第三章场效应管及其放大电路课件.ppt

1、2 2 场效应管放大电路静态工作场效应管放大电路静态工作 点的设置方法点的设置方法1 场效应管的结构及工作原理场效应管的结构及工作原理重点难点重点难点重点重点：共源（共源（CSCS）、共栅（）、共栅（CGCG）、共漏（）、共漏（CDCD）三）三 种组态放大器的分析方法，静态工作点的设置。种组态放大器的分析方法，静态工作点的设置。难点难点：结型和绝缘栅型场效应管的结构和工作原结型和绝缘栅型场效应管的结构和工作原理理N沟道沟道P沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)

2、分类：分类：耗尽型耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在增强型增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道3.1场效应三极管场效应三极管只有一种载流子参与导电，且利用电场效应来控制只有一种载流子参与导电，且利用电场效应来控制电流的三极管，称为电流的三极管，称为场效应管场效应管，也称，也称单极型三极管。单极型三极管。场效应管分类场效应管分类结型场效应管结型场效应管绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管特点特点单极型器件单极型器件(一种载流子导电一种载流子导电)；输入电阻高；输入电阻高；工艺简单、易集成、功耗小

3、、体积小、工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低。成本低。3.1.1绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管 由金属、氧化物和半导体制成。称为由金属、氧化物和半导体制成。称为金属金属-氧化物氧化物-半半导体场效应管导体场效应管，或简称，或简称 MOS 场效应管场效应管。特点：输入电阻可达特点：输入电阻可达 109 以上。以上。类型类型N 沟道沟道P 沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型增强型增强型耗尽型耗尽型UGS=0 时漏源间存在导电沟道称时漏源间存在导电沟道称耗尽型场效应管；耗尽型场效应管；UGS=0 时漏源间不存在导电沟道称时漏源间不存在导电沟道称增强型场效应管。增强型场效应管。一、一、N 沟道增

4、强型沟道增强型 MOS 场效应管场效应管1.结构结构P 型衬底型衬底N+N+BGSDSiO2源极源极 S漏极漏极 D衬底引线衬底引线 B栅极栅极 G图图3.1N 沟道增强型沟道增强型MOS 场效应管的结构示意图场效应管的结构示意图SGDB符号2.工作原理工作原理 绝缘栅场效应管利用绝缘栅场效应管利用 UGS 来控制来控制“感应电荷感应电荷”的多的多少，改变由这些少，改变由这些“感应电荷感应电荷”形成的导电沟道的状况，形成的导电沟道的状况，以控制漏极电流以控制漏极电流 ID。工作原理分析工作原理分析(1)UGS=0 漏源之间相当于两个背靠漏源之间相当于两个背靠背的背的 PN 结，无论漏源之间加何

5、结，无论漏源之间加何种极性电压，种极性电压，总是不导电总是不导电。SBD图图 3.2(2)UDS=0，0 UGS UT)导电沟道呈现一个楔形。导电沟道呈现一个楔形。漏极形成电流漏极形成电流 ID。b.UDS=UGS UGS(th)，UGD=UGS(th)靠近漏极沟道达到临界开靠近漏极沟道达到临界开启程度，出现预夹断。启程度，出现预夹断。c.UDS UGS UGS(th)，UGD UGS(th)由于夹断区的沟道电阻很大，由于夹断区的沟道电阻很大，UDS 逐渐增大时，导电逐渐增大时，导电沟道两端电压基本不变，沟道两端电压基本不变，ID 因而基本不变。因而基本不变。a.UDS UGS(th)P 型衬

6、底型衬底N+N+BGSDVGGVDDP 型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDDP 型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDD夹断区夹断区DP型衬底型衬底N+N+BGSVGGVDDP型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDDP型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDD夹断区夹断区图图 3.3UDS 对导电沟道的影响对导电沟道的影响(a)UGD UGS(th)(b)UGD=UGS(th)(c)UGD UGS(th)3.特性曲线特性曲线(a)转移特性转移特性(b)漏极特性漏极特性ID/mAUDS/VOGS(th)GSUU预夹断轨迹预夹断轨迹恒流区恒流区击穿区击穿区 可变可变电阻区电阻区UGS UGS(t

