5場效應管放大電路5.1金屬-氧化物-半導體（MOS）場效應管5.3結型場效應管（JFET）*5.4砷化鎵金屬-半導體場效應管5.5各種放大器件電路性能比較5.2MOSFET放大電路15.0場效應管——場效應管(FieldEffectTransistor，簡稱FET)BJT(三極管)是一種電流控制元件(iB~iC)。工作時，多數載流子和少數載流子都參與運行，所以能耗大，溫度特性差。FET是一種電壓控制器件(vGS~iD)。它的輸出電流決定于輸入電壓的大小，基本上不需要信號源提供電流，所以它能耗小，輸入電阻高，且溫度穩定性好。2P溝道耗盡型P溝道P溝道N溝道增強型N溝道N溝道（耗盡型）FET場效應管JFET結型MOSFET絕緣柵型(IGFET)耗盡型：場效應管沒有加偏置電壓時，就有導電溝道存在增強型：場效應管沒有加偏置電壓時，沒有導電溝道5.0場效應管的分類：35.1金屬-氧化物-半導體（MOS）場效應管5.1.1N溝道增強型MOSFET5.1.5MOSFET的主要參數5.1.2N溝道耗盡型MOSFET5.1.3P溝道MOSFET5.1.4溝道長度調制效應45.1.1N溝道增強型MOSFET1.結構（N溝道）L：溝道長度W：溝道寬度tox

：絕緣層厚度通常W>L55.1.1N溝道增強型MOSFET剖面圖1.結構（N溝道）符號62.工作原理（1）VGS對溝道的控制作用當VGS≤0時d、s間加電壓時，無電流產生。當VGS>0時產生電場5.1.1N溝道增強型MOSFETDS之間相當于兩個反偏的PN結ID=0自由電子濃度增加無導電溝道未形成導電溝道（感生溝道），d、s間加電壓后，沒有電流產生。當VGS<VT時7當VGS>VT時在電場作用下產生導電溝道，d、s間加電壓后，將有電流產生。

VGS越大，導電溝道越厚VT稱為開啟電壓2.工作原理（1）VGS對溝道的控制作用5.1.1N溝道增強型MOSFET導電溝道相當于電阻將D-S連接起來，VGS越大此電阻越小。82.工作原理（2）VDS對溝道的控制作用靠近漏極d處的電位升高電場強度減小溝道變薄當VGS一定（VGS>VT）時，VDSID溝道電位梯度整個溝道呈楔形分布？電流ID是否會隨著VDS的增加一直線性增長？9當VGS一定（VGS>VT）時，VDSID溝道電位梯度當VDS增加到使VGD=VT時，在緊靠漏極處出現預夾斷。2.工作原理（2）VDS對溝道的控制作用在預夾斷處：VGD=VGS-VDS=VT預夾斷后，VDS夾斷區延長溝道電阻ID基本不變102.工作原理（3）VDS和VGS同時作用時

VDS一定，VGS變化時給定一個vGS，就有一條不同的iD–vDS曲線。11以上分析可知溝道中只有一種載流子參與導電，所以場效應管也稱為單極型三極管。MOSFET是電壓控制電流器件（VCCS），iD受vGS控制。預夾斷前iD與vDS呈近似線性關系；預夾斷后，iD趨于飽和。

MOSFET的柵極是絕緣的，所以iG0，輸入電阻很高。只有當VGS>VT時，增強型MOSFET的d、s間才能導通。？MOSFET與BJT有什么不同？MOSFET只有一種載流子參與導電，而BJT有兩種載流子參與導電MOSFET比BJT輸入電阻大MOSFET是VCCS,BJT是CCCS123.

V-I特性曲線及大信號特性方程（1）輸出特性及大信號特性方程①截止區當vGS＜VT時，導電溝道尚未形成，iD＝0，為截止工作狀態。沒有導電溝道133.

V-I特性曲線及大信號特性方程（1）輸出特性及大信號特性方程②可變電阻區vDS≤（vGS－VT）n：反型層中電子遷移率Cox：柵極（與襯底間）氧化層單位面積電容本征電導因子其中Kn為電導常數，單位：mA/V2有導電溝道且溝道未被夾斷143.

V-I特性曲線及大信號特性方程（1）輸出特性及大信號特性方程由于vDS較小，可近似為rdso是一個受vGS控制的可變電阻②可變電阻區vDS≤（vGS－VT）153.

