模擬電路第4章教材

4.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管4.3金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管4.4場(chǎng)效應(yīng)管放大電路4.5各種放大器件電路性能比較*4.2砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管4場(chǎng)效應(yīng)管放大電路N溝道P溝道增強(qiáng)型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道（耗盡型）FET場(chǎng)效應(yīng)管JFET結(jié)型MOSFET絕緣柵型(IGFET)分類：耗盡型：場(chǎng)效應(yīng)管沒(méi)有加偏置電壓時(shí)，就有導(dǎo)電溝道存在增強(qiáng)型：場(chǎng)效應(yīng)管沒(méi)有加偏置電壓時(shí)，沒(méi)有導(dǎo)電溝道4.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管

結(jié)構(gòu)

工作原理

輸出特性

轉(zhuǎn)移特性

主要參數(shù)

4.1.1

JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理

4.1.2

JFET的特性曲線及參數(shù)

源極，用S或s表示N型導(dǎo)電溝道漏極，用D或d表示

P型區(qū)P型區(qū)柵極，用G或g表示柵極，用G或g表示符號(hào)符號(hào)4.1.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理1.結(jié)構(gòu)#

符號(hào)中的箭頭方向表示什么？2.工作原理①vGS對(duì)溝道的控制作用當(dāng)vGS＜0時(shí)（以N溝道JFET為例）當(dāng)溝道夾斷時(shí)，對(duì)應(yīng)的柵源電壓vGS稱為夾斷電壓VP

（或VGS(off)）。對(duì)于N溝道的JFET，VP<0。PN結(jié)反偏耗盡層加厚溝道變窄。

vGS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄。2.工作原理（以N溝道JFET為例）②vDS對(duì)溝道的控制作用當(dāng)vGS=0時(shí)，vDS

ID

G、D間PN結(jié)的反向電壓增加，使靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道變窄，從上至下呈楔形分布。當(dāng)vDS增加到使vGD=VP時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。此時(shí)vDS

夾斷區(qū)延長(zhǎng)

溝道電阻

ID基本不變

2.工作原理（以N溝道JFET為例）③

vGS和vDS同時(shí)作用時(shí)當(dāng)VP<vGS<0時(shí)，導(dǎo)電溝道更容易夾斷，對(duì)于同樣的vDS

，

ID的值比vGS=0時(shí)的值要小。在預(yù)夾斷處vGD=vGS-vDS

=VP綜上分析可知溝道中只有一種類型的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，

所以場(chǎng)效應(yīng)管也稱為單極型三極管。JFET是電壓控制電流器件，iD受vGS控制。預(yù)夾斷前iD與vDS呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，iD趨于飽和。#

為什么JFET的輸入電阻比BJT高得多？

JFET柵極與溝道間的PN結(jié)是反向偏置的，因

此iG0，輸入電阻很高。#

JFET有正常放大作用時(shí)，溝道處于什么狀態(tài)？4.1.2JFET的特性曲線及參數(shù)2.轉(zhuǎn)移特性VP1.輸出特性①夾斷電壓VP(或VGS(off))：②飽和漏極電流IDSS：③低頻跨導(dǎo)gm：或3.主要參數(shù)漏極電流約為零時(shí)的VGS值。VGS=0時(shí)對(duì)應(yīng)的漏極電流。低頻跨導(dǎo)反映了vGS對(duì)iD的控制作用。gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求得，單位是mS(毫西門子)。④輸出電阻rd：3.主要參數(shù)⑤直流輸入電阻RGS：對(duì)于結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管，反偏時(shí)RGS約大于107Ω。⑧最大漏極功耗PDM⑥最大漏源電壓V(BR)DS⑦最大柵源電壓V(BR)GS4.3金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場(chǎng)效應(yīng)管4.3.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET4.3.2N溝道耗盡型MOSFET4.3.3P溝道MOSFET4.3.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET1.結(jié)構(gòu)（N溝道）L：溝道長(zhǎng)度W：溝道寬度tox

：絕緣層厚度通常W>L4.3.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET剖面圖1.結(jié)構(gòu)（N溝道）符號(hào)4.3.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET2.工作原理（1）vGS對(duì)溝道的控制作用當(dāng)vGS≤0時(shí)無(wú)導(dǎo)電溝道，

d、s間加電壓時(shí)，也無(wú)電流產(chǎn)生。當(dāng)0<vGS

<VT時(shí)產(chǎn)生電場(chǎng)，但未形成導(dǎo)電溝道（感生溝道），d、s間加電壓后，沒(méi)有電流產(chǎn)生。當(dāng)vGS