7、h)时时)三个区：可变电阻区、三个区：可变电阻区、恒流区恒流区(或饱和区或饱和区)、击穿、击穿区。区。UT 2UTIDOUGS/VID/mAO图图 3.4(a)图图 3.4(b)二、二、N 沟道耗尽型沟道耗尽型 MOS 场效应管场效应管P型衬底型衬底N+N+BGSD+制造过程中预先在二氧化硅的绝缘层中掺入正离子，制造过程中预先在二氧化硅的绝缘层中掺入正离子，这些正离子电场在这些正离子电场在 P 型衬底中型衬底中“感应感应”负电荷，形成负电荷，形成“反反型层型层”。即使。即使 UGS=0 也会形成也会形成 N 型导电沟道。型导电沟道。+UGS=0，UDS 0，产生，产生较大的漏极电流；较大的漏极

8、电流；UGS 0；UGS 正、负、正、负、零均可。零均可。ID/mAUGS/VOUP(a)转移特性转移特性IDSS图图 3.7MOS 管的符号管的符号SGDBSGDB(b)漏极特性漏极特性ID/mAUDS/VO+1VUGS=0-3 V-1 V-2 V432151015 20图图 3.6特性曲线特性曲线DSGN符符号号3.1.2结型场效应管结型场效应管一、结构一、结构图图 3.7N 沟道结型场效应管结构图沟道结型场效应管结构图N型型沟沟道道N型硅棒型硅棒栅极栅极源极源极漏极漏极P+P+P 型区型区耗尽层耗尽层(PN 结结)在漏极和源极之间加在漏极和源极之间加上一个正向电压，上一个正向电压，N 型

9、半型半导体中多数载流子电子可导体中多数载流子电子可以导电。以导电。导电沟道是导电沟道是 N 型的，型的，称称 N 沟道结型场效应管沟道结型场效应管。P 沟道场效应管沟道场效应管图图 3.8P 沟道结型场效应管结构图沟道结型场效应管结构图N+N+P型型沟沟道道GSD P 沟道场效应管是在沟道场效应管是在 P 型硅棒的两侧做成高掺型硅棒的两侧做成高掺杂的杂的 N 型区型区(N+)，导电沟导电沟道为道为 P 型型，多数载流子为，多数载流子为空穴。空穴。符号符号GDS二、工作原理二、工作原理 N 沟道结型场效应管沟道结型场效应管用改变用改变 UGS 大小来控制漏极电大小来控制漏极电流流 ID 的。的。

10、GDSNN型型沟沟道道栅极栅极源极源极漏极漏极P+P+耗尽层耗尽层*在栅极和源极之间在栅极和源极之间加反向电压，耗尽层会变加反向电压，耗尽层会变宽，导电沟道宽度减小，宽，导电沟道宽度减小，使沟道本身的电阻值增大，使沟道本身的电阻值增大，漏极电流漏极电流 ID 减小，反之，减小，反之，漏极漏极 ID 电流将增加。电流将增加。*耗尽层的宽度改变耗尽层的宽度改变主要在沟道区。主要在沟道区。1.设设UDS=0，在栅源之间加负电源在栅源之间加负电源 VGG，改变，改变 VGG 大小。观察耗尽层的变化。大小。观察耗尽层的变化。ID=0GDSN型型沟沟道道P+P+(a)UGS=0UGS=0 时，耗时，耗尽层

11、比较窄，尽层比较窄，导电沟比较宽导电沟比较宽UGS 由零逐渐增大，由零逐渐增大，耗尽层逐渐加宽，导耗尽层逐渐加宽，导电沟相应变窄。电沟相应变窄。当当 UGS=UGS(off)，耗，耗尽层合拢，导电沟被尽层合拢，导电沟被夹 断，夹 断 电 压夹 断，夹 断 电 压 UGS(off)为负值。为负值。ID=0GDSP+P+N型型沟沟道道 (b)UGS 0，在栅源间加负，在栅源间加负电源电源 VGG，观察，观察 UGS 变化时耗尽层和漏极变化时耗尽层和漏极 ID。UGS=0，UDG ，ID 较大。较大。GDSP+NISIDP+P+VDDVGG UGS 0，UDG 0 时，耗尽层呈现楔形。时，耗尽层呈现

