模拟电子技术课件第三章.ppt

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场效应管放大器场效应管放大器第第3章章目目录录3.1结型场效应管结型场效应管.2793.2绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管.2963.3场效应管的参数及特点场效应管的参数及特点.3133.4场效应管放大器场效应管放大器3203.5场效应管放大器的频率响应场效应管放大器的频率响应.3572783.1结型场效应管结型场效应管3.1.1结型场效应晶体管的结构结型场效应晶体管的结构3.1.2结型场效应管的工作原理结型场效应管的工作原理3.1.3结型场效应管的特性曲线结型场效应管的特性曲线279JFET结构与符号结构与符号P-JFETN-JFET3.1.1结型场效应晶体管的结构结型场效应晶体管的结构280导电沟道导电沟道两个两个PP+区与区与NN区形成两个区形成两个PNPN结结，夹在其中的夹在其中的NN区区是电子由源极流向漏是电子由源极流向漏极的通道，称为导电沟道。

极的通道，称为导电沟道。

3.1.2结型场效应管的工作原理结型场效应管的工作原理正常工作的条件正常工作的条件栅极电压：

栅极为负，源极为正栅极电压：

栅极为负，源极为正漏极电压：

漏极为正，源极为负漏极电压：

漏极为正，源极为负281受控机理受控机理受控机理受控机理通过改变加在通过改变加在PN结上的反结上的反向偏压向偏压（栅源电压栅源电压uGS）的大的大小来改变耗尽层的宽度，小来改变耗尽层的宽度，进而改变导电沟道的宽度，进而改变导电沟道的宽度，以达到控制沟道漏极电流以达到控制沟道漏极电流的目的，漏极电流的目的，漏极电流iiDD受控受控于于uGS。

3.1.2结型场效应管的工作原理结型场效应管的工作原理282uuGSGS控制控制控制控制iiDD（uuDSDS=CC0）0）uGS增大时，沟道变窄，沟道电阻增大时，沟道变窄，沟道电阻增大则增大则iD减小。

沟道被夹断时管子截减小。

沟道被夹断时管子截止，止，iD=0=0。

管子刚好截止时的栅极电压称为管子刚好截止时的栅极电压称为夹断电压夹断电压夹断电压夹断电压，用，用UUGS（off）GS（off）表示表示。

3.1.2结型场效应管的工作原理结型场效应管的工作原理283uuDSDS增大时，沟道变窄，沟增大时，沟道变窄，沟道电阻增大。

以预夹断为道电阻增大。

以预夹断为分界线，预夹断前分界线，预夹断前iiDD增大，增大，预夹断后预夹断后iiDD近似恒定。

近似恒定。

uuDSDS影响影响影响影响iiDD（uuGSGS=CC0）0）0）0）预夹断：

预夹断：

预夹断：

预夹断：

沟道在靠近漏极处一端即将帔沟道在靠近漏极处一端即将帔沟道在靠近漏极处一端即将帔沟道在靠近漏极处一端即将帔夹断夹断的状态。

此时的状态。

此时的状态。

此时的状态。

此时uuGDGD=UUGS（off）GS（off）3.1.2结型场效应管的工作原理结型场效应管的工作原理284放大原理放大原理3.1.2结型场效应管的工作原理结型场效应管的工作原理栅源之间接有直流反向偏置电压栅源之间接有直流反向偏置电压栅源之间加入栅源之间加入交流小信号电压交流小信号电压漏源之间接有漏极电阻漏源之间接有漏极电阻输入信号变化输入信号变化,随之改变。

随之改变。

漏源之间接直流电源漏源之间接直流电源2851.1.输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线指指uGS为参变量为参变量，iD随随uDS变化的关系曲线变化的关系曲线3.1.3结型场效应管的特性曲线结型场效应管的特性曲线286

（1）截止区截止区截止区截止区截止区：

截止区：

对应夹断状态对应夹断状态特点特点：

uGSUGS（off）iD=03.1.3结型场效应管的特性曲线结型场效应管的特性曲线截止区截止区1.1.输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线287可变电阻区：

