模拟电子线路课件：第三章.ppt

1、1场效应晶体管（场效应管）只有多数载流场效应晶体管（场效应管）只有多数载流子起运载电流的作用。子起运载电流的作用。 场效应管场效应管FET(Field Effect Transistor)结型场效应管结型场效应管JFET绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管IGFET双极型晶体管是多数载流子和少数载流子双极型晶体管是多数载流子和少数载流子同时参与导电的半导体器件。同时参与导电的半导体器件。第三章第三章 场效应管及其放大电路场效应管及其放大电路23.1 场效应晶体管场效应晶体管 3.1.1 结型场效应管结型场效应管（Junction Field Effect Transisitor）DSG(a)N沟道沟道

2、JFET图图3.1.1 结型场效应管的结构示意图及其表示符号结型场效应管的结构示意图及其表示符号Gate栅极栅极Source源极源极Drain 漏极漏极箭头方向表示栅箭头方向表示栅源间源间PN结若加结若加正向偏置电压时正向偏置电压时栅极电流的实际栅极电流的实际流动方向。流动方向。N型型沟沟道道PPDGS一、结型场效应管的结构一、结型场效应管的结构3P型型沟沟道道NNDGSDSG(b)P沟道沟道JFET图图3.1.1 结型场效应管的结构示意图及其表示符号结型场效应管的结构示意图及其表示符号4二、结型场效应管的工作原理二、结型场效应管的工作原理 在栅源间加负电压在栅源间加负电压UGS ，令，令UD

3、S =0 当当UGS=0时，为平衡时，为平衡PN结，导电沟道结，导电沟道最宽。最宽。当当UGS时，时，PN结反偏，形结反偏，形成耗尽层，导电沟道变窄，沟成耗尽层，导电沟道变窄，沟道电阻增大。道电阻增大。当当UGS到一定值时到一定值时 ，沟道会，沟道会完全合拢。完全合拢。定义：定义： 夹断电压夹断电压UGS(off)使导电沟道完全合拢（消使导电沟道完全合拢（消失）所需要的栅源电压失）所需要的栅源电压UGS。 （1）栅源电压对沟道的控制作用）栅源电压对沟道的控制作用5（2）漏源电压对沟道的控制作用）漏源电压对沟道的控制作用 在漏源间加电压在漏源间加电压UDS ，令，令UGS =0。 由于由于UGS

4、 =0，所以，所以导电沟道最宽。导电沟道最宽。UDSID 靠近漏极处靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，的耗尽层加宽，沟道变窄，呈楔形分布。呈楔形分布。当当UDS ，使，使UGD=UG S- UDS=UGS（off）时，在时，在靠漏极处夹断靠漏极处夹断预夹断。预夹断。UDS再再，预夹断点下移。，预夹断点下移。当当UDS=0时，时， ID=0。6DGSUDSUGS沟道局部夹断沟道局部夹断IDDGS(a) uDS-uGS|UGSoff|（预夹断后）（预夹断后）几乎不变几乎不变三、特性曲线三、特性曲线 (1) 输出特性曲线输出特性曲线 7图图3.1.4JFET3.1.4JFET的输出特性曲线的输出特性

5、曲线(a)(a)输出特性曲线输出特性曲线1234iD/ /mA01020uDS/ /V可可变变电电阻阻区区恒恒截止区截止区2V1.5V1VuDSuGS SUGSoff515流流区区击击穿穿区区UGS0VUGSoff0 0.5V三、特性曲线三、特性曲线 8当当u uDSDS=0=0时，时，i iD D=0=0。 当当u uDSDS很小时，很小时，u uDSDSi iD D(近似线性增大近似线性增大) )当当u uDSDS较大时，靠近较大时，靠近D D极的极的u uDGDG的反偏电压的反偏电压 靠近靠近D D极的耗尽层变宽极的耗尽层变宽导电沟道逐渐变窄，导电沟道逐渐变窄，沟道电阻沟道电阻 “预夹断

