第3章場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路

第3章

場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管放大電路半導(dǎo)體三極管(場(chǎng)效應(yīng)管）圖片半導(dǎo)體三極管圖片場(chǎng)效應(yīng)管【FET——FieldEffectTransistor】雙極型三極管場(chǎng)效應(yīng)管BJTFET電流控制的元件(iB→iC)電壓控制的元件(vGS→iD)利用基極的小電流控制集電極的大電流實(shí)現(xiàn)放大作用。利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制輸出電流。對(duì)照兩種形式的三極管：功耗低集成度高（單位面積上容納的門(mén)電路數(shù)量遠(yuǎn)大于雙極型三極管）輸入阻抗大（107～1012）熱穩(wěn)定性好（與環(huán)境溫度關(guān)系不大）抗干擾能力強(qiáng)缺點(diǎn)：速度低。FET的特點(diǎn)：體積小，重量輕，價(jià)格低，壽命長(zhǎng)；FET的分類：根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，可分為：結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET——JunctiontypeFieldEffectTransistor）金屬－氧化物－半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET——MetalOxide-SemiconductortypeFieldEffectTransistor）N溝道P溝道P溝道N溝道N溝道P溝道增強(qiáng)型耗盡型3.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(JFET)N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管符號(hào)：柵極【Gate】漏極【Drain】源極【Source】NP+P+3.1.1JFET的結(jié)構(gòu)#符號(hào)中的箭頭方向!三個(gè)極：源極（s）、柵極（g）、漏極（d），對(duì)應(yīng)于晶體管的e、b、c；P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管符號(hào)：箭頭：P→N柵極【Gate】漏極【Drain】源極【Source】PN+N+當(dāng)N溝道JFET工作時(shí)，需：vGSvDS+-dgs在柵極和源極間加一個(gè)負(fù)電壓(vGS<0),使柵極與N溝道間的PN結(jié)反偏（注意與BJT的不同?。。A斷若vDS為一固定正值，則

iD

將受vGS的控制，

│vGS│↑時(shí)，溝道電阻↑，iD↓。vDS＝0時(shí)vGS對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用：此時(shí)，vGS變化雖然導(dǎo)電溝道隨之變化，但漏極電流iD總是等于0。1、低頻互導(dǎo)（跨導(dǎo)）gm

UDS

為定值時(shí),漏極電流的微小變化ΔiD

與對(duì)應(yīng)的輸入電壓變化量ΔuGS

之比。該參數(shù)相當(dāng)于BJT的電流放大倍數(shù)β。2、夾斷電壓UGS(off)

在漏源電壓UDS

為定值時(shí),當(dāng)ID

小到近于零的UGS

值,即UGS≤uGS

(off)

時(shí),截止;UGS>uGS

(off)

時(shí),導(dǎo)通。3、飽和漏電流IDSS在uGS=0,時(shí)的漏極電流。通常令uGS=0，uDS=10V時(shí),測(cè)得的iD

即為IDSS。場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)vGSvDS+-dgsuGS=0VuGS=-1V3.1.2JFET的特性曲線輸出特性曲線恒流區(qū)的特點(diǎn)：△iD

/△vGS=gm≈常數(shù)

即：△iD=gm△vGS

（放大原理）①可變電阻區(qū)②恒流區(qū)、飽和區(qū)、線性放大區(qū)③截止區(qū)④擊穿區(qū)可變電阻區(qū)恒流區(qū)截止區(qū)擊穿區(qū)截止區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū)，對(duì)應(yīng)于晶體管的截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。UGS(off）只要給出IDSS和UGS(off）就可以把轉(zhuǎn)移特性中的其他點(diǎn)近似計(jì)算出來(lái)。轉(zhuǎn)移特性曲線可表示為：3.2金屬－氧化物－半導(dǎo)體

（絕緣柵型）場(chǎng)效應(yīng)管MOSFETP溝道N溝道N溝道P溝道增強(qiáng)型耗盡型分類：增強(qiáng)型：指UGS=0時(shí)，沒(méi)有導(dǎo)電溝道，即iD=0，而必須依靠柵源電壓UGS的作用，才形成感生溝道的FET。耗盡型：指UGS=0時(shí)，也會(huì)存在導(dǎo)電溝道，iD≠0的FET。符號(hào)：3.2.1.N溝道增強(qiáng)型MOSFET結(jié)構(gòu)SiO2絕緣層鋁電極半導(dǎo)體