可变电阻区：

对应预夹断前状态对应预夹断前状态特点：

特点：

固定固定uGS，uDS则则iD近似线性近似线性电阻特性电阻特性电阻特性电阻特性固定固定uDS，变化变化uGS则阻值变化则阻值变化变阻特性变阻特性变阻特性变阻特性

（2）可变电阻区可变电阻区可可变变电电阻阻区区3.1.3结型场效应管的特性曲线结型场效应管的特性曲线1.1.输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线288放大区：

放大区：

对应管子预夹断后的状态对应管子预夹断后的状态特点：

受控放大特点：

受控放大，iD只受只受uGS控制控制uGS则则iD放大区放大区（3）线性线性放大区放大区放大区放大区3.1.3结型场效应管的特性曲线结型场效应管的特性曲线1.1.输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线289击穿区：

击穿区：

对应对应PN结击穿状态结击穿状态特点：

特点：

uDS很大很大iD急剧增加急剧增加（4）击穿区击穿区击穿区击穿区击击穿穿区区3.1.3结型场效应管的特性曲线结型场效应管的特性曲线1.1.输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线290指指uDS为参变量为参变量，iD随随uGS变化的关系曲线变化的关系曲线iD=f2（uDS,uGS）3.1.3结型场效应管的特性曲线结型场效应管的特性曲线2.2.转移特性曲线转移特性曲线转移特性曲线转移特性曲线291预夹断后转移特性曲线重合预夹断后转移特性曲线重合曲线方程曲线方程条件条件3.1.3结型场效应管的特性曲线结型场效应管的特性曲线2.2.转移特性曲线转移特性曲线转移特性曲线转移特性曲线2923.1.3结型场效应管的特性曲线结型场效应管的特性曲线例例3-1已知图中各已知图中各JFET参数为参数为（aa）（bb）（cc）问问JFET各工作在什么区？

各工作在什么区？

2933.1.3结型场效应管的特性曲线结型场效应管的特性曲线解：

解：

（a）这是这是N-JFET。

沟道全夹断，沟道全夹断，JFET处于截止区。

处于截止区。

（b）这是这是N-JFET。

沟道部分夹断，沟道部分夹断，JFET工作在放大区。

工作在放大区。

2943.1.3结型场效应管的特性曲线结型场效应管的特性曲线解：

解：

（c）这是这是P-JFET。

JFET工作在放大区。

工作在放大区。

2953.2绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管3.2.1半导体的表面场效应半导体的表面场效应3.2.2N沟道增强型沟道增强型MOS管管3.2.3N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管管3.2.4P沟道绝缘栅场效应管沟道绝缘栅场效应管296根据栅极绝缘材料分为根据栅极绝缘材料分为金属金属-氧化物氧化物-半导体场效应管半导体场效应管（MOSFET或或MOS）；金属金属-氮化硅氮化硅-半导体场效应管半导体场效应管（MNSFET（MNSFET或或MNS）MNS）；金属金属-氧化铝氧化铝-半导体场效应管半导体场效应管（MALSFET）。

根据导电沟道类型分为根据导电沟道类型分为:

N沟道和沟道和P沟道沟道。

根据是否存在原始导电沟道分为根据是否存在原始导电沟道分为:

增强型和耗尽型。

增强型和耗尽型。

3.2绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管结型场效应管限制了输入电阻的提高结型场效应管限制了输入电阻的提高绝缘栅场效应管：

栅极同其余电极之间绝缘。

绝缘栅场效应管：

栅极同其余电极之间绝缘。

绝缘栅场效应管：

栅极同其余电极之间绝缘。

绝缘栅场效应管：

栅极同其余电极之间绝缘。

2973.2.1半导体的表面场效应半导体的表面场效应当电场作用于半导体表面时，会导致半导体内部的载流子产生当电场作用于半导体表面时，会导致半导体内部的载流子产生当电场作用于半导体表面时，会导致半导体内部的载流子产生当电场作用于半导体表面时，会导致半导体内部的载流子产生一定运动，从而改变其导电性。