12、楔形。(a)(b)(offGSU)(offGSUGDSP+NISIDP+P+VDDVGGUGS|UGS(off)|,ID 0,夹断夹断GDSISIDP+VDDVGGP+P+(1)改变改变 UGS ，改变了改变了 PN 结中电场，控制了结中电场，控制了 ID，故称场效应管，故称场效应管或电压控控元件；或电压控控元件；(2)结型场效应管栅源之间加反向偏置电压，结型场效应管栅源之间加反向偏置电压，使使 PN 反偏，栅极基本不取电流，因此，场效应管输入电阻很高。反偏，栅极基本不取电流，因此，场效应管输入电阻很高。(c)(d)三、特性曲线三、特性曲线1.转移特性转移特性(N 沟道结型场效应管为例沟道结型

13、场效应管为例)常数常数 DS)(GSDUUfIO UGSIDIDSSUGS（off）图图 3.10转移特性转移特性UGS=0，ID 最大；最大；UGS 愈负，愈负，ID 愈小；愈小；UGS=UP，ID 0。两个重要参数两个重要参数饱和漏极电流饱和漏极电流 IDSS(UGS=0 时的时的 ID)夹断电压夹断电压 UGS（off)(ID=0 时的时的 UGS)UDSIDVDDVGGDSGV-+V-+UGS图图 3.9特性曲线测试电路特性曲线测试电路+-mA1.转移特性转移特性O uGS/VID/mAIDSSUP图图 3.11转移特性转移特性2.漏极特性漏极特性当栅源当栅源 之间的电压之间的电压 U

14、GS 不变时，漏极电流不变时，漏极电流 ID 与漏源与漏源之间电压之间电压 UDS 的关系，即的关系，即 结型场效应管转移特结型场效应管转移特性曲线的近似公式：性曲线的近似公式：常数常数 GS)(DSDUUfI)0()1(GSGS(off)2GS(off)GSDSSD时当UUUUII-IDSS/VGS(off)GSDSUUU-ID/mAUDS/VOUGS=0V-1-2-3-4-5-6-7 VUoffGS8)(预夹断轨迹预夹断轨迹恒流区恒流区击穿区击穿区 可变可变电阻区电阻区漏极特性也有三个区：漏极特性也有三个区：可变电阻区、恒流区和击穿可变电阻区、恒流区和击穿区。区。2.漏极特性漏极特性UDS

15、IDVDDVGGDSGV-+V-+UGS图图 3.12特性曲线测试电路特性曲线测试电路+-mA图图 3.13(b)漏极特性漏极特性场效应管的两组特性曲线之间互相联系，可根据漏场效应管的两组特性曲线之间互相联系，可根据漏极特性用作图的方法得到相应的转移特性。极特性用作图的方法得到相应的转移特性。UDS=常数常数ID/mA0-0.5-1-1.5UGS/VUDS=15 V5ID/mAUDS/V0UGS=0-0.4 V-0.8 V-1.2 V-1.6 V10 15 20250.10.20.30.40.5结型场效应管栅极基本不取电流，其输入电阻很高，结型场效应管栅极基本不取电流，其输入电阻很高，可达可达

16、 107 以上。如希望得到更高的输入电阻，可采用绝以上。如希望得到更高的输入电阻，可采用绝缘栅场效应管。缘栅场效应管。图图 3.14在漏极特性上用作图法求转移特性在漏极特性上用作图法求转移特性综上分析可知综上分析可知 沟道中只有一种类型的沟道中只有一种类型的多子多子参与导电，参与导电，所以场效应管也称为所以场效应管也称为单极型单极型三极管三极管。JFETJFET是是电压控制电流电压控制电流器件，器件，i iD D受受v vGSGS控制控制 预夹断前预夹断前i iD D随随v vDSDS增长而线性增长；预夹断后，增长而线性增长；预夹断后，i iD D趋于饱和。趋于饱和。结型场结型场效应管效应管

17、JFET JFET栅极与沟道间的栅极与沟道间的PNPN结是反向偏置的，因结是反向偏置的，因 此此i iG G 0 0，输入电阻很高输入电阻很高。end 结型场效应管的结型场效应管的缺点缺点：1.栅源极间的电阻虽然可达栅源极间的电阻虽然可达10107 7以上，以上，但在某些场合但在某些场合仍嫌不够高。仍嫌不够高。3.3.栅源极间的栅源极间的PNPN结加结加正向电压正向电压时，将时，将出现较大的栅极电流。出现较大的栅极电流。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。2.2.在在高温下高温下，PNPN结的反向电流增大，结的反向电流增大，栅源极间的栅源极间的电阻会显著

