGSoff
iD的大小几乎不 受uDS的控制。
uGS对iD的控制 能力很强。
图3.1.4 (a) JFET的输出特性曲线
Au、Ri、Ro、Uom）的分析方法。
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模拟电子技术
4
双极型晶体管主要是利用基区非平衡少数载流 子的扩散运动形成电流。
场效应晶体管（场效应管）利用多数载流子的 漂移运动形成电流。
场效应管FET (Field Effect Transistor)
结型场效应管JFET (Junction FET)
S 栅极电流的实际 流动方向
(a)N沟道JFET
结型场效应三极管的结构.avi
图3.1.1结型场效应管的结构示意图及其表示符号
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模拟电子技术
6
D
ID
P
D
G
型
N
N
沟
道
实际
G
流向
S
S
(b)P沟道JFET
图3.1.1结型场效应管的结构示意图及其表示符号
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or uDS uDG uGS uGS UGSoff
2020年7月14日星期二
模拟电子技术
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三、特性曲线
1.输出特性曲线 iD f (uDS ) uGSC uGS≤0， uDS≥0
iD /mA 可
漏极输出特性曲线.avi
变 u DS ＝ uGS－UGSoff
电 4阻
UGS ＝0V
区 3
2
(a)uGD>UGSoff（预夹断前）
uGD=UGSoff（预夹断时）
纵向电场作用：在沟道造成楔型结构（上窄下宽）
图3.1.3 uDS
2020年7月14日星期二
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I D 几乎不变 沟道局部夹断
D
G P
P UDS
UGS S
(b) uGD<UGSoff（预夹断后）
由ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ夹断点与源极间的沟道长度略有缩短，呈现的沟道 电阻值也就略有减小，且夹断点与源极间的电压不变。
图3.1.4 (a) JFET的输出特性曲线
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16
2.转移特性曲线
iD f (uGS) uDS C uGS≤0， iD≥0
转移特性曲线.avi IDSS
iD/mA iD/mA
4
4
3
3
uDS = uGS - UGSoff UGS =0V
恒 -0.5V
UGSoff