第03章场效应晶体管放大器ppt

的微变等效电路，由此可求电路的
电压放大倍数、输入电阻和输出电
阻。
图3-16 自偏压电路的微变等效电路
uo Au ui
Ri RG
' g mU gs RL
U gs
' g m RL
Ro RD
3.分压式自偏压电路的动态分析
图3-14.1所示为图3-14分压式自偏 压电路的微变等效电路，图3-17也为
UGS(th)
图3-4(a) N沟道增强型MOS管的输出特性曲线
② 转移特性曲线
在uGS不变时 0＜ uGS≤ uGS(th) iD=0 uGS＞ uGS(th) iD＞0，
UGS(th)
且随uGS增大而增大
图3-4(b) N沟道增强型MOS管的转移特性曲线
2.耗尽型绝缘栅场效应管 （1）结构、符号与工作原理
§3.1.1 场效应管放大电路的构成 场效应管是一个电压控制器件，在 构成放大电路时，为了实现信号不失真 的放大，同三极管放大电路一样也要有 一个合适的静态工作点Q，但它不需要 偏置电流，而是需要一个合适的栅源极 偏置电压UGS。场效应管放大电路常用 的偏置电路主要有两种：自偏压电路和 分压式自偏压电路。
（ 5 ）电源没有关时，绝对不能把场效应管直
接插入到电路板中或从电路板中拔出来。
（ 6 ）相同沟道的结型场效应管和耗尽型 MOS 场效应管，在相同电路中可以通用。
§3.2 场效应管放大电路
场效应管同三极管一样，具有放大 作用。它也可以构成各种组态的放大电 路，共源极、共漏极、共栅极放大电路。 场效应管由于具有输入阻抗高、温度稳 定性能好、低噪声、低功耗等特点，其 所构成的放大电路有着独特的优点，应 用越来越广泛。
1.自偏压电路 图3-13所示为N沟道结型场效应管自
偏压放大电路。
栅源偏置电压UGS=UG－US=－IDRS。
图3-13 自偏压电路
2.分压式自偏压电路 图3-14所示为N沟道结型场效应
管分压式自偏压放大电路。
图3-14 分压式自偏压电路
§3.1.2 场效应管放大电路的分析 场效应管放大电路同三极管电路的分 析方法类似。 1.场效应管微变等效电路 场效应管的栅极和源极之间电阻很大， 电压为 ugs ，电流近似为 0 ，可视为开路。 漏极和源极之间等效为一个受电压 ugs控 制的电流源。图 3-15 所示为场效应管的 微变等效电路。
共源极放大电路。
图3-14.1 分压式自偏压电路的微变等效电路
4.共漏极放大电路的动态分析
共漏极放大电路与三极管共集电极放 大电路的性能特点相一致。图 3-19 和图 320分别为共漏极电路及其微变等效电路。 根据定义可分别求得电路的电压放大倍数、 输入电阻及输出电阻。
图3-19 共漏极电路
图3-20 共漏极电路的微变等效电路
UDS
UGS
图3-10.4 UGS和UDS共同作用的情况
为实现场效应管栅源电压对 漏极电流的控制作用，结型场效
应管在工作时，栅极和源极之间 的PN结必须反向偏置。
3.结型场效应管的特性曲线及主要参数
（1）输出特性曲线 输出特性曲线是指栅源电压UGS一 定时，漏极电流ID与漏源电压UDS之间
的关系曲线，如图3-11.1所示。
偏置，PN结的耗尽层变宽，中间的 N 型导电沟道相应变窄，沟道导通
电阻增大，如图3-10.2所示。
UDS=0 UDS
UGS变化 UGS
图3-10.2 UGS<0时的导电沟道
UDS
UGS
图3-10.3 UGS＜UP时的导电沟道
（3）当Uoff<UGS≤0且UDS>0时，可产生 漏极电流 ID 。 ID 的大小将随栅源电压 UGS 的 变化而变化，从而实现电压对漏极电流的控 制作用。 UDS 的存在，使得漏极附近的电位高， 而源极附近的电位低，即沿N型导电沟道从 漏极到源极形成一定的电位梯度，这样靠近 漏极附近的 PN 结所加的反向偏置电压大， 耗尽层宽；靠近源极附近的 PN 结反偏电压 小，耗尽层窄，导电沟道成为一个楔形，如 图3-10.4所示。
图3-1 N沟道增强型MOS管的结构与符号
符号中的箭头表示从 P区（衬底）指 向N区（N沟道），虚线表示增强型。
（2）N沟道增强型MOS管的工作原理
如图 3-2 所示，在栅极 G 和源极 S
之间加电压UGS，漏极D和源极S之间 加电压UDS，衬底B与源极S相连。
UDS为0时
UGS越大，沟 道电阻越小
图3-11.1 N沟道结型场效应管的输出特性曲线
（2）转移特性曲线
在 场 效 应 管 的 UDS 一 定 时 ， ID 与
UGS之间的关系曲线称为场效应管的 转移特性曲线，如图3-11.2所示。它
反映了场效应管栅源电压对漏极电
流的控制作用。
UGS(off)
图3-11.2 N沟道结型场效应管的转移特性曲线