18、下降。电阻会显著下降。结型场效结型场效应管应管种种 类类符符 号号转移特性转移特性漏极特性漏极特性 结型结型N 沟道沟道耗耗尽尽型型 结型结型P 沟道沟道耗耗尽尽型型 绝缘绝缘栅型栅型 N 沟道沟道增增强强型型SGDSGDIDUGS=0V+UDS+o oSGDBUGSIDOUT表表 1-2各类场效应管的符号和特性曲线各类场效应管的符号和特性曲线+UGS=UTUDSID+OIDUGS=0V-UDSOUGSIDUPIDSSOUGSID/mAUPIDSSO种种 类类符符 号号转移特性转移特性漏极特性漏极特性绝缘绝缘栅型栅型N 沟道沟道耗耗尽尽型型绝缘绝缘栅型栅型P 沟道沟道增增强强型型耗耗尽尽型型I

19、DSGDBUDSID_UGS=0+_OIDUGSUPIDSSOSGDBIDSGDBIDIDUGSUTOIDUGSUPIDSSO_ _IDUGS=UTUDS_ _o o_ _UGS=0V+_ _IDUDSo o+各类场效应管工作在恒流区时各类场效应管工作在恒流区时g-s、d-s间的电压极间的电压极性性)0(P)0(N)00(P)00(N)00(P)00(NDSGSDSGSDSGSDSGSDSGSDSGS极性任意，沟道极性任意，沟道耗尽型，沟道，沟道增强型绝缘栅型，沟道，沟道结型场效应管uuuuuuuuuuuuuGS=0可工作在恒流区的场效应管有哪几种？可工作在恒流区的场效应管有哪几种？uGS0才

20、工作在恒流区的场效应管有哪几种？才工作在恒流区的场效应管有哪几种？uGS0才工作在恒流区的场效应管有哪几种？才工作在恒流区的场效应管有哪几种？不同不同FET类型对偏置电压的要求类型对偏置电压的要求增强型耗尽型种类电压NMOSPMOSN 结型P 结型NMOSPMOSvGS正负负正负(或正)正(或负)vDS正负正负正负PMOS双极型和场效应型三级管的比较双极型和场效应型三级管的比较双极型和场效应型三级管的比较双极型和场效应型三级管的比较场效应管的特点：场效应管的特点：1.场效应管是电压控制元件；场效应管是电压控制元件；2.栅极几乎不取用电流，输入电阻非常高；栅极几乎不取用电流，输入电阻非常高；3.

21、一种极性的载流子导电，噪声小，受外界温度及一种极性的载流子导电，噪声小，受外界温度及辐射影响小；辐射影响小；4.制造工艺简单，有利于大规模集成；制造工艺简单，有利于大规模集成；5.跨导较小，电压放大倍数一般比三极管低。跨导较小，电压放大倍数一般比三极管低。3.3 场效应管的主要参数场效应管的主要参数 I IDSSDSS是是耗尽型和结型耗尽型和结型场效应管的一个重要参数场效应管的一个重要参数,它的定义是当栅源之间的电压它的定义是当栅源之间的电压U UGSGS等于零等于零,而漏、而漏、源之间的电压源之间的电压U UDSDS大于夹断电压大于夹断电压U UP P时对应的时对应的漏极漏极电流电流。3.3

22、.1 直流参数直流参数1.饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS 2.夹断电压夹断电压UP U UP P也是也是耗尽型和结型耗尽型和结型场效应管的重要参数场效应管的重要参数,其定义为当其定义为当U UDSDS一定一定时时,使使I ID D减小减小到某一个微到某一个微小电流小电流(如如1 1AA,50,50AA)时所需的时所需的U UGSGS值。值。U UT T是是增强型增强型场效应管的重要参数场效应管的重要参数,它的定义是它的定义是当当U UDSDS一定一定时时,漏极电流漏极电流I ID D达到某一数值达到某一数值(例如例如1010AA)时所需加的时所需加的U UGSGS值。值。3.开启电压开启电压