6、预夹断”。出现出现预夹断的条件预夹断的条件为：为：GSoffGSDSUuu或或GSoffDGUu 1. 1. 可变电阻区（相当于晶体管的饱和区）可变电阻区（相当于晶体管的饱和区）9u uGSGS对对i iD D上升的斜率影响较大，在这一上升的斜率影响较大，在这一区域内，区域内，JFETJFET可看作一个受可看作一个受u uGSGS控制的可变控制的可变电阻，即漏、源电阻电阻，即漏、源电阻r rDSDS= = f f( (u uGSGS) )，故称为，故称为可可变电阻区。变电阻区。 102.2.恒流区（相当于晶体管的放大区）恒流区（相当于晶体管的放大区） 当漏、栅间电压当漏、栅间电压| |u uD

7、GDG| | | | U UGSoffGSoff | |时，即预时，即预夹断后所对应的区域。夹断后所对应的区域。 当当U UGSGS一定时：一定时： u uDSDS漂移电流漂移电流i iD D，但同时，但同时u uDSDSDD结变宽结变宽i iD D，因此，因此i iD D变化很小，只是略变化很小，只是略有增加。有增加。因此：因此：u uDSDS对对i iD D的控制能力很弱。（类似基区的控制能力很弱。（类似基区宽度调制效应）宽度调制效应）11在恒流区，在恒流区，i iD D与与u uGSGS关系符合关系符合 2)1 (GSoffGSDSSDUuIiu uGSGS对对i iD D控制能力很强控

8、制能力很强 124.4.击穿区击穿区随着随着u uDSDS增大，靠近漏区的增大，靠近漏区的PNPN结反偏电压结反偏电压 u uDGDG(=(=u uDSDS- -u uGSGS) )也随之增大。也随之增大。 当当| |U UGSGS|U UGSoffGSoff| |时，沟道被全部夹断，时，沟道被全部夹断，i iD D=0=0，故此区故此区为截止区。为截止区。3. 3. 截止区截止区13当恒流区中，当恒流区中，iD与与uGS关系基本符合关系基本符合 2)1(GSoffGSDSSDUuIi uGS对对iD控制能力很强控制能力很强 (a) 漏极输出特性曲线漏极输出特性曲线 (b) 转移特性曲线转移特

9、性曲线式中：式中：IDSS饱和电流，表示饱和电流，表示uGS=0时的时的iD值；值； UGSoff夹断电压，表示夹断电压，表示uGS=UGSoff时时iD为零。为零。（2 2）转移特性曲线）转移特性曲线CuGSDDSufi)(14u uG G S S/ /V V0 01 12 23 31 12 23 34 45 5I IDSSDSSU UGSGSoffoffi iD D/ /mAmA问题：问题：若若U UDSDS增大，转移特性曲线如何变化？增大，转移特性曲线如何变化？ 分析：分析：U UDSDS增大，多子形成的漂移电流增大，增大，多子形成的漂移电流增大，I ID D增加，增加，转移特性曲线上移

10、。转移特性曲线上移。 D DS SP PP PU UGSGSU UDSDS153.1.2 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管(IGFET)绝缘栅场效应管是利用半导体表面绝缘栅场效应管是利用半导体表面的电场效应进行工作的，也称为表面场效的电场效应进行工作的，也称为表面场效应器件。应器件。IGFET最常用的是金属氧化物半最常用的是金属氧化物半导体导体MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FET)。 16优点：优点：（1）输入偏流小，即输入电阻高达）输入偏流小，即输入电阻高达1010 。（2）制造工艺简单；）制造工艺简单；（3）热稳定性好。）热稳定性好。IGFET分类：分类：（

11、1）根据导电类型，分为）根据导电类型，分为N沟道沟道和和P沟道沟道两类。两类。（2）根据）根据uGS=0时，漏源之间是否有导电沟道又时，漏源之间是否有导电沟道又可分为可分为增强型增强型（无（无ID）和）和耗尽型耗尽型（有（有ID）两种。）两种。17MOSFETN沟道沟道P沟道沟道增强型增强型N-EMOSFET耗尽型耗尽型增强型增强型耗尽型耗尽型N-DMOSFETP-EMOSFETP-DMOSFET18源极源极栅极栅极漏极漏极氧化层氧化层(SiO2)BWP型衬底型衬底NNL耗耗尽尽层层A1层层SGD(a)立体图立体图一、一、N沟道增强型沟道增强型MOSFET (Enhancement NMOSF