一定运动，从而改变其导电性。

一定运动，从而改变其导电性。

一定运动，从而改变其导电性。

反型层的宽度取决于作用于半导体表面电场的强度反型层的宽度取决于作用于半导体表面电场的强度298N沟道增强型MOSFET1.N沟道增强型沟道增强型MOS管的结构管的结构3.2.2N沟道增强型沟道增强型MOS管管299uGS=0时，无导电沟道时，无导电沟道（夹断状态夹断状态）uGSUGS（th）时，产生导电沟道时，产生导电沟道（开启开启状态状态）定义开启电压定义开启电压定义开启电压定义开启电压UUGS（thGS（th）为刚开始为刚开始出现导电沟道时的栅源电压值。

出现导电沟道时的栅源电压值。

2.增强型增强型MOS管的工作原理管的工作原理3.2.2N沟道增强型沟道增强型MOS管管300当当当当时，时，时，时，3.增强型增强型MOS管的特性曲线管的特性曲线3.2.2N沟道增强型沟道增强型MOS管管（1111）转移特性曲线转移特性曲线转移特性曲线转移特性曲线开启电压开启电压UGS（th）特点：

特点：

特点：

特点：

当当当当时，导电沟道形成，时，导电沟道形成，时，导电沟道形成，时，导电沟道形成，NMOS管处于导通状态管处于导通状态为对应于某一栅源电压为对应于某一栅源电压的值，的值，满足满足301指指uGS为参变量，为参变量，iD随随uDS变化的关系曲线变化的关系曲线3.增强型增强型MOS管的特性曲线管的特性曲线3.2.2N沟道增强型沟道增强型MOS管管（22）输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线302uDS0uDSiD近似不变近似不变uDS=uGSUGS（th）预夹断状态预夹断状态uDSiD固定固定uGS，可以看到，可以看到uDS如何影响如何影响iDuDS（uGSUGS（th）预夹断后预夹断后3.2.2N沟道增强型沟道增强型MOS管管（22）输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线303小结：

小结：

iD受控于受控于uGS:

uGS则则iD直至直至iD=0；iD受受uDS影响影响:

uDS则则iD先先增随后近似不变。

增随后近似不变。

预夹断前预夹断前uDS则则iD以预夹断状态为分界线以预夹断状态为分界线预夹断后预夹断后uDS则则iD不变不变。

3.2.2N沟道增强型沟道增强型MOS管管（22）输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线304UUGS（GS（thth）=4V4V截止区截止区截止区截止区截止区：

截止区：

对应夹断状态对应夹断状态特点：

特点：

uGSUGS（th）iD=03.2.2N沟道增强型沟道增强型MOS管管（22）输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线305放大区：

放大区：

对应管子预夹断对应管子预夹断后的状态后的状态特点：

特点：

受控放大受控放大uGS则则iD放大区放大区放大区放大区3.2.2N沟道增强型沟道增强型MOS管管（22）输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线306可变电阻区：

可变电阻区：

对应预夹断前状态对应预夹断前状态特点：

特点：

固定固定uGS，uDS则则iD近似线性近似线性-电阻特性电阻特性固定固定uDS，uGS变化则阻值变化变化则阻值变化-变阻特性变阻特性可变电阻区可变电阻区可变电阻区可变电阻区3.2.2N沟道增强型沟道增强型MOS管管（22）输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线307uBS0且且uBS13563.5场效应管放大器的频率响应场效应管放大器的频率响应类似于晶体管的高频等效电路，需要考虑场效应管类似于晶体管的高频等效电路，需要考虑场效应管极间电容的影响。

极间电容的影响。

（11）JFET高频等效电路高频等效电路

（2）MOS管管高频等效电路高频等效电路（3）MOS管管高频等效电路高频等效电路（衬源短路）衬源短路）3573.5场效应管放大器的频率响应场效应管放大器的频率响应例例3-4一一JFET放大器如图所示。

已知放大器如图所示。

已知试计算试计算、以及以及。

358用密勒定理将用密勒定理将等效。

由于输入为恒压源等效。

由于输入为恒压源（内阻为零内阻为零,则时间则时间常数为零常数为零），所以输入端总电容，所以输入端总电容对频率特性没