第四章場效應管放大器絕緣柵場效應管結型場效應管

4.2場效應管放大電路效應管放大器的靜態偏置效應管放大器的交流小信號模型效應管放大電路4.1場效應管

4.1場效應管BJT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，所以被稱為雙極型器件。

場效應管（FieldEffectTransistor簡稱FET）是一種電壓控制器件(uGS~iD)，工作時，只有一種載流子參與導電，因此它是單極型器件。FET因其制造工藝簡單，功耗小，溫度特性好，輸入電阻極高等優點，得到了廣泛應用。FET分類：

絕緣柵場效應管結型場效應管增強型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道N溝道P溝道一.絕緣柵場效應管

絕緣柵型場效應管(MetalOxide

SemiconductorFET)，簡稱MOSFET。分為：

增強型N溝道、P溝道耗盡型N溝道、P溝道

1.N溝道增強型MOS管

（1）結構4個電極：漏極D，源極S，柵極G和襯底B。符號：

定義：開啟電壓（UT）——剛剛產生溝道所需的柵源電壓UGS。

N溝道增強型MOS管的基本特性：

uGS＜UT，管子截止，uGS＞UT，管子導通。uGS越大，溝道越寬，在相同的漏源電壓uDS作用下，漏極電流ID越大。

②轉移特性曲線：iD=f(uGS)uDS=const

可根據輸出特性曲線作出移特性曲線。例：作uDS=10V的一條轉移特性曲線：UT

一個重要參數——跨導gm：gm=iD/uGS

uDS=const(單位mS)

gm的大小反映了柵源電壓對漏極電流的控制作用。

在轉移特性曲線上，gm為的曲線的斜率。在輸出特性曲線上也可求出gm。

3、P溝道耗盡型MOSFET

P溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完全相同，只不過導電的載流子不同，供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。4.MOS管的主要參數（1）開啟電壓UT（2）夾斷電壓UP（3）跨導gm：gm=iD/uGSuDS=const

（4）直流輸入電阻RGS——柵源間的等效電阻。由于MOS管柵源間有sio2絕緣層，輸入電阻可達109～1015。

二.結型場效應管

1.結型場效應管的結構（以N溝為例）：兩個PN結夾著一個N型溝道。三個電極：g：柵極d：漏極s：源極符號：N溝道P溝道（2）漏源電壓對溝道的控制作用

在漏源間加電壓uDS，令uGS=0

由于uGS=0，所以導電溝道最寬。

①當uDS=0時，iD=0。②uDS↑→iD↑

→靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道變窄，呈楔形分布。③當uDS↑，使uGD=uGS-

uDS=UP時，在靠漏極處夾斷——預夾斷。預夾斷前，uDS↑→iD↑。預夾斷后，iDS↑→iD幾乎不變。④uDS再↑，預夾斷點下移。

（3）柵源電壓uGS和漏源電壓uDS共同作用

iD=f（uGS、uDS）,可用輸兩組特性曲線來描繪。

（1）輸出特性曲線：iD=f（uDS）│uGS=常數

3、結型場效應三極管的特性曲線uGS=0VuGS=-1V設：UT=

-3V四個區：恒流區的特點：△iD/△uGS=gm≈常數

即：△iD=gm△uGS

（放大原理）

（a）可變電阻區（預夾斷前）。

（b）恒流區也稱飽和區（預夾斷后）。

（c）夾斷區（截止區）。

（d）擊穿區。可變電阻區恒流區截止區擊穿區4.場效應管的主要參數(1)開啟電壓UT

UT是MOS增強型管的參數，柵源電壓小于開啟電壓的絕對值,場效應管不能導通。

（2）夾斷電壓UP

UP是MOS耗盡型和結型FET的參數，當uGS=UP時,漏極電流為零。

（3）飽和漏極電流IDSS

MOS耗盡型和結型FET,當uGS=0時所對應的漏極電流。

（4）輸入電阻RGS結型場效應管，RGS大于107Ω，MOS場效應管,RGS可達109～1015Ω。（5）低頻跨導gm

gm反映了柵壓對漏極電流的控制作用，單位是mS(毫西門子)。（6）最大漏極功耗PDM

PDM=UDSID，與雙極型三極管的PCM相當。5.雙極型和場效應型三極管的比較雙極型三極管單極型場效應管載流子多子擴散少子漂移少子漂移輸入量電流輸入電壓輸入控制電流控制電流源電壓控制電流源輸入電阻幾十到幾千歐幾兆歐以上噪聲較大較小靜電影響不受靜電影響易受靜電影響制造工藝不宜大規模集成適宜大規模和超大規模集成一.直流偏置電路

保證管子工作在飽和區，輸出信號不失真4.2場效應管放大電路1.自偏壓電路UGS=-IDR

注意：該電路產生負的柵源電壓，所以只能用于需要負柵源電壓的電路。計算Q點：UGS、ID、UDS已知UP，由UGS=-IDR可解出Q點的UGS、IDUDS=VDD-ID(Rd+R)再求：ID

二.場效應管的交流小信號模型

與雙極型晶體管一樣，場效應管也是一種非線性器件，在交流小信號情況下，也可以由它的線性等效電路—交流小信號模型來代替。

其中：gmugs是壓控電流源，它體現了輸入電壓對輸出電流的控制作用。稱為低頻跨導。rds為輸出電阻，類似于雙極型晶體管的rce。三.場效應管放大電路1.共源放大電路分析：（1）畫出共源放大電路的交流小信號等效電路。

（2）求電壓放大倍數（3）求輸入電阻（4）求輸出電阻則（4）輸出電阻所以由圖有本章小結1．FET分為JFET和MOSFET兩種，工作時只有一種載流子參與導電，因此稱為單極性型晶體管。