12、ET)1、结构、结构19图图3.1.5 MOSFET结构示意图结构示意图(b)剖面图剖面图SGDNNP型硅衬底型硅衬底绝缘层绝缘层(SiO2)衬底引线衬底引线 B半导体半导体金属电极金属电极DGS(c)符号符号B20-P衬底sgN+bdVDD二氧化硅+NUDS 当当uGS0V时时纵向电场纵向电场将靠近栅极下方的空穴向将靠近栅极下方的空穴向下排斥下排斥耗尽层。耗尽层。 当当uGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的时，漏源之间相当两个背靠背的 二极管，在二极管，在d、s之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。 再增加再增加uGS纵向电场纵向电场将将P区少子电

13、子聚集到区少子电子聚集到P区表面区表面形成导电沟道，形成导电沟道，如果此时加有漏源电压，就如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流可以形成漏极电流id。-s二氧化硅P衬底gDDV+Nd+bNVGGidUGSUDS2、 uGS对沟道导电能力的控制对沟道导电能力的控制(转移特性曲线转移特性曲线)沟道形成原理沟道形成原理212、 uGS对沟道导电能力的控制对沟道导电能力的控制(转移特性曲线转移特性曲线)BNUGSNPN结结( 耗尽层耗尽层 )P 型衬底型衬底DS沟道形成原理沟道形成原理图图3.1.6 沟道形成沟道形成BN导电沟道导电沟道（反型层）（反型层）P型衬底型衬底UGSN(b) UGSUGSt

14、h，导电沟道已形成导电沟道已形成(a) UGSUGSth，导电沟道已形成导电沟道已形成uGS越大越大沟道越宽沟道越宽沟道电阻越小沟道电阻越小iD越大越大这种必须依靠这种必须依靠G-S电压作用才能形成导电沟道的场电压作用才能形成导电沟道的场效应管，称为增强型场效应管。效应管，称为增强型场效应管。24图图3.1.7 ENMOSFET的转移特性的转移特性转移特性转移特性(1)当当uGSUGSth时，时， iD 0，uGS越大，越大， iD也随也随之增大，二者符合平之增大，二者符合平方律关系。方律关系。25BN导电沟道导电沟道P型衬底型衬底UGSN3、uDS对沟道导电能力的控制（输出特性）对沟道导电能

15、力的控制（输出特性）常数GSUDSDufi)(26BUDS预夹断P型衬底UGSNN图图3.1.8 uDS增大，沟道被局部夹断增大，沟道被局部夹断(预夹断预夹断)情况情况27iD0uDSUGS6V截止区截止区4V3V2V5V可可变变电电阻阻区区(a)恒恒流流区区区区穿穿击击 图图3.1.9 输出特性输出特性 GSthGSDSUuu28(1)截止区：截止区：uGSUGSth，导电沟道未形成，导电沟道未形成，iD=0。(2)恒流区恒流区曲线间隔均匀，曲线间隔均匀，uGS对对iD控制能力强。控制能力强。uDS对对iD的控制能力弱，曲线平坦。的控制能力弱，曲线平坦。进入恒流区的条件，即预夹断条件为进入恒

16、流区的条件，即预夹断条件为GSthGDUu 29(b)厄尔利电压厄尔利电压 uDSiD0UGSUA(厄厄尔利电压尔利电压)沟道调制系数沟道调制系数：厄尔利电压：厄尔利电压UA的倒数，的倒数， 曲线越平坦曲线越平坦|UA|越大越大越小。越小。 30考虑考虑uDS对对iD的微弱影响后恒流区的电流方的微弱影响后恒流区的电流方程为：程为： DSGSthGSoxnDuUuLWCi 122但但1，则，则 ： 222GSthGSGSthGSoxnDUuLWkUuLWCi 31可变电阻区：可变电阻区： 222DSDSGSthGSoxnDuuUuLWCi 32JFET利用利用PN结反向电压对耗尽层厚度的结反向电

17、压对耗尽层厚度的控制来改变导电沟道的宽度，从而控制来改变导电沟道的宽度，从而控制漏极电流的大小。控制漏极电流的大小。IGFET绝缘栅极场效应管利用栅源电压的绝缘栅极场效应管利用栅源电压的大小来改变半导体表面感生电荷的大小来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。多少，从而控制漏极电流的大小。33特点：特点： 当当uGS=0时，就有沟道，时，就有沟道，加入加入uDS，就有就有iD。 当当uGS0时，沟道增宽，时，沟道增宽，iD进一步增加。进一步增加。 当当uGS0时，沟道变窄，时，沟道变窄，iD减小。减小。 在栅极下方的在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以当层中掺入