V-I特性曲線及大信號特性方程（1）輸出特性及大信號特性方程③飽和區（恒流區又稱放大區）vGS>VT

，且vDS≥（vGS－VT）是vGS＝2VT時的iDV-I特性：導電溝道被夾斷以后？此時場效應管的V-I特性方程是怎樣的？

163.

V-I特性曲線及大信號特性方程（2）轉移特性

為什么不考慮輸入特性曲線？ABCDE？175.1.2N溝道耗盡型MOSFET1.結構和工作原理（N溝道）二氧化硅絕緣層中摻有大量的正離子18vGS>0時，溝道變寬vGS<0時，溝道變窄，當vGS=Vp時，溝道被夾斷iD=0,iG=0結論：可以在正或負的柵源電壓下工作，而且基本上無柵流1.結構和工作原理（N溝道）192.V-I特性曲線及大信號特性方程

（N溝道增強型）為零柵壓的漏極電流，稱為飽和漏極電流IDSS205.1.3P溝道MOSFET#襯底是什么類型的半導體材料？#哪個符號是增強型的？#在增強型的P溝道MOSFET中，vGS應加什么極性的電壓才能工作在飽和區（線性放大區）？？215.1.4溝道長度調制效應實際上飽和區的曲線并不是平坦的L的單位為m當不考慮溝道調制效應時，＝0，曲線是平坦的。

修正后225.1.5MOSFET的主要參數一、直流參數NMOS增強型1.開啟電壓VT（增強型參數）2.夾斷電壓VP（耗盡型參數）3.飽和漏電流IDSS（耗盡型參數）4.直流輸入電阻RGS（109Ω～1015Ω）二、交流參數1.輸出電阻rds

當不考慮溝道調制效應時，＝0，rds→∞

235.1.5MOSFET的主要參數2.低頻互導gm

二、交流參數考慮到則其中245.1.5MOSFET的主要參數end三、極限參數1.最大漏極電流IDM

2.最大耗散功率PDM

3.最大漏源電壓V（BR）DS

4.最大柵源電壓V（BR）GS

25場效應管與晶體管的比較電流控制電壓控制控制方式電子和空穴兩種載流子同時參與導電載流子電子或空穴中一種載流子參與導電類型

NPN和PNPN溝道和P溝道放大參數

rce很高

rds很高輸出電阻輸入電阻較低較高雙極型三極管單極型場效應管熱穩定性差好制造工藝較復雜簡單，成本低對應電極

B—E—CG—S—D26(1)靜態：適當的靜態工作點，使場效應管工作在恒流區，場效應管的偏置電路相對簡單。

(2)動態：能為交流信號提供通路。組成原則：靜態分析：估算法、圖解法。動態分析：圖解法、微變等效電路法。分析方法：5.2MOSFET放大電路275.2MOSFET放大電路5.2.1MOSFET放大電路1.直流偏置及靜態工作點的計算2.圖解分析3.小信號模型分析5.2.2帶PMOS負載的NMOS放大電路（CMOS共源放大電路）28FET放大電路的三種組態5.2.1MOSFET放大電路輸入在柵極,輸出在漏極:共源極放大電路(CS)輸入在柵極,輸出在源極:共漏極放大電路(CD漏極輸出器)輸入在源極,輸出在漏極:共柵極放大電路(CG)291.直流偏置及靜態工作點的計算（1）簡單的共源極放大電路（N溝道）（2）帶源極電阻的NMOS共源極放大電路（3）電流源偏置的NMOS共源極放大電路？場效應管的靜態工作量由那些參數決定？

VGS、VDS、ID

305.2.1MOSFET放大電路1.直流偏置及靜態工作點的計算（1）簡單的共源極放大電路（N溝道）直流通路共源極放大電路？如何畫直流通路和交流通路？315.2.1MOSFET放大電路1.直流偏置及靜態工作點的計算（1）簡單的共源極放大電路（N溝道）假設工作在飽和區，即驗證是否滿足如果不滿足，則說明假設錯誤須滿足VGS>VT，否則工作在截止區再假設工作在可變電阻區即32設Rd=15k，VZ=3V,

