模电课件第3章(2).ppt

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下一页下一页总目录总目录章目录章目录返回返回上一页上一页第3章基本放大电路授课教师：

张祖媛下一页下一页总目录总目录章目录章目录返回返回上一页上一页3.93.9场效应管及其放大电路场效应管及其放大电路场效应管及其放大电路场效应管及其放大电路场效应晶体管是利用电场效应来控制电流的一场效应晶体管是利用电场效应来控制电流的一种半导体器件，即是种半导体器件，即是电压控制元件电压控制元件电压控制元件电压控制元件。

它的输出电流。

它的输出电流决定于输入电压的大小，基本上不需要信号源提供决定于输入电压的大小，基本上不需要信号源提供电流，所以它的电流，所以它的输入电阻高，且温度稳定性好。

输入电阻高，且温度稳定性好。

结型场效应管结型场效应管结型场效应管结型场效应管按结构不同按结构不同场效应管有两种场效应管有两种:

绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管本节仅介绍绝缘栅型场效应管本节仅介绍绝缘栅型场效应管按工作状态可分为：

按工作状态可分为：

增强型和耗尽型两类增强型和耗尽型两类增强型和耗尽型两类增强型和耗尽型两类每类每类又有又有NN沟道沟道沟道沟道和和PP沟道沟道沟道沟道之分之分下一页下一页总目录总目录章目录章目录返回返回上一页上一页3.9.13.9.1绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管漏极漏极D栅极栅极栅极栅极和其它电极和其它电极和其它电极和其它电极及硅片之间及硅片之间及硅片之间及硅片之间是绝缘的，是绝缘的，是绝缘的，是绝缘的，称绝缘栅型称绝缘栅型称绝缘栅型称绝缘栅型场效应管。

场效应管。

场效应管。

场效应管。

金属电极金属电极

（1）

（1）NN沟道增强型管的结构沟道增强型管的结构沟道增强型管的结构沟道增强型管的结构栅极栅极G源极源极S1.1.增强型绝缘栅场效应管增强型绝缘栅场效应管增强型绝缘栅场效应管增强型绝缘栅场效应管SiO2绝缘层绝缘层PP型硅衬底型硅衬底高掺杂高掺杂N区区下一页下一页总目录总目录章目录章目录返回返回上一页上一页GSD符号：

符号：

符号：

符号：

由于栅极是绝缘的，栅极电流几乎为零，输入由于栅极是绝缘的，栅极电流几乎为零，输入电阻很高，最高可达电阻很高，最高可达1014。

漏极漏极D金属电极金属电极栅极栅极G源极源极SSiO2绝缘层绝缘层PP型硅衬底型硅衬底高掺杂高掺杂N区区由于金属栅极和半导体之间的绝缘层目前常用由于金属栅极和半导体之间的绝缘层目前常用二氧化硅，故又称金属二氧化硅，故又称金属-氧化物氧化物-半导体场效应管半导体场效应管，简称，简称MOS场效应管。

场效应管。

下一页下一页总目录总目录章目录章目录返回返回上一页上一页

（2）N

（2）N沟道增强型管的工作原理沟道增强型管的工作原理沟道增强型管的工作原理沟道增强型管的工作原理EGP型硅衬底N+N+GSD+UGSED+由结构图可见由结构图可见，N+型漏区和型漏区和N+型源区之间型源区之间被被P型衬底隔开，漏极和源极之间是两个背靠背的型衬底隔开，漏极和源极之间是两个背靠背的PN结结。

当栅源电压当栅源电压UGS=0时时，不管漏极和源极之，不管漏极和源极之间所加电压的极性如何间所加电压的极性如何，其中总有一个，其中总有一个PN结结是反向偏置的，反向电是反向偏置的，反向电阻很高，阻很高，漏极电流近似漏极电流近似为零为零。

SD下一页下一页总目录总目录章目录章目录返回返回上一页上一页EGP型硅衬底N+N+GSD+UGSED+当当UGS0时，时，PP型衬底中的电子受到电场力的型衬底中的电子受到电场力的吸引到达表层，填补空穴形成负离子的耗尽层；吸引到达表层，填补空穴形成负离子的耗尽层；N型导电沟道在漏极电源的作用在漏极电源的作用在漏极电源的作用在漏极电源的作用下将产生漏极电流下将产生漏极电流下将产生漏极电流下将产生漏极电流IIDD，管子导通。

，管子导通。

，管子导通。

，管子导通。

当当当当UUGSGSUUGSGS（thth）时，将时，将时，将时，将出现出现出现出现NN型型型型导电沟道，将导电沟道，将导电沟道，将导电沟道，将D-SD-S连接起来。