18、了大量的金属正离子。所以当uGS=0时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。 定义：定义： 夹断电压（夹断电压（ UGS(off)）沟道刚刚消失所需的栅源电压沟道刚刚消失所需的栅源电压uGS。-g漏极s+N衬底P衬底源极d栅极bN+ +二、二、N沟道耗尽型沟道耗尽型 MOSFET (Depletion NMOSFET)DGSB34iDuGSUGSoff0(a)ID0图图310N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管的特性及符号管的特性及符号(a)转移特性；转移特性；(b)输出特性；输出特性；(c)表示符号表示符号20)1(GSoffGSDDUuIi 20)

19、(2GSoffULWCuIoxnD ID0表示表示uGS=0时所对应的漏极时所对应的漏极电流。电流。 35图图310N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管的特性及符号管的特性及符号(a)转移特性；转移特性；(b)输出特性；输出特性；(c)表示符号表示符号1234iD/mA01020uDS/V0V515(b)UGS 3V6V3VGSoffGSDSUuu36DGSDGSN沟道沟道P沟道沟道结型结型FET 各种场效应管的符号对比各种场效应管的符号对比3.2 场效应管的工作状态分析及其偏置电路场效应管的工作状态分析及其偏置电路37各种场效应管的符号对比各种场效应管的符号对比DSGBDSGBDSGBDSGBN沟

20、道P沟道增强型N沟道P沟道耗尽型MOSFET38iDuGSUGSoff0(a)IDSSID0UGSth结型P沟耗尽型P沟增强型P沟MOS耗尽型N沟增强型N沟MOS结型N沟图图3.2.1 各种场效应管的转移特性和输出特性对比各种场效应管的转移特性和输出特性对比 (a)转移特性；转移特性；(b)输出特性输出特性39图图3.2.1 各种场效应管的转移特性和输出特性对比各种场效应管的转移特性和输出特性对比 (a)转移特性；转移特性；(b)输出特性输出特性uDSiD0线性线性可变电阻区可变电阻区012345601231233456789结型结型P 沟沟耗尽型耗尽型MOS P沟沟3456012012312

21、33456789结型结型N沟沟耗尽型耗尽型 增强型增强型MOS N沟沟UGS/VUGS/V增强型增强型40管型管型截止区截止区恒流区恒流区可变电阻区可变电阻区N沟道沟道JFETUGS UGSoffUGSoffUGS 0 UGD UGSoffUGSoff UGS 0 UGSoff UGD 0 P沟道沟道JFETUGS UGSoff0 UGSUGSoff UGD UGSoff0 UGS UGSoff 0 UGD UGSoffN沟道增强型沟道增强型MOSFETUGS UGSthUGS UGSth UGD UGSthUGS UGSth UGD UGSthN沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFETUGS UGS

22、offUGS UGSoff UGDUGSthUGS UGSth UGDUGSthUGS UGSth UGD UGSthP沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFETUGSUGSoffUGS UGSoff UGDUGSofUGS UGSoff UGD UGSof表表 3.2.1 场效应管工作区间与极间电压的关系场效应管工作区间与极间电压的关系41UGSoffUGSoffN沟道沟道P沟道沟道uGSiDDS(b)PPUDSID减小UGS42JFETUGSoffUGSoffN沟道沟道P沟道沟道uGSiDDS(b)PPUDSID减小UGS截止区：截止区：G极处沟道夹断。极处沟道夹断。可变电阻区：可变电阻区：G极处沟

23、道未夹断，极处沟道未夹断，D极未夹断极未夹断恒流区：恒流区：G极处沟道未夹断，极处沟道未夹断，D极夹断极夹断43UGSoffUGSoffN沟道沟道P沟道沟道uGSiD截止区：截止区： GSoffSGuu 可变电阻区可变电阻区 ：0 GSGSoffuu 且且恒流区：恒流区： 且且N-JFET0 DGGSoffuu0 GSGSoffuuGSoffDGuu 截止区截止区：G极处沟道夹断。极处沟道夹断。可变电阻区可变电阻区：G极处沟道未夹断，极处沟道未夹断，D极未夹断极未夹断恒流区恒流区：G极处沟道未夹断，极处沟道未夹断，D极夹断极夹断44UGSoffUGSoffN沟道沟道P沟道沟道uGSiD截止区：