定義：開(kāi)啟電壓（UT）——?jiǎng)倓偖a(chǎn)生溝道所需的柵源電壓UGS。

N溝道增強(qiáng)型MOS管的基本特性：

uGS

＜UT，管子截止，

uGS

＞UT，管子導(dǎo)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。

在柵極下方的SiO2層中摻入了大量的金屬正離子。所以當(dāng)uGS=0時(shí)，這些正離子已經(jīng)感應(yīng)出反型層，形成了溝道。符號(hào)3.2.2N溝道耗盡型MOSFET可以在正或負(fù)的柵源電壓下工作，而且基本上無(wú)柵流絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管N溝道增強(qiáng)型P溝道增強(qiáng)型各種FET的比較與使用注意事項(xiàng)絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管

N溝道耗盡型P

溝道耗盡型結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管

N溝道耗盡型P溝道耗盡型

思考：1、JEFT的柵極與溝道間的PN結(jié)在一般作為放大器件工作時(shí)，能用正向偏置嗎？BJT的發(fā)射結(jié)呢？答：JEFT的柵極與溝道間的PN結(jié)在一般作為放大器件工作時(shí)，不可以用正向偏置。因?yàn)楫?dāng)JFET正偏時(shí)，其PN結(jié)都處于正偏狀態(tài)，溝道兩側(cè)的耗盡層消失，對(duì)DS溝道失去了控制作用，所以失去放大作用。BJT的發(fā)射結(jié)要求正偏。

2、圖示符號(hào)各表示哪種溝道的JEFT？其箭頭方向代表什么？

答：圖(a)為N溝道，(b)為P溝道場(chǎng)效應(yīng)管。箭頭方向代表正偏方向

3.4場(chǎng)效應(yīng)管放大電路(1)靜態(tài)：適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)，使場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)，場(chǎng)效應(yīng)管的偏置電路相對(duì)簡(jiǎn)單。(2)動(dòng)態(tài)：能為交流信號(hào)提供通路。組成原則：靜態(tài)分析：估算法、圖解法。動(dòng)態(tài)分析：微變等效電路法。分析方法：例

分壓式偏置電路下圖中，設(shè)漏極電源VDD=18V，VGS(Off)

=-1V，IDSS=0.5mA，求出Q點(diǎn)和動(dòng)態(tài)分析參數(shù)。vivoVg2MΩ47KΩ10MΩ2kΩ30kΩ4.7μF0.01μFiDVSAIg3思考：為何Vg與Rg3無(wú)關(guān)？∵Rg3＝10MΩ≈∞∴Ig3≈0，可認(rèn)為在Rg3上沒(méi)有壓降，故Vg≈VA漏極電源VDD經(jīng)分壓電阻Rg1和Rg2分壓后，通過(guò)Rg3供給柵極電壓Vg，則vivoVg2MΩ47KΩ10MΩ2kΩ30kΩ4.7μF0.01μFiDVSAIg3思考：為何Vg與Rg3無(wú)關(guān)？∵Rg3＝10MΩ≈∞∴Ig3≈0，可認(rèn)為在Rg3上沒(méi)有壓降，故Vg≈VA可解出Q點(diǎn)的VGS、ID

已知VGS(off)，設(shè)JFET工作在恒流區(qū)VDS

=VDD-ID(Rd+R)再求：計(jì)算Q點(diǎn)：即求出VGS、ID、VDSvivoVg2MΩ47MΩ10MΩ2kΩ30kΩ4.7μF0.01μFiDVSAIg3 該電路產(chǎn)生的柵源電壓可正可負(fù)可為0，所以適用于所有的場(chǎng)效應(yīng)管電路！注意啦VDS

=VDD-ID(Rd+R)計(jì)算Q點(diǎn)：即求出VGS、ID、VDSvivoVg2MΩ47MΩ10MΩ2kΩ30kΩ4.7μF0.01μFiDVSAIg3VDSQ

=8.1V①畫(huà)出放大電路的交流小信號(hào)等效電路②求電壓放大倍數(shù)③求輸入電阻④求輸出電阻動(dòng)態(tài)分析：【步驟與BJT放大電路相同】FET放大電路動(dòng)態(tài)分析FET的低頻小信號(hào)模型＋-vGSiD＋-vDSJFET低頻小信號(hào)等效模型簡(jiǎn)化后的實(shí)用模型①畫(huà)出等效電路②求電壓放大倍數(shù)則③求輸入電阻④求輸出電阻雙極型和場(chǎng)效應(yīng)型三極管的比較雙極型三極管單極型場(chǎng)效應(yīng)管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熱噪聲較大較小，適用于低噪聲放大器的前置級(jí)頻率特性好相對(duì)較差靜電影響不受靜電影響易受靜電影響制造工藝不宜大規(guī)模集成適宜大規(guī)模和超大規(guī)模集成本章小結(jié)3.1