>VT時(shí)在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生導(dǎo)電溝道，d、s間加電壓后，將有電流產(chǎn)生。

vGS越大，導(dǎo)電溝道越厚VT稱為開(kāi)啟電壓2.工作原理（2）vDS對(duì)溝道的控制作用

靠近漏極d處的電位升高

電場(chǎng)強(qiáng)度減小

溝道變薄當(dāng)vGS一定（vGS

>VT）時(shí)，vDS

ID

溝道電位梯度

整個(gè)溝道呈楔形分布當(dāng)vGS一定（vGS

>VT）時(shí)，vDS

ID

溝道電位梯度

當(dāng)vDS增加到使vGD=VT時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。2.工作原理（2）vDS對(duì)溝道的控制作用在預(yù)夾斷處：vGD=vGS-vDS

=VT預(yù)夾斷后，vDS

夾斷區(qū)延長(zhǎng)

溝道電阻

ID基本不變2.工作原理（2）vDS對(duì)溝道的控制作用2.工作原理（3）vDS和vGS同時(shí)作用時(shí)

vGS

一定，vDS變化時(shí)給定一個(gè)vGS

，就有一條不同的iD

–vDS

曲線。3.

V-I特性曲線及大信號(hào)特性方程（1）輸出特性及大信號(hào)特性方程①截止區(qū)當(dāng)vGS＜VT時(shí)，導(dǎo)電溝道尚未形成，iD＝0，為截止工作狀態(tài)。3.

V-I特性曲線及大信號(hào)特性方程（1）輸出特性及大信號(hào)特性方程②可變電阻區(qū)

vDS≤（vGS－VT）由于vDS較小，可近似為rdso是一個(gè)受vGS控制的可變電阻3.

V-I特性曲線及大信號(hào)特性方程（1）輸出特性及大信號(hào)特性方程②可變電阻區(qū)

其中Kn為電導(dǎo)常數(shù)，與場(chǎng)效應(yīng)管的溝道長(zhǎng)度,和寬度等參數(shù)有關(guān),單位：mA/V23.

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

>VT

，且vDS≥（vGS－VT）是vGS＝2VT時(shí)的iD

V-I特性：3.

V-I特性曲線及大信號(hào)特性方程（2）轉(zhuǎn)移特性4.3.2N溝道耗盡型MOSFET1.結(jié)構(gòu)和工作原理（N溝道）二氧化硅絕緣層中摻有大量的正離子可以在正或負(fù)的柵源電壓下工作，而且基本上無(wú)柵流4.3.2N溝道耗盡型MOSFET2.V-I特性曲線及大信號(hào)特性方程

（N溝道增強(qiáng)型）4.3.3P溝道MOSFET4.4場(chǎng)效應(yīng)管放大電路

直流偏置電路

靜態(tài)工作點(diǎn)

FET小信號(hào)模型

動(dòng)態(tài)指標(biāo)分析

三種基本放大電路的性能比較

4.4.1

FET的直流偏置及靜態(tài)分析

4.4.2

FET放大電路的小信號(hào)模型分析法1.直流偏置電路4.4.1FET的直流偏置電路及靜態(tài)分析（1）自偏壓電路（2）分壓式自偏壓電路vGSvGSvGSvGSvGSvGS

=-iDR2.靜態(tài)工作點(diǎn)Q點(diǎn)：VGS、ID、VDSvGS

=VDS=已知VP，由VDD-ID(Rd+R)-iDR可解出Q點(diǎn)的VGS、ID、VDS4.4.2FET放大電路的小信號(hào)模型分析法1.FET小信號(hào)模型（1）低頻模型（2）高頻模型2.動(dòng)態(tài)指標(biāo)分析（1）中頻小信號(hào)模型2.動(dòng)態(tài)指標(biāo)分析（2）中頻電壓增益（3）輸入電阻（4）輸出電阻忽略rD由輸入輸出回路得則通常則例4.4.2共漏極放大電路如圖示。試求中頻電壓增益、輸入電阻和輸出電阻。（2）中頻電壓增益（3）輸入電阻得解：（1）中頻小信號(hào)模型由例題（4）輸出電阻所以由圖有例題各種放大器件電路性能比較3.三種基本放大電路的性能比較組態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系：CEBJTFET