连接起来。

连接起来。

连接起来。

UUGSGS愈愈愈愈高，导电沟道愈宽高，导电沟道愈宽高，导电沟道愈宽高，导电沟道愈宽。

（2）N

（2）N沟道增强型管的工作原理沟道增强型管的工作原理沟道增强型管的工作原理沟道增强型管的工作原理下一页下一页总目录总目录章目录章目录返回返回上一页上一页EGP型硅衬底N+N+GSD+UGSED+N型导电沟道当当UGSUGS（th（th）后，场后，场效应管才形成导电沟道效应管才形成导电沟道，开始导通，开始导通，若漏若漏源源之间加上一定的电压之间加上一定的电压UDS，则有漏极电流，则有漏极电流ID产生。

产生。

在一定的在一定的UDS下下漏极电漏极电流流ID的大小与栅源电压的大小与栅源电压UGS有关。

所以，场效有关。

所以，场效应管是一种电压控制电应管是一种电压控制电流的器件。

流的器件。

在一定的漏在一定的漏源电压源电压UDS下，使管子由不导下，使管子由不导通变为导通的临界栅源电压称为开启电压通变为导通的临界栅源电压称为开启电压UGS（thth）。

（2）N

（2）N沟道增强型管的工作原理沟道增强型管的工作原理沟道增强型管的工作原理沟道增强型管的工作原理下一页下一页总目录总目录章目录章目录返回返回上一页上一页（3）（3）特性曲线特性曲线特性曲线特性曲线有导电沟道有导电沟道转移特性曲线转移特性曲线转移特性曲线转移特性曲线无导电无导电沟道沟道开启电压开启电压UUGSGS（t（t（t（thhhh）UDSUGS/ID/mAUDS/VooUGS=1VUGS=2VUGS=3VUGS=4V漏极特性曲线漏极特性曲线漏极特性曲线漏极特性曲线恒流区恒流区可变电阻区可变电阻区截止区截止区下一页下一页总目录总目录章目录章目录返回返回上一页上一页N型衬底型衬底P+P+GSD符号：

符号：

结构结构（4）（4）PPPP沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型SiO2绝缘层绝缘层加电压才形成加电压才形成P型导电沟道型导电沟道增强型场效应管只有当增强型场效应管只有当UUGSGSUUGSGS（th（th（th（th）时才形成时才形成导电沟道。

导电沟道。

下一页下一页总目录总目录章目录章目录返回返回上一页上一页2.2.耗尽型绝缘栅场效应管耗尽型绝缘栅场效应管耗尽型绝缘栅场效应管耗尽型绝缘栅场效应管GSD符号：

符号：

如果如果如果如果MOSMOS管在制造时导电沟道就已形成，称为管在制造时导电沟道就已形成，称为管在制造时导电沟道就已形成，称为管在制造时导电沟道就已形成，称为耗尽型场效应管。

耗尽型场效应管。

耗尽型场效应管。

耗尽型场效应管。

（1）N

（1）N沟道耗尽型管沟道耗尽型管沟道耗尽型管沟道耗尽型管SiO2绝缘层中绝缘层中掺有正离子掺有正离子予埋了予埋了N型型导电沟道导电沟道下一页下一页总目录总目录章目录章目录返回返回上一页上一页2.2.耗尽型绝缘栅场效应管耗尽型绝缘栅场效应管耗尽型绝缘栅场效应管耗尽型绝缘栅场效应管由于耗尽型场效应管预埋了导电沟道，所以在由于耗尽型场效应管预埋了导电沟道，所以在UGS=0时，时，若漏若漏源之间加上一定的电压源之间加上一定的电压UDS，也会有漏极电流也会有漏极电流ID产生。

产生。

当当当当UUGSGS00时，使导电沟道变宽，时，使导电沟道变宽，时，使导电沟道变宽，时，使导电沟道变宽，IIDD增大；增大；增大；增大；当当当当UUGSGS00时，使导电沟道变窄，时，使导电沟道变窄，时，使导电沟道变窄，时，使导电沟道变窄，IIDD减小；减小；减小；减小；UUGSGS负值愈高，沟道愈窄，负值愈高，沟道愈窄，负值愈高，沟道愈窄，负值愈高，沟道愈窄，IIDD就愈小。