24、截止区：GS结夹断。结夹断。可变电阻区：可变电阻区：GS结未夹断，结未夹断，GD结未夹断结未夹断恒流区：恒流区：GS结未夹断，结未夹断，GD结夹结夹断断 截止区：截止区： GSoffSGuu 可变电阻区可变电阻区 ：GSoffGSuu 0 且且恒流区：恒流区： 且且P-JFETGSoffDGuu 0GSoffGSuu 0GSoffDGuu 45E-MOSFET(增强型增强型) UGSthUGsthN沟沟道道P沟道沟道uGSiDBUDS预夹断P型衬底UGSNN截止区：截止区：GS结夹断。结夹断。可变电阻区：可变电阻区：GS结未夹断，结未夹断，GD结未夹断结未夹断恒流区：恒流区：GS结未夹断，结未

25、夹断，GD结夹断结夹断46UGSthUGsthN沟沟道道P沟道沟道uGSiD截止区：截止区：GS结夹断。结夹断。可变电阻区：可变电阻区：GS结未夹断，结未夹断，GD结结未夹断未夹断恒流区：恒流区：GS结未夹断，结未夹断，GD结夹断结夹断截止区：截止区： 可变电阻区可变电阻区 ：且且恒流区：恒流区： 且且GSthGSuu GSthSGuu GSthGDuu 对于对于N沟道：沟道：GSthDGuu GSthGDuu 47UGSthUGsthN沟沟道道P沟道沟道uGSiD截止区：截止区：GS结夹断。结夹断。可变电阻区：可变电阻区：GS结未夹断，结未夹断，GD结结未夹断未夹断恒流区：恒流区：GS结未夹

26、断，结未夹断，GD结夹断结夹断截止区：截止区： 可变电阻区可变电阻区 ：且且恒流区：恒流区： 且且GSthGSuu GSthGSuu GSthGDuu 对于对于P沟道：沟道：GSthGSuu GSthGDuu 48D-MOSFET(耗尽型耗尽型) BUDS预夹断P型衬底UGSNN截止区：截止区：GS结夹断。结夹断。可变电阻区：可变电阻区：GS结未夹断，结未夹断，GD结未夹断结未夹断恒流区：恒流区：GS结未夹断，结未夹断，GD结夹断结夹断UGSoffUGSoffN沟道沟道P沟道沟道uGSiD49截止区：截止区：GS结夹断。结夹断。可变电阻区：可变电阻区：GS结未夹断，结未夹断，GD结结未夹断未夹

27、断恒流区：恒流区：GS结未夹断，结未夹断，GD结夹断结夹断截止区：截止区： 可变电阻区可变电阻区 ：且且恒流区：恒流区： 且且GSoffGSuu GSoffGSuu GSoffGDuu 对于对于N沟道：沟道：GSoffGSuu GSoffGDuu UGSoffUGSoffN沟道沟道P沟道沟道uGSiD50截止区：截止区：GS结夹断。结夹断。可变电阻区：可变电阻区：GS结未夹断，结未夹断，GD结结未夹断未夹断恒流区：恒流区：GS结未夹断，结未夹断，GD结夹断结夹断截止区：截止区： 可变电阻区可变电阻区 ：且且恒流区：恒流区： 且且GSoffGSuu GSoffSGuu GSoffGDuu 对于对

28、于P沟道：沟道：GSoffSGuu GSoffGDuu UGSoffUGSoffN沟道沟道P沟道沟道uGSiD51例例3.2.1 判断图判断图3.2.2所示的场效应管电路，管子的所示的场效应管电路，管子的IDSS=3mA,UGSoff=-5V,管子工作在什么区间？管子工作在什么区间？解：假设法：首先假设管子工解：假设法：首先假设管子工作在恒流区。作在恒流区。 mAUUIiGSoffGSDSSD08. 15213122 VUDS436. 608. 13 . 310 UGD=UGS-UDS=-2-6.436=-8.436V。UGSoffUGSoffN沟道沟道P沟道沟道uGSiD结论：管子工作在恒流

