1、第四章場效應管放大電路§4.1 結型場效應管場效應管是一種利用電場效應來控制電流的一種半導體器件，是僅由一種載流子參與導電的半導體器件。從參與導電的載流子來劃分，它有電子作為載流子的N溝道器件和空穴作為載流子的P溝道器件。場效應管分為結型和MOS型兩種，結型包括N溝溝道和P溝道，MOS型也包括N溝道和P溝道兩種，它們分別包含了增強型和耗盡型。1. N溝道結型場效應管的結構和符號結型場效應管是一種利用耗盡層寬度改變導電溝道的寬窄來控制漏極電流的大小的器件。它是在N型半導體硅片的兩側各制造一個PN結，形成兩個PN結夾著一個N型溝道的結構。P區即為柵極g(G)，N型硅的一端是漏極d(D)，

2、另一端是源極s(S)。箭頭方向表示柵結正偏或正偏時柵極電流方向。 （1）VGS對導電溝道的影響：(a) VGS=0，VDS=0,ID=0VP(VGS(OFF) )：夾斷電壓柵源之間是反偏的PN結，RGS>107，所以IG=0  (b) 0<VGS< VP(c) |VGS | = VP ，VGS耗盡層變寬導電溝道被全夾斷（2）VDS>0 但|VGS-VDS| < | VP | ，時 (a) VDS增加，d端電位高，s端電位低，導電溝道內存在電位梯度，所以耗盡層上端變寬。VDS ID    

3、; (b)| VGS- VDS | = | VP |時，導電溝道在a點相遇，溝道被夾斷。VGS=0時，產生夾斷時的ID稱為漏極飽和電流IDSS       (c) VDS夾端長度場強 ID=IDSS基本不變。    輸出特性: 表示VGS一定時，iD與VDS之間的變化關系。(1) 截止區（夾斷區） 如果VP= -4V， VGS= -4V以下區域就是截止區VGS VP ID=0    (2) 放大區（恒流區）產生夾斷后，VDS增大，ID不變的區域V

4、GS -VDS VP VDSID不變處于恒流區的場效應管相當于一個壓控電流源   (2) 飽和區（可變電阻區）未產生夾斷時，VDS增大，ID隨著增大的區域VGS -VDSVP VDSID處于飽和區的場效應管相當于一個壓控可變電阻  轉移特性 : 表示vDS一定時，iD與vGS之間的變化關系。  轉移特性描述了在VDS一定時，VGS對iD的控制作用。可直接從輸出特性曲線上做圖求出。當|VGS - VDS | | VP |后，管子工作在恒流區，VDS對iD的影響很小。實驗證明，當|VGS - VDS | | VP | 時，iD可

5、近似表示為： §4.2 絕緣柵型場效應管絕緣柵型場效應管是一種利用半導體表面的電場效應，由感應電荷的多少改變導電溝道來控制漏極電流的器件，它的柵極與半導體之間是絕緣的，其電阻大于1000000000。增強型：VGS=0時，漏源之間沒有導電溝道，在VDS作用下無iD。耗盡型：VGS=0時，漏源之間有導電溝道，在VDS作用下iD。1. 結構和符號（以N溝道增強型為例）在一塊濃度較低的P型硅上擴散兩個濃度較高的N型區作為漏極和源極，半導體表面覆蓋二氧化硅絕緣層并引出一個電極作為柵極。 其他MOS管符號2. 工作原理（以N溝道增強型為例）(1) VGS=0時，不管VDS極性如何，其

6、中總有一個PN結反偏，所以不存在導電溝道。VGS =0， ID =0VGS必須大于0管子才能工作。   (2) VGS>0時，在Sio2介質中產生一個垂直于半導體表面的電場，排斥P區多子空穴而吸引少子電子。當VGS達到一定值時P區表面將形成反型層把兩側的N區溝通，形成導電溝道。VGS >0g吸引電子反型層導電溝道VGS反型層變厚 VDSID  (3) VGSVT時而VDS較小時：VDSID VT：開啟電壓，在VDS作用下開始導電時的VGS°VT = VGSVDS   (4) VGS>0且