就愈小。

就愈小。

就愈小。

当当UGS达到一定达到一定负值时，负值时，N型导电沟道消失型导电沟道消失，ID=0，称为场效应管处于夹断状态（即截止）。

称为场效应管处于夹断状态（即截止）。

这时的这时的UGS称为夹断电压，用称为夹断电压，用UGS（off（off）表示。

表示。

这这这这时的时的时的时的漏极电流漏极电流漏极电流漏极电流用用用用IIDSSDSS表示，称为表示，称为表示，称为表示，称为饱和漏极电流饱和漏极电流饱和漏极电流饱和漏极电流。

下一页下一页总目录总目录章目录章目录返回返回上一页上一页

（2）

（2）耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型NN沟道沟道沟道沟道MOSMOS管的特性曲线管的特性曲线管的特性曲线管的特性曲线夹断电压耗尽型的耗尽型的MOS管管UGS=0时就有导电沟道，加时就有导电沟道，加反向电压到一定值时才能夹断。

反向电压到一定值时才能夹断。

UGS（off）转移特性曲线转移特性曲线0ID/mAUGS/V-1-2-348121612UUDSDS=常数常数UDSUGS=0UGS0漏极特性曲线漏极特性曲线0ID/mA16201248121648IDSS下一页下一页总目录总目录章目录章目录返回返回上一页上一页2.2.耗尽型绝缘栅场效应管耗尽型绝缘栅场效应管耗尽型绝缘栅场效应管耗尽型绝缘栅场效应管（3）P（3）P沟道耗尽型管沟道耗尽型管沟道耗尽型管沟道耗尽型管符号：

符号：

GSD予埋了予埋了PP型型导电沟道导电沟道SiO2绝缘层中绝缘层中掺有负离子掺有负离子下一页下一页总目录总目录章目录章目录返回返回上一页上一页耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型GSDGSD增强型增强型增强型增强型N沟道沟道PP沟道沟道沟道沟道GSDGSDNN沟道沟道沟道沟道P沟道沟道GG、SS之间加一定之间加一定之间加一定之间加一定电压才形成导电沟道电压才形成导电沟道电压才形成导电沟道电压才形成导电沟道在制造时就具有在制造时就具有在制造时就具有在制造时就具有原始原始原始原始导电沟道导电沟道导电沟道导电沟道下一页下一页总目录总目录章目录章目录返回返回上一页上一页3.3.场效应管的主要参数场效应管的主要参数场效应管的主要参数场效应管的主要参数

（1）

（1）开启电压开启电压开启电压开启电压UUGS（th）GS（th）：

是增强型是增强型是增强型是增强型MOSMOS管的参数管的参数管的参数管的参数

（2）

（2）夹断电压夹断电压夹断电压夹断电压UUGS（off）GS（off）：

（3）（3）饱和漏电流饱和漏电流饱和漏电流饱和漏电流IIDSSDSS：

是结型和耗尽型是结型和耗尽型是结型和耗尽型是结型和耗尽型MOSMOS管的参数管的参数管的参数管的参数（4）（4）低频跨导低频跨导低频跨导低频跨导ggmm：

表示栅源电压对漏极电流表示栅源电压对漏极电流表示栅源电压对漏极电流表示栅源电压对漏极电流的控制能力的控制能力的控制能力的控制能力极限参数：

极限参数：

极限参数：

极限参数：

最大漏极电流、耗散功率、击穿电压。

最大漏极电流、耗散功率、击穿电压。

最大漏极电流、耗散功率、击穿电压。

最大漏极电流、耗散功率、击穿电压。

DSGSmUDUIg下一页下一页总目录总目录章目录章目录返回返回上一页上一页场效应管与晶体管的比较场效应管与晶体管的比较电流控制电压控制电流控制电压控制电流控制电压控制电流控制电压控制控制方式控制方式控制方式控制方式电子和空穴两种载电子和空穴两种载电子和空穴两种载电子和空穴两种载流子同时参与导电流子同时参与导电流子同时参与导电流子同时参与导电载流子载流子载流子载流子电子或空穴中一种电子或空穴中一种电子或空穴中一种电子或空穴中一种载流子参与导电载流子参与导电载流子参与导电载流子参与导电类型类型类型类型NPNNPN和和和和PNPNPNPN沟道和沟道和沟道和沟道和PP沟道沟道沟道沟道放大参数放大参数放大参数放大参数20020mA/V51mgrrcece很高很高很高很高rrdsds很高很高很高很高输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻输入电阻输入电阻输入电阻输入电阻421010较低较低较低较低1471010较高较高较高较高双极型三极管单极型场效应管双极型三极管单极型场效应管双极型三极管单极型场效应管双极型三极管单极型场效应管热稳定性热稳定性热稳定性热稳定性差差差差好好好好制造工艺制造工艺制造工艺制造工艺较复杂较复杂较复杂较复杂简单，成本低简单，成本低简单，成本低简单，成本低对应电极对应电极BECGSD下一页下一页总目录总目录章目录章目录返回返回上一页上一页3.9.23.9.2场效应管放大电路场效应管放大电路场效应管放大电路场效应管放大电路场效应晶体管具有输入电阻高、噪声低等优点场效应晶体管具有输入电阻高、噪声低等优点场效应晶体管具有输入电阻高、噪声低等优点场效应晶体管具有输入电阻高、噪声低等优点，常用于多级放大电路的输入级以及要求噪声低的，常用于多级放大电路的输入级以及要求噪声低的，常用于多级放大电路的输入级以及要求噪声低的，常用于多级放大电路的输入级以及要求噪声低的放大电路。