电压 UGS 可以为 0 ，也可以取正值 或负值，这个特点使其在应用中
具有更大的灵活性。
绝缘栅场效应管
有开启电压 UGS(th) ：指 UDS 为一 定值时，形成导电沟道，使增强型
MOS管导通所需要的栅源电压值。
§3.1. 2 结型场效应管
结型场效应管分为 N 沟道结型
管和P沟道结型管，它们都具有3个 电极：栅极、源极和漏极，分别与
图3-15 场效应管及其微变等效电路 iD f (uGS , uDS ) di iD du iD du D GS DS uGS u DS
iD uGS
U DS
gm
跨导
iD u DS
U GS
1 rd
输出电阻
2.自偏压电路的动态分析 图 3-16 所示为图 3-13 自偏压电路
源极连在一起，漏极和源极不能互换；有 4
个引脚时，源极和漏极可以互换。
（4）MOS管的输入电阻高，容易造成因 感应电荷泄放不掉而使栅极击穿永久失效。 因此，在存放 MOS 管时，要将 3 个电极引 线短接；焊接时，电烙铁的外壳要良好接 地，并按漏极、源极、栅极的顺序进行焊 接，而拆卸时则按相反顺序进行；测试时， 测量仪器和电路本身都要良好接地，要先 接好电路再去除电极之间的短接。测试结 束后，要先短接电极再撤除仪器。
结型场效应管的结构与符号。
图3-9 P沟道结型管的结构与符号
2.N沟道结型场效应管的工作原理
（ 1 ）当栅源电压 UGS=0 时，两个 PN 结的耗尽层比较窄，中间的 N 型
导电沟道比较宽，沟道电阻小，如图
3-10.1所示。
图3-10.1 UGS=0时的导电沟道
（2）当UGS<0时，两个PN结反向
第三章
场效应晶体管放大器
§3.1 场 效 应 管
场效应管是一种电压控制器件，它 是利用电场效应来控制其电流的大小， 从而实现放大。场效应管工作时，内部 参与导电的只有多子一种载流子，因此 又称为单极性器件。 根据结构不同，场效应管分为两大 类，结型场效应管和绝缘栅场效应管。
§3.1.1 绝缘栅场效应管 绝缘栅场效应管是由金属 （ Metal ）、氧化物（ Oxide ）和半 导体（ Semiconductor ）材料构 成 的，因此又叫MOS管。 绝缘栅场效应管分为增强型和耗 尽型两种，每一种又包括 N 沟道和 P 沟道两种类型。
预先注入 离子
图3-6 N沟道耗尽型MOS管的结构与符号
（2）特性曲线
当uDS一定时，在 uGS 增加时， iD增加。 在 uGS加负电压时，会在 衬底表面产生正电荷，以 抵消N沟道中的电子，使 沟道变窄。
UGS(off)
UGS(off)
图3-7 N沟道耗尽型MOS管的输出特性曲线和转移特性曲线
3. 增强型MOS管与耗尽型比较 耗尽型 MOS管工作时，其栅源
当uDS较小时，其对沟 道的影响较小， uGS一定， 沟道大小就一定，沟道电阻 也一定。 uGS增加 ，则沟道 厚度增加，沟道电阻减小 （可变电阻区） 。 当uGS一定时，在 uDS≥ uGS- uGS(th)时， iD基本不随 uDS 的变化而变化（恒流区）。 当uDS继续增大到某一临 界时，由于加到沟道中耗尽 层的电压太高，电场很强致 使栅漏间的PN结产生击穿， iD急剧增大（击穿区） 。
反型层,也 就是沟道
图3-2 N沟道增强型MOS管加栅源电压UGS
形成导电沟道所需要的最小栅源电压
UGS，称为开启电压UGS(th)。
UGS一定时
UDS=UGS-UGS(th) 预夹断
图3-3 UDS对导电沟道的影响
UDS>UGS-UGS(th) 夹断点移向源极
（3）特性曲线 ① 输出特性（漏极特性）曲线
（4）场效应管的漏、源极可互换，耗尽型MOS管 的栅极可正可负，应用灵活。
（5）场效应管也可做放大电路和可控开关，还可 做压控电阻。
选用场效应管应注意的事项： （ 1 ）选用场效应管时，不能超过其极限参数。 （2）结型场效应管的源极和漏极可以互换。
（ 3 ） MOS 管有 3 个引脚时，表明衬底已经与
三极管的基极、发射极和集电极相
对应。
Hale Waihona Puke 1.结型场效应管的结构与符号
图 3-8 所示为 N 沟道结型场 效应管的结构与符号，结型场效
应管符号中的箭头，表示由 P区 指向N区。
图3-8 N沟道结型管的结构与符号
P沟道结型场效应管的构成与 N 沟道类似，只是所用杂质半导体的
类型要反过来。图 3-9 所示为 P 沟道
场效应管的性能特点与选用： （1）场效应管是电压控制器件，输入电阻很高， 栅极基本不取电流，在只允许从信号源索取微弱信号 时选用场效应管。
（2）场效应管是多数载流子导电，因为多子浓度 主要取决于人为惨杂量，故受温度、辐射等外界条件 的影响较小，因此在环境变化比较大的场合，选用之。