23、UT 4.直流输入电阻直流输入电阻RGSR RGSGS是是栅、源栅、源之间所加电之间所加电压压与产生的栅极电与产生的栅极电流流之之比比。由于栅极几乎不索取电流。由于栅极几乎不索取电流,因此输因此输入电阻很高。入电阻很高。结型为结型为10106 6 以上以上,MOS,MOS管管可达可达10101010以上。以上。3.3.2 交流参数交流参数常数DSUGSDmUIg 跨导跨导gm的单位是的单位是mA/V。它的值可由转移特性或输出。它的值可由转移特性或输出特性求得。特性求得。)1(2PGSPDSSGSDmUUUIUIg-1.低频跨导低频跨导gm 2.极间电容极间电容 场效应管三个电极之间的电容场效应

24、管三个电极之间的电容,包括包括CGS、CGD和和CDS。这些极。这些极间电容愈小间电容愈小,则管子的高频性能愈好。则管子的高频性能愈好。一般为几个一般为几个pF。iD /mAiD /mAQOuG S/V UG S ID(a)转 移 特 性(b)输 出 特 性uD S/VO IDQ UG SuD S 常数3.3.3 极限参数极限参数1.漏极最大允许耗散功率漏极最大允许耗散功率PDmPDm与与ID、UDS有如下关系有如下关系:DSDDmUIP 这部分功率将转化为热能这部分功率将转化为热能,使管子的温度升高。使管子的温度升高。PDm决决定于场效应管允许的最高温升。定于场效应管允许的最高温升。2.漏、

25、源间击穿电压漏、源间击穿电压BUDS 在场效应管输出特性曲线上在场效应管输出特性曲线上,当漏极电流当漏极电流ID急剧上升产生急剧上升产生雪崩击穿时的雪崩击穿时的UDS。工作时外加在漏、源之间的电压不得超。工作时外加在漏、源之间的电压不得超过此值。过此值。3.栅源间击穿电压栅源间击穿电压BUGS结型结型场效应管正常工作时场效应管正常工作时,栅、源之间的栅、源之间的PNPN结处结处于于反向偏置反向偏置状态状态,若若U UGSGS过高过高,PN,PN结将被击穿。结将被击穿。三种基本组态：三种基本组态：共源共源(CS)、共漏共漏(CD)和和共栅共栅(CG)场效应管组成放大电路的原则和方法与三极管相场效

26、应管组成放大电路的原则和方法与三极管相同：为使场效应管正常工作，各电极间必须加上同：为使场效应管正常工作，各电极间必须加上合适的偏置电压；为了实现不失真放大，也同样合适的偏置电压；为了实现不失真放大，也同样需要需要设置合适且稳定的静态工作点设置合适且稳定的静态工作点。场效应管是一种电压控制器件，场效应管是一种电压控制器件，只需提供栅偏压，只需提供栅偏压，而不需要提供栅极电流，而不需要提供栅极电流，所以它的偏置电路有其所以它的偏置电路有其自身的特点。自身的特点。二、二、场效应管放大电路场效应管放大电路1）基本共源极放大电路）基本共源极放大电路图图 3.15共源极放大电路原理电路共源极放大电路原理

27、电路VDD+uO-iDVT+-uIVGGRGSDGRD与双极型三极管对应关系与双极型三极管对应关系b G,e S,c D 为了使场效应管为了使场效应管工作在恒流区实现放工作在恒流区实现放大作用，应满足：大作用，应满足：GS(th)GSDSGS(th)GS UuuUu-图示电路为图示电路为 N 沟道增强型沟道增强型 MOS 场效应管场效应管组成的放组成的放大电路。大电路。(UT：开启电压：开启电压)一、静态分析一、静态分析VDD+uO-iDVT+-uIVGGRGSDGRD图图 3.15共源极放大电路原理电路共源极放大电路原理电路两种方法两种方法近似估算法近似估算法图解法图解法(一一)近似估算法近