29、区。结论：管子工作在恒流区。 523.2.2 场效应管的偏置电路场效应管的偏置电路常用的有两种偏置电路：常用的有两种偏置电路：RDUDDRS(自偏压自偏压电阻电阻)uiRGV(a) (a)自偏压方式；自偏压方式； 自给偏压式自给偏压式：特点是栅源偏置电压特点是栅源偏置电压UGS=0。适合。适合JFET和和DMOSFET。53RDUDDRS(自偏压自偏压电阻电阻)uiRG2(b)RG1(分压式分压式偏置偏置)(b)混合偏置方式混合偏置方式 混合偏置方式混合偏置方式：分压式偏置。三种场效分压式偏置。三种场效应管都适合。应管都适合。 对于增强型对于增强型MOSFET，只能采用混合偏置方式。只能采用混

30、合偏置方式。54例：设例：设uGSoff= -5V，IDSS=1mA，试估算电路，试估算电路的静态工作点。的静态工作点。R1R2R3RDRS20VUiC2C1RDRG1RSUDD20VRG2150k50k2k10kRL1M(a)Uo.RG31M.C310k55解：画直流通路。解：画直流通路。估算法：估算法：由电流方程和栅源直流负载线方由电流方程和栅源直流负载线方程联立成方程组求解，即可得工作点。程联立成方程组求解，即可得工作点。 R1R2R3RDRS20V因为因为iG=0，所以：，所以： VRRRuG52021256输入回路满足：输入回路满足： R1R2R3RDRS10k20VDSGSIRU

31、5同时在放大区满足：同时在放大区满足： 225111GSGSoffGSDSSDUUUII57联立上述两方程，得到：联立上述两方程，得到：ID1=0.61mA，ID2=1.64mA DSGSIRU 5225111GSGSoffGSDSSDUUUII将将ID1=0.61，ID2=1.64mA代入（代入（1）式，分）式，分别得到别得到UGS1=-1.1V，UGS2=-11.4V （1）（2）因为因为UGS2UGSoff = -5V ，所以，所以ID2舍去。舍去。 58R1R2R3RDRS10k20V则：则：UDSQ=20-0.61(10+10)=7.8V。因此：因此：IDQ=0.61mAUGSQ=-

32、1.1V59RDUDDRSuiRGV(a)问题：对于自偏压式，如何联立方程？问题：对于自偏压式，如何联立方程？ SDGSRIU 21 GSoffGSDSSDUUII60RDUDDRSuiRGV(a)图解法图解法iDuGS0(a)Q1Q2iDuGS0(b)Q1Q2Q2Q3Q3RS1RS1RG1 RG2RG2UDDSDGSRiuSDGSRIU 21 GSoffGSDSSDUUII61 图图3.2.4 图解法求直流工作点图解法求直流工作点(a)自偏压方式；自偏压方式；(b)混合偏置方式混合偏置方式 iDuGS0(a)Q1Q2iDuGS0(b)Q1Q2Q2Q3Q3RS1RS1RG1 RG2RG2UDD

33、SDDDGGGGSRiURRRu212R1R2R3RDRS10k20V62SDGSRiuSDDDGGGGSRiURRRu212 栅源回路直流负载线方程栅源回路直流负载线方程1.对于自偏压方式对于自偏压方式2.对于混合偏置方式对于混合偏置方式 栅源回路直流负载线方程栅源回路直流负载线方程633.3 场效应管放大电路场效应管放大电路 场效应管有三种基本放大电路：共源、场效应管有三种基本放大电路：共源、共漏和共栅。共漏和共栅。 其偏置电路也要保证管子工作在恒流其偏置电路也要保证管子工作在恒流区。由于场效应管的输入电流近似为区。由于场效应管的输入电流近似为0，因，因此它是电压控制器件。需要选择合适的此

34、它是电压控制器件。需要选择合适的UGS和和UDS以保证管子工作在恒流区。以保证管子工作在恒流区。64 3.3.1 场效应管的低频交流小信号模型场效应管的低频交流小信号模型求解交流小信号等效电路与双极型晶求解交流小信号等效电路与双极型晶体管类似。只是场效应管的输入电流为体管类似。只是场效应管的输入电流为0，因此输出电流因此输出电流iD只受输入电压控制，不受输只受输入电压控制，不受输入电流控制。控制能力用跨导入电流控制。控制能力用跨导gm表示。表示。 CududigDSGSDm 65交流小信号等效电路：交流小信号等效电路： gmuGSrDSuDS+-GSDuDSiD0UGSUA(厄尔利电压)(b)