放大电路。

放大电路。

放大电路。

场效应管的源极、漏极、栅极相当于双极型晶场效应管的源极、漏极、栅极相当于双极型晶场效应管的源极、漏极、栅极相当于双极型晶场效应管的源极、漏极、栅极相当于双极型晶体管的发射极、集电极、基极。

体管的发射极、集电极、基极。

体管的发射极、集电极、基极。

体管的发射极、集电极、基极。

场效应管的共源极放大电路和源极输出器与双极场效应管的共源极放大电路和源极输出器与双极场效应管的共源极放大电路和源极输出器与双极场效应管的共源极放大电路和源极输出器与双极型晶体管的共发射极放大电路和射极输出器在结构型晶体管的共发射极放大电路和射极输出器在结构型晶体管的共发射极放大电路和射极输出器在结构型晶体管的共发射极放大电路和射极输出器在结构上也相类似。

上也相类似。

上也相类似。

上也相类似。

场效应管放大电路的分析与双极型晶体管放大电场效应管放大电路的分析与双极型晶体管放大电场效应管放大电路的分析与双极型晶体管放大电场效应管放大电路的分析与双极型晶体管放大电路一样，包括静态分析和动态分析。

路一样，包括静态分析和动态分析。

路一样，包括静态分析和动态分析。

路一样，包括静态分析和动态分析。

下一页下一页总目录总目录章目录章目录返回返回上一页上一页1.1.1.1.自给偏压式偏置电路自给偏压式偏置电路自给偏压式偏置电路自给偏压式偏置电路3.9.23.9.2场效应管放大电路场效应管放大电路场效应管放大电路场效应管放大电路栅源电压栅源电压栅源电压栅源电压UUGSGS是由场效应管自身的电流提供的是由场效应管自身的电流提供的是由场效应管自身的电流提供的是由场效应管自身的电流提供的，故称自给偏压。

，故称自给偏压。

，故称自给偏压。

，故称自给偏压。

UUGSGS=R=RSSIISS=R=RSSIIDD+UUDDDDRRSSCCSSCC22CC11RRDDRRGG+TT+____+____uuiiuuooIISS+____UUGSGSTT为为为为NN沟道耗尽型场效应沟道耗尽型场效应沟道耗尽型场效应沟道耗尽型场效应管管管管增强型增强型增强型增强型MOSMOS管因管因管因管因UUGSGS=0=0时，时，时，时，IIDD00，故不能故不能故不能故不能采用自给偏压式电路。

采用自给偏压式电路。

采用自给偏压式电路。

采用自给偏压式电路。

下一页下一页总目录总目录章目录章目录返回返回上一页上一页+UUDDDDRRSSCCSSCC22CC11RRDDRRGG+TT+____+____uuiiuuooIISS+____UUGSGS静态分析可以用估算法或图解法静态分析可以用估算法或图解法静态分析可以用估算法或图解法静态分析可以用估算法或图解法（略略略略）估算法：

估算法：

估算法：

估算法：

UUGSGS=R=RSSIIDD2GS（OFF）GSDSSD）1（UUII将已知的将已知的将已知的将已知的UUGS（off）GS（off）、IIDSSDSS代入代入代入代入上两式，解出上两式，解出上两式，解出上两式，解出UUGSGS、IIDD;由由由由UUDSDS=UUDDDDIIDD（RRDD+RRSS）解出解出解出解出UUDSDS列出静态时的关系式列出静态时的关系式列出静态时的关系式列出静态时的关系式对增强型对增强型对增强型对增强型MOSMOS管构成的放大电路需用图解法管构成的放大电路需用图解法管构成的放大电路需用图解法管构成的放大电路需用图解法来确定静态值。

来确定静态值。

来确定静态值。

来确定静态值。

下一页下一页总目录总目录章目录章目录返回返回上一页上一页+UUDDDDRRSSCCSSCC22CC11RRDDRRGG+TT+____+____uuiiuuooIISS+____UUGSGS例：