28、似估算法MOS 管栅极电流管栅极电流为零，当为零，当 uI=0 时时UGSQ=VGG而而 iD 与与 uGS 之间近似满足之间近似满足2TGSDOD)1(-UuIi(当当 uGS UT)式中式中 IDO 为为 uGS=2UT 时的值。时的值。2TGSQDODQ)1(-UUIIDDQDDDSQRIVU-则静态漏极电流为则静态漏极电流为(二二)图解法图解法图图 3.7.4用图解法分析共源极用图解法分析共源极放大电路的放大电路的 Q 点点VDDDDDRVIDQUDSQQ利用式利用式 uDS=VDD-iDRD 画出直流负载线。画出直流负载线。图中图中 IDQ、UDSQ 即为静态值。即为静态值。漏极电阻

29、：将漏 极电流转换成漏 极电压，并影响 放大倍数Au UDDRdC2RsCs旁路电容：消除Rs对交流信号的衰减源极电阻：利用IDQ在其上的压降为栅源极提拱偏压RgC1 栅极电阻：将Rs压降 加至栅极uiuo图 3.16 场效应管共源放大电路2.自给偏压电路自给偏压电路sDQSQGQGSQsDQSQGQ0RIUUURIUU-，2GS(off)GSQDSSD)1(UUII-)(sdDQDDDSQRRIVU+-由正电源获得负偏压由正电源获得负偏压称为自给偏压称为自给偏压哪种场效应管能够采用这种电路形式设置哪种场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？点？+VDDuOuIRgRdRsRL图3.11RdC2

30、UDDuoRsCsRg1Rg3Rg2C1ui Rg1，Rg2：栅极 分压电阻使栅极获 得合适的工作电压 栅极电阻：用来 提高输入电阻 图 3.17分压偏置式共源放大电路3分压分压自偏压式共源放大电路自偏压式共源放大电路一、静态分析一、静态分析(一一)近似估算法近似估算法根据输入回路列方程根据输入回路列方程图图 3.17分压分压-自偏式共源自偏式共源放大电路放大电路+-VT+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+iUoU -+2TGSQDODQSDQDD211GSQ)1(UUIIRIVRRRU解联立方程求出解联立方程求出 UGSQ 和和 IDQ。+-VT+RGSDGRDR2VDD+

31、RLRSR1C1CSC2+iUoU图图 2.7.7分压分压-自偏式共源自偏式共源放大电路放大电路列输出回路方程求列输出回路方程求 UDSQUDSQ=VDD IDQ(RD+RS)(二二)图解法图解法由式由式可做出一条直线，另外，可做出一条直线，另外，iD 与与 uGS 之间满足转移特性曲之间满足转移特性曲线的规律，二者之间交点为静态工作点。确定线的规律，二者之间交点为静态工作点。确定 UGSQ，IDQ。SDDD211SDGQGSRiVRRRRiUu-+-SDDDRRV+根据漏极回路方程根据漏极回路方程在漏极特性曲线上做直流负载线，在漏极特性曲线上做直流负载线，与与 uGS=UGSQ 的的交点确定

32、交点确定 Q，由，由 Q 确定确定 UDSQ 和和 IDQ值。值。UDSQuDS=VDD iD(RD+RS)3 uDS/ViD/mA012152 V105uGS4.5V4V3.5V UGSQ3 VVDDQIDQuGS/ViD/mAO24612QIDQUGSQSGQRUUGQ图图 3.18用图解法分析图用图解法分析图 3.17电路的电路的 Q 点点【例例1】已知已知VDD=18V，Rs=1 k，Rd=3 k，Rg=3 M，耗，耗尽型尽型MOS管的管的VP=-5 V，IDSS=10 mA。试用。试用估算法估算法求求电路的静态工作点。电路的静态工作点。解：解：+-22)51(10)1(10GSPGS

33、DSSDDsDGSVVVIIIRIVV 8)(+-sdDDDDSQRRIVV-V 8mA 8 V 5.2mA 5.2GSDGSDVIVI25110-+DDII不合题意，舍去。不合题意，舍去。【例例2】解：解：栅极回路有栅极回路有:DsDDDGSIRIVRRRV5.26211-+设设VDD=15V，Rd=5 k，Rs=2.5 k，R1=200 k，R2=300 k，Rg=10 M，RL=5 k，并设电容，并设电容C1、C2和和Cs足够足够大。试用大。试用图解法图解法分析静态工作分析静态工作点点Q，估算，估算Q点上场效应管的点上场效应管的跨导跨导gm。由图可得由图可得VGSQ=3.5V，IDQ=1