35、rDS是反映了器件是反映了器件的沟道调制效应。的沟道调制效应。 GSQDDSdsudidur DQAdsIUr 66在恒流区满足的电流方程：在恒流区满足的电流方程： 结型场效应管：结型场效应管： 21GSoffGSDSSDUuIi 2GSthGSDUuKi 增强型增强型MOS管：管： 20)1(GSoffGSDDUuIi 耗尽型耗尽型MOS管：管： gm的求法：的求法： CududigDSGSDm 67 对对JFET和耗尽型和耗尽型MOS管，管， 21 GSoffGSDSSDUuIi则对应工作点则对应工作点Q的的gm为：为： DSSDQGSoffDSSGSDmIIUIQdudig2 gm的求法

36、：的求法： 68gm的求法：的求法： 对增强型对增强型MOSFET， 则对应工作点则对应工作点Q的的gm为：为： 22GSthGSoxnDUuLWCi DQoxnmILWCg 2 W/Lgm 69UiC2C1RDRG1RSUDD20VRG2150k50k2k10kRL1M(a)Uo.RG31M.C3图图3.3.2 共源放大器电路及其低频小信号等效电路共源放大器电路及其低频小信号等效电路 (a)电路；电路；(b)低频小信号等效电路低频小信号等效电路3.3.2 共源放大电路共源放大电路70rdsDSUo.RDRLUi.GRG3RG2RG1(b)gmUgs.图图3.3.2 共源放大电路及其低频小信号

37、等效电路共源放大电路及其低频小信号等效电路 (a)电路；电路；(b)低频小信号等效电路低频小信号等效电路71)(LDdsgsmoRRrUgU 式中，式中， ，且一般满足，且一般满足RDRLrds。所以，。所以，共源放大器的放大倍数共源放大器的放大倍数Au为为igsUU)(LDmiouRRgUUA 若若gm=5mA/V，则，则Au=-50。 Au： 72kRrRRDdsDo10输入电阻：输入电阻： 输出电阻：输出电阻：MRRRRGGGi0375. 1213rdsDSUo.RDRLUi.GRG3RG2RG1(b)gmUgs.73 例例3.3.2： 场效应管放大器电路如图场效应管放大器电路如图3.3

38、.3所示，所示，已知工作点的已知工作点的gm=5mA/V，试画出低频小信号等，试画出低频小信号等效电路，并计算增益效电路，并计算增益Au。uiC2C1C3RDuoRG1RG3RS2UDDRG2RS1150k50k2k10k1k1MRL1Mgm2mA/V(a)74gmuGSrdSui+-GSDRS1RG3RG1RG2RDRLuo+-解：低频小信号模型如上图所示。解：低频小信号模型如上图所示。 3 . 8111 LDSmmSgsmgsLDgsmiouRRRggRuguRRugUUA75(a)C2C1RG1RSUDDRG2150k50k2kRL10kUo.RG31MUi.gm2mA/V图图3.3.4

39、 共漏电路及其等效电路共漏电路及其等效电路 (a)电路；电路；(b)等效电路等效电路3.3.3 共漏放大器共漏放大器76gmUgsrdSUi+-gsdRSRG3RG1RG2RLUo+- Au： LdLSdoRIRRIUiLmmdLdimLSdimGSmdURggI)RIU(g)RR(IUgUgI1LmLmiouRgRgUUA17711LmLmLsgsmgsLsgsmuRgRgRRUgURRUgA或：或：gmUgsrdSUi+-gsdRSRG3RG1RG2RLUo+-78C1RG1RSUDD(a)RG2RoIo.Uo.图图320计算共漏电路输出电阻计算共漏电路输出电阻Ro的等效电路的等效电路 2. 输出电阻输出电阻Ro79图图320计算共漏电路输出电阻计算共漏电路输出电阻Ro的等效电路的等效电路RS(b)IS.Io.gmUgs. gm( Uo).Uo.RoISR80mSomSoooooomomgsmSSoRoRogRUgRUUIURUgUgUgIRUIIIISS1111)(由图可见由图可见 式中：式中： 所以，输出电阻为所以，输出电阻为 814001021102133mSogRR故故 3.输入电阻输入电阻 MRRRRRGGGGi0375. 12138283作作 业业3-13-33-43-53-73-8