7、VDS增大到一定值后，靠近漏極的溝道被夾斷，形成夾斷區。VDSID 不變    3. 特性曲線（以N溝道增強型為例）場效應管的轉移特性曲線動畫4.其它類型MOS管（1）N溝道耗盡型：制造時在柵極絕緣層中摻有大量的正離子，所以即使在VGS=0時，由于正離子的作用，兩個N區之間存在導電溝道（類似結型場效應管）。其它類型MOS管（2）P溝道增強型：VGS = 0時，ID = 0開啟電壓小于零，所以只有當VGS < 0時管子才能工作。（3）P溝道耗盡型：制造時在柵極絕緣層中摻有大量的負離子，所以即使在VGS=0 時，由于負離子的作用，兩個P區之間存在導電溝道（類似結

8、型場效應管）。5. 場效應管的主要參數(1) 開啟電壓VT ：在VDS為一固定數值時，能產生ID所需要的最小 |VGS | 值。（增強）(2) 夾斷電壓VP ：在VDS為一固定數值時，使 ID對應一微小電流時的 |VGS | 值。（耗盡）(3) 飽和漏極電流IDSS ：在VGS = 0時，管子發生預夾斷時的漏極電流。（耗盡）(4) 極間電容 ：漏源電容CDS約為 0.11pF，柵源電容CGS和柵漏極電容CGD約為13pF。(5) 低頻跨導 gm ：表示VGS對iD的控制作用。在轉移特性曲線上，gm 是曲線在某點上的斜率，也可由iD的表達式求導得出，單位為 S 或 mS。(6) 最大漏極電流 I

9、DM(7) 最大漏極耗散功率 PDM (8) 漏源擊穿電壓 V(BR)DS 柵源擊穿電壓 V(BR)GS場效應三極管的型號場效應三極管的型號, 現行有兩種命名方法。其一是與雙極型三極管相同，第三位字母J代表結型場效應管，O代表絕緣柵場效應管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反型層是N溝道；C是N型硅P溝道。例如,3DJ6D是結型N溝道場效應三極管，3DO6C是絕緣柵型N溝道場效應三極管。第二種命名方法是CS××#，CS代表場效應管，××以數字代表型號的序號，#用字母代表同一型號中的不同規格。例如CS14A、CS45G等。幾種常用的場效應三極管的主要參數見

10、表 場效應管總結 場效應管總結(MOS)N溝道增強型P溝道增強型 場效應管總結(J)N溝道耗盡型P溝道耗盡型§4.3 場效應管應用例1：作反相器用。|Vp1|=|Vp2|=Vp 0<|Vp|<VddTp:p溝道增強型，Tn:n溝道增強型Vi=+Vdd時：Tp:VGSp=0>Vp ，截止 Tn:VGSn=Vdd>Vp ，導通Vo= 0Vi= 0時：Tp:VGSp=-Vdd<Vp ，導通Tn:VGSn=0<Vp ，截止Vo= +Vdd   例2：壓控電阻場效應管工作在可變電阻區時，iD隨VDS

11、的增加幾乎成線性增大，而增大的比值受VGS控制。所以可看成是受VGS控制的電阻。§4.4 場效應管放大電路1.場效應管的小信號模型已知場效應管輸出特性表達式：求全微分:其中： 低頻跨導可從輸出曲線上求出漏極與源極間等效電阻 一般rds很大，可忽略，得簡化小信號模型: 2. 共源極放大電路以NMOS增強型場效應管為例三極管與場效應管三種組態對照表：電路組成比較共源和共射放大電路，它們只是在偏置電路和受控源的類型上有所不同。只要將微變等效電路畫出，就是一個解電路的問題了。圖中Rg1、Rg2是柵極偏置電阻，Rs是源極電阻，Rd是漏極負載電阻。與共射基本放大電路的Rb1、

12、Rb2，Re和Rc分別一一對應。而且只要結型場效應管柵源間PN結是反偏工作，無柵流，那么JFETMOSFET的直流通道和交流通道是一樣的。 直流分析直流分析：VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2)VGS= VGVS= VGIDR ID= IDSS1(VGS /VP)2 VDS= VDDID(Rd+R)解出VGS、ID和VDS。 直流通路交流分析微變等效電路3 共漏極放大電路 與三極管共集電極電路對應  直流分析VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2)VGS= VGVS= VGIDRID= IDSS1(VGS /VP)2VDS= VDDIDR由此可以解出VGS、ID和