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第四章 场效应管放大电路 引言： 1.场效应管的特点 (1)它是利用改变外加电压产生的电场强度来控制其导电能力的半导体器件。(利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件) (2)它具有双极型三极管的体积小、重量轻、耗电少、寿命长等优点， (3)还具有输入电阻高、热稳定性好、抗辐射能力强、噪声低、制造工艺简单、便于集成等特点。 (4)在大规模及超大规模集成电路中得到了广泛的应用。 2.场效应管的分类 根据结构和工作原理的不同，场效应管可分为两大类： (1)结型场效应管(JFET) (2)金属－氧化物－半导体场效应管（MOSFET) （绝缘栅型场效应管(IGFET)）。 3.本章内容 (1)结型场效应管的结构、工作原理、特性曲线和主要参数 (2)绝缘栅型场效应管的结构、工作原理、特性曲线和主要参数 (3)场效应管放大电路。 5.3 结型场效应管 1．结型场效应管的结构 结型场效应管的结构如图所示。 在一块N型半导体材料的两边各扩散一个高杂质浓度的P+ 区,就形成两个不对称的P+N结，即耗尽层。把两个P+区并联在一起，引出一个电极g，称为栅极，在N型半导体的两端各引出一个电极，分别称为源极s和漏极d。 N沟道结型场效应管的电路符号如图所示。栅极上的箭头表示栅极正偏时电流的方向（由P区指向N区）。由结型场效应管代表符号中栅极上的箭头方向，可以确认沟道的类型。 2.结型场效应管的工作原理 N沟道和P沟道结型场效应管的工作原理完全相同，现以N沟道结型场效应管为例，分析其工作原理。N沟道结型场效应管工作时，需要外加如图所示的偏置电压. vDS对iD的影响应从两个角度来分析： 一方面vDS增加时，沟道的电场强度增大，iD随着增加； 另一方面，随着vDS的增加，沟道的不均匀性增大，即沟道电阻增加，iD应该下降，但是在vDS较小时，沟道的不均匀性不明显，在漏极附近的区域内沟道仍然较宽，即vDS对沟道电阻影响不大，故iD随vDS增加而几乎呈线性地增加。 . 随着vDS的进一步增加，靠近漏极一端的P+N结上承受的反向电压增大，这里的耗尽层相应变宽，沟道电阻相应增加，iD随vDS上升的速度趋缓。 (e)若vDS继续增加，使vDS＞vGS－VP,即vGD＜VP时，耗尽层合拢部分会有增加，即自A点向源极方向延伸，如图(c)，夹断区的电阻越来越大，但漏极电流iD不随vDS的增加而增加,基本上趋于饱和.? 3.结型场效应管的特性曲线 由于结型场效应管的栅极输入电流iG≈0，因此很少应用输入特性曲线，常用的特性曲线有输出特性曲线和转移特性曲线。 (1)输出特性曲线 输出特性曲线用来描述vGS取一定值时，电流iD和电压vDS间的关系，即 它反映了漏-源电压vDS对iD的影响。 N沟道结型场效应管的输出特性曲线如图所示 5.1.4沟道长度调制效应（P207） 饱和区内iD修正 5.1.5 MOSFET主要参数 直流参数 VT ：增强型MOS开启电压 VP ：耗尽型MOS夹断电压 IDSS ：耗尽型MOS漏极饱和电流 RGS ：直流输入电阻（10^9～10^15） 交流参数 rds ：输出电阻 gm ：低频跨导 极限参数 IDM ：最大漏极电流 PDM ：最大耗散功率 V(BR)DS ：最大漏源电压 V(BR)GS ：最大栅源电压 5.2 MOSFET放大电路（P211） 5.2 MOSFET放大电路 直流 画直流通路 求静态工作点 BJT：IBQ、ICQ、VCEQ FET：IGQ、IDQ、VDSQ 交流 画交流通路 画微变等效电路 求Av、Ri、Ro 5.2 MOSFET放大电路 静态工作点： IDQ、VDSQ 假定在饱和区 反判断 5.2 MOSFET放大电路 FET微变等效模型 微变等效电路 5.2 MOSFET放大电路 FET微变等效模型 5.2 MOSFET放大电路 导电沟道的形成： 当vGS数值较小，吸引电子的能力不强时，漏-源极之间仍无导电沟道出现，如图(b)所示。 vGS增加时，吸引到P衬底表面层的电子就增多，当vGS达到某一数值时，这些电子在栅极附近的P衬底表面便形成一个N型薄层，且与两个N+区相连通，在漏-源极间形成N型导电沟道，其导电类型与P衬底相反，故又称为反型层，如图(c)所示。 vGS越大，作用于半导体表面的电场就越强，吸引到P衬底表面的电子就越多，导电沟道越厚，沟道电阻越小。 开始形成沟道时的栅-源极电压称为开启电压，用VT表示。 结论： 上面讨论的N沟道MOS管在vGS＜VT时，不能形成导电沟道，管子处于截止状