例：

例：

例：

已知已知已知已知UUDDDD=20V=20V、RRDD=3k=3k、RRSS=1k=1k、RRGG=500k=500k、UUGS（off）GS（off）=4V=4V、IIDSSDSS=8mA=8mA，确定静态工作点。

确定静态工作点。

确定静态工作点。

确定静态工作点。

解：

解：

解：

解：

用用用用估算法估算法估算法估算法UUGSGS=11IIDD2GSD）41（8UIUUDSDS=202022（3+13+1）=12V=12V列出关系式列出关系式列出关系式列出关系式解出解出解出解出UUGS1GS1=2V2V、UUGS2GS2=8V8V、IID1D1=2mA=2mA、IID2D2=8mA=8mA因因因因UUGS2GS2UUGS（off）GS（off）故舍去，故舍去，故舍去，故舍去，所求静态解为所求静态解为所求静态解为所求静态解为UUGSGS=2V2VIIDD=2mA=2mA、下一页下一页总目录总目录章目录章目录返回返回上一页上一页2.2.分压式偏置电路分压式偏置电路分压式偏置电路分压式偏置电路

（1）

（1）静态分析静态分析静态分析静态分析+UUDDDDRRSSCCSSCC22CC11RRG1G1RRDDRRG2G2RRGG+RRLLuuiiuuoo估算法：

估算法：

估算法：

估算法：

SDDDG2G1G2GSRIURRRU将已知的将已知的将已知的将已知的UUGS（off）GS（off）、IIDSSDSS代入代入代入代入上两式，解出上两式，解出上两式，解出上两式，解出UUGSGS、IIDD;由由由由UUDSDS=UUDDDDIIDD（RRDD+RRSS）解出解出解出解出UUDSDS列出静态时的关系式列出静态时的关系式列出静态时的关系式列出静态时的关系式2GS（OFF）GSDSSD）1（UUII流过流过流过流过RRGG的电流为零的电流为零的电流为零的电流为零下一页下一页总目录总目录章目录章目录返回返回上一页上一页

（2）

（2）动态分析动态分析动态分析动态分析电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数）/（LDmioRRgUUAugsiUU）（LDdR/RIUoRG1RDRG2RG+RL+SDGTOUiUdI交流通路交流通路交流通路交流通路）（LDgsmR/RUg）/（G2G1GiRRRrDORr输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻RRGG是为了提是为了提是为了提是为了提高输入电阻高输入电阻高输入电阻高输入电阻rrii而设置的。

而设置的。

而设置的。

而设置的。

下一页下一页总目录总目录章目录章目录返回返回上一页上一页3.源极输出器源极输出器+UDDRSC2C1RG1RG2RG+RLuiuo+RG1RSRG2RG+RL+SDGTOUiUSI+gsU交流通路交流通路1）/

（1）/（LSmLSmioRRgRRgUUAuogsiUUU）（LSSR/RIUo）（LSgsmR/RUg电压放大倍数电压放大倍数）/（LSgsmgsRRUgU特点与晶体管的特点与晶体管的特点与晶体管的特点与晶体管的射极输出器一样射极输出器一样射极输出器一样射极输出器一样下一页下一页总目录总目录章目录章目录返回返回上一页上一页当场效应管工作在可变电阻区时，漏源电阻：

当场效应管工作在可变电阻区时，漏源电阻：

当场效应管工作在可变电阻区时，漏源电阻：

当场效应管工作在可变电阻区时，漏源电阻：

CDDSDSGSuiuR场效应管可看作由栅源场效应管可看作由栅源场效应管可看作由栅源场效应管可看作由栅源电压控制的可变电阻。

电压控制的可变电阻。

电压控制的可变电阻。

电压控制的可变电阻。

UDS1V1.5VUGS=0.5V0ID/mA162012481216482V2.5V|UUGSGS|愈大，愈大，RRDSDS愈大。

愈大。

NNNN沟道结型场效沟道结型场效沟道结型场效沟道结型场效应管的转移特性应管的转移特性应管的转移特性应管的转移特性下一页下一页总目录总目录章目录章目录返回返回上一页上一页应用举例：

应用举例：

应用举例：

应用举例：

UiUo|UGS|RDSAuUo+UCC放大器整流滤波电路uoui下一页下一页总目录总目录章目录章目录返回返回上一页上一页3.2、3.3、3.4、3.53.8、3.9、3.11本章作业请同学们课后认真复习请同学们课后认真复习！

第第33章结束章结束