VDD=5V，

VT=1V，Kn=0.2mA/V2,求靜態工作點（2）Rg1=45k，Rg2=5k,（3）Rg1=70k，Rg2=30k,VDD+-vi+-voVz（1）Rg1=60k，Rg2=40k,解：（1）先求VGS：

（4）Rg1=30k，Rg2=30k,假設工作在飽和區滿足假設成立，結果即為所求。33VDD+-vi+-voVz（2）Rg1=45k，Rg2=5k,（3）Rg1=70k，Rg2=30k,截止區所以工作于飽和區VDSQ=3V如果Rg1=30k，Rg2=30k,結果又如何？

假設工作于飽和區？34VDD+-vi+-voVz（4）Rg1=30k，Rg2=30k,假設工作于飽和區假設不合理，設工作于可變電阻區故工作于可變電阻區，VDSQ=0.5V355.2.1MOSFET放大電路1.直流偏置及靜態工作點的計算（2）帶源極電阻的NMOS共源極放大電路飽和區需要驗證是否滿足365.2.1MOSFET放大電路1.直流偏置及靜態工作點的計算靜態時，vI＝0，VG＝0，ID＝I電流源偏置VS＝VG－VGS（飽和區）求出VGSVDS＝

VDD－

IDRD－

VS（3）電流源偏置的NMOS共源極放大電路375.2.1MOSFET放大電路2.圖解分析由于負載開路，交流負載線與直流負載線相同vivGS＝VGGQiD0ωtvDS0ωtIDQidVDSQvds383.小信號模型分析（1）模型（微變等效電路）（2）放大電路分析共源極放大電路共漏極放大電路39互導漏極輸出電阻vGSiDvDS5.2.1MOSFET放大電路3.小信號模型分析（1）模型gsd40很大，可忽略。=0時（1）模型（微變等效電路）3.小信號模型分析高頻小信號模型413.小信號模型分析解：例5.2.2的直流分析已求得：（2）放大電路分析（例5.2.5）423.小信號模型分析（2）放大電路分析（例5.2.5）取id所在回路取vgs所在回路433.小信號模型分析（2）放大電路分析（例5.2.6）共漏443.小信號模型分析（2）放大電路分析45riro

rogR2R1RGsdRLRS微變等效電路（3）共漏極放大電路vo+VDDRSviC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G3.小信號模型分析46riRL輸入電阻ri輸出電阻rogR2R1RGsdRS微變等效電路

roro47場效應管放大電路小結(1)場效應管放大器輸入電阻很大。(2)場效應管共源極放大器(漏極輸出)輸入輸出反相，電壓放大倍數大于1；輸出電阻=RD。(3)場效應管源極跟隨器輸入輸出同相，電壓放大倍數小于1且約等于1；輸出電阻小。48例：設gm=3mA/V，=50，場效應管=0前級:場效應管共源極放大器后級:晶體管共射極放大器求：總電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻。+VCCRS3M(+24V)R120k10kC2C3R4R3RLRE282k43k10k8k10kC1RCT1RE1CE2T2CE1RD10kR21M49（1）估算各級靜態工作點:（2）動態分析:

微變等效電路首先計算第二級的輸入電阻：

ri2=

R3//R4//rbe=82//43//1.64=1.64kR3R4RCRLRSR2R1RDrbegds50第二步：計算各級電壓放大倍數R3R4RCRLRSR2R1RDrbegds51第三步：計算輸入電阻、輸出電阻ri=R1//R2=3//1=0.75Mro=RC=10kR3R4RCRLRSR2R1RDrbegds52第四步：計算總電壓放大倍數Av=Av1Av2=(-4.2)(-152)=638.4R3R4RCRLRSR2R1RDrbegds535.2.2帶PMOS負載的NMOS放大電路（CMOS共源放大電路）不作要求end54N基底：N型半導體PP兩邊是P區G(柵極)S源極D漏極一、結構導電溝道5.3結型場效應管剖面圖55NPPG(柵極)S源極D漏極N溝道結型場效應管DGS一、結構PNNG(柵極)S源極D漏極DGSP溝道結型場效應管56二、工作原理（以P溝道為例）VDS=0V時PGSDVDSVGSNNNNIDPN結反偏，VGS越大則耗盡區越寬，導電溝道越窄。1、VGS對溝道的控制作用當VGS較小時，耗盡區寬度有限，存在導電溝道。DS間相當于線性電阻。