34、mA。由转移特性得由转移特性得:开启电开启电压压VT=2V；当当VG S=2VT=4V时，时，ID=IDO=1.9mA。mS38.12DQDOTmIIVg由图可求得静态时的由图可求得静态时的VDSQ=7.5V。2)1(-TGSDODVvIiGSDmdvdig输出回路列出直流负载线方程：输出回路列出直流负载线方程：VDS=VDD-ID(Rd+Rs)=15-7.5ID【例例3】为增强型为增强型NMOSFET设计偏置电路。设设计偏置电路。设VT=2 V，IDO=0.65 mA，其余电路参数如图中所示。要求工，其余电路参数如图中所示。要求工作在放大区，作在放大区，ID=0.5mA,且流过偏置电阻且流过

35、偏置电阻R1和和R2的的电流约为电流约为0.1ID，试选择偏置电阻，试选择偏置电阻R1和和R2的阻值。的阻值。解：解：假设假设MOS管工作在放大管工作在放大区区(即饱和区即饱和区)。2)1(-TGSDODVvIi2)12(65.05.0-GSvV25.0 V75.3GSGSvv(舍去舍去)+k 2005.01.055 1.02121RRIRRVVDSSDDVVSS5)(212SSsDSSSSDDSGGSVRIVVVRRRVVV+-+-+-k 952R25.010k 20075.32-Rk 1051RMOS工作在放大区，假设正确。工作在放大区，假设正确。V 4)(+-+sdDSSDDDSRRIV

36、VVV 75.1275.3-TGSDSVVV取标称值：取标称值：R2=100 k，R1=110 k。验证假设是否成立：验证假设是否成立：二、二、场效应管线性与开关场效应管线性与开关 电压传输特性电压传输特性 FET除了与三极管一样用作放大除了与三极管一样用作放大器和可控开关外，还可用作压控器和可控开关外，还可用作压控电阻。电阻。BCQD段：段：VTvGS6V，FET工作在恒流工作在恒流区（放大区）内。区（放大区）内。V sin5.0tvi例如例如(V)sin5.05.4tvVviGGGS+(V)sin5.38.5tvVvdsDSQDS-+75.05.3-iovVVA 用作放大器用作放大器EFG

37、段：段：vGS6V，FET工作工作在在可变电阻区可变电阻区，vO0 AB段：段：vGSVT，FET工作工作在在截止区截止区，vOVDD输入一个快速变输入一个快速变化的矩形波，则化的矩形波，则FET交替工作在交替工作在截止区截止区和和可变电可变电阻区阻区。用作可控开关用作可控开关当当vGS=9V时，工作点移至时，工作点移至F点，点，MOS管工作于可变电阻区，管工作于可变电阻区，vDS=0.2V，相当于开关接通，相当于开关接通；当当vGS=0V时，工作点移至时，工作点移至A，MOS管截止，管截止，vDS=12V,iD=0,相相当于开关断开当于开关断开。用作压控电阻用作压控电阻在可变电阻区，在可变电

38、阻区，iD随随vDS近似线性增加近似线性增加，且，且 vDS与与iD的比值的比值(即即RDS)受受vGS控制控制，等效为压控电阻。，等效为压控电阻。电路电路 vDS较低时（较低时（+1VvDS-1V)的输出特性的输出特性RDS与与vGS的关系的关系小小 结结1.场效应管种类很多，主要有结型和绝缘栅场效应管场效应管种类很多，主要有结型和绝缘栅场效应管结型有结型有N沟道和沟道和P沟道两种，沟道两种，N沟道在沟道在UGS0下工作下工作绝缘栅场效应管有绝缘栅场效应管有N沟道增强型、沟道增强型、N沟道耗尽型、沟道耗尽型、P沟道沟道增强型、增强型、P沟道耗尽型四种类型。增强型不存在原始导电沟道耗尽型四种类型。增强型不存在原始导电沟道，沟道，UGS只在单一极性或正或负工作；而耗尽型存在原只在单一极性或正或负工作；而耗尽型存在原始沟道，始沟道，UGS可正可负。可正可负。2.场效应管是单极型电压控制器件，具有输入电阻高，一场效应管是单极型电压控制器件，具有输入电阻高，一 般可达般可达109。