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（100分钟） 编号 课程 名称 授课 日期 模拟电子技术 授课 班级 讲次 11 计划在 年 月 日星期 第 讲 实际在 年 月 日星期 第 讲 章目 第3章场效应管及其基本放大电路 节目 3.1结型场效应管 要求 掌握单极性三极管JFET的放大机理 教学 方式 教具 POWERPOINT课件 多媒体 教 学 重 点 JFET的结构和放大机理 教 学 难 点 特性曲线 教 学 主 要 内 容 3.1结型场效应管 1. JFET的结构 2. JFET的工作原理与特性曲线 备 注 唐山工业职业技术学院

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第3章 场效应管及其基本放大电路 本章主要内容：结型场效应管、绝缘栅场效应管、场效应管的主要参数、特点及使用注意事项、场效应管基本放大电路 本章教学要求：掌握单极型半导体三极管的外特性；共源、共漏放大电路的工作原理，静态工作点估算继永建华笑信号模型电路分析电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。熟悉单极型半导体三极管的工作原理，主要参数及使用方法；共源、共漏放大电路的主要特点和用途。 场效应管是一种由输入信号电压来控制其电流大小的半导体三极管，所以是电压控制器件。根据结构不同可分为：结型场效应管和绝缘栅场效应管。 3.1 结型场效应管（JFET） 3.1.1结型场效应管（JFET）的结构 结型场效应管有两种结构形式。它们是N沟道结型场效应管和P沟道结型场效应管（符号图） 结型场效应管是一种利用耗尽层宽度改变导电沟道的宽窄来控制漏极电流的大小的器件。（以N沟道结型场效应管为例)它是在N型半导体硅片的两侧各制造一个PN结，形成两个PN结夹着一个N型沟道的结构。P区即为栅极g，N型硅的一端是漏极d，另一端是源极s。 3.1.2 JFET的工作原理和特性曲线 一、结型场效应管的工作原理(以N沟道结型场效应管为例) 在D、S间加上电压uDS，则源极和漏极之间形成电流iD，我们通过改变栅极和源极的反向电压uGS，就可以改变两个PN结阻挡层的（耗尽层）的宽度，这样就改变了沟道电阻，因此就改变了漏极电流iD。 第 1 页 教 案 副 页

沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，所以场效应管也称为单极型三极管。JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因此iG>>0，输入电阻很高。JFET是电压控制电流器件，iD受uGS控制。

二、结型场效应管的特性曲线(以N沟道结型场效应管为例)

1、输出特性曲线：根据工作特性我们把它分为四个区域，即：可变电阻区、放大区、击穿区、截止区。

可变电阻区：是uDS较小，管子尚未预夹断时的工作区域。 恒流区（饱和区）：特性曲线近似水平的部分，它是JFET预夹断后所对应的工作区域。

击穿区：特性曲线上翘部分。uDS>U(BR)DS，管子不允许工作在这个区域。

夹断区（截止区）：输出特性曲线

靠近横轴的部分。它是发生在uGS≤ UGS（off）时，管子的导电沟道完全被夹断。

2、转移特性曲线：如图所示，描述了栅、源之间电压对漏极电流的控制作用。

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课程 名称 授课 日期 模拟电子技术 授课 班级 讲次 12 计划在 年 月 日星期 第 讲 实际在 年 月 日星期 第 讲 章目 第3章场效应管及其基本放大电路 节目 3.2绝缘栅场效应管 要求 掌握单极性三极管MOSFET的放大机理 教学 方式 教具 POWERPOINT课件 多媒体 教 学 重 点 MOSFET的结构和放大机理 教 学 难 点 特性曲线 教 学 主 要 内 容 3.2绝缘栅场效应管 1.N沟道增强型MOSFET 2.N沟道耗尽型MOSFET 3.P沟道MOSFET简介 备 注 唐山工业职业技术学院

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3.2 绝缘栅场效应管 绝缘栅型(IGFET)场效应管又称金属氧化物场效应管 MOSFET，简称MOS管是一种利用半导体表面的电场效应，由感应电荷的多少改变导电沟道来控制漏极电流的器件，它的栅极与半导体之间是绝缘的，其电阻大于109?.它也有N沟道和P沟道两种，其中每类又分为增强型和耗尽型两种。 3.2.1 N沟道增强型MOSFET 一、结构和符号 结构示意图 符号 N沟道增强型MOSFET拓扑结构左右对称，是在一块浓度较低的P型硅上生成一层SiO2 薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出电极作为D和S，在绝缘层上镀一层金属铝并引出一个电极作为G。 二、工作原理与特性曲线 1、工作原理：uGS=0时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压，不管uDS极性如何，其中总有一个PN结反向，所以不存在导电沟道。当 0＜uGS＜UGS(th)(开启电压)时， 但由于电场强度有限，数量有限，不足以形成沟道，将漏极和源极沟通，所以不可能形成漏极电流iD。进一步增加uGS，当uGS＞UGS(th)时，由于此时的栅极电压已经比较强，栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，将漏极和源极沟通，形成沟道。如果此时uDS>0，就可以形成漏极电流iD。在栅极下方导电沟道中的电子，因与P型区的载流子空穴极性相反，故称为反型层。随着uGS的继续增加，反型层变厚，iD增加这时，若在漏源间加电压 uDS，就能产生漏极电流 iD，即管子开启。uGS值越大，沟道内自由电子越多，沟道电阻越小，在同样 uDS 电压作用下， i D 越大。这样，就实现了输入电压 uGS 对输出电流 i D 的控制。 第 1 页 教 案 副 页

2、N沟道增强型MOSFET特性曲线 输出特性曲线如图所示，它也分为4个区：可变电阻区、放大区、截止区和击穿区。 转移特性曲线如图 iuuuuiuuu u 3.2.2 N沟道耗尽型MOSFET N沟道耗尽型MOSFET的结构和符号及特性曲线如图所示，制造时在栅极下方的绝缘层中掺入了大量的金属正离子。所以当uGS=0时，这些正离子已经在感应出反型层，在漏源之间形成了沟道。于是只要有漏源电压，就有漏极电流存在。无须加开启电压 第 2 页 教 案 副 页

3.2.3 P沟道MOSFET简介 P沟道MOS管和N沟道MOS管的主要区别在于作为衬底的半导体材料的类型不同，PMOS管是以N型硅作为衬底，而漏极和源极从P区引出，形成的反型层为P型，相应的沟道为P型沟道。对于耗尽型PMOS管，在二氧化硅绝缘层中掺入的是负离子。 使用时，uGS的极性与NMOS管相反。增强型PMOS管的开启电压UGS（th）是负值，而耗尽型的P沟道场效应管的夹断电压UGS(off)是正值。 第 3 页

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课程 名称 授课 日期 模拟电子技术 授课 班级 讲次 13 计划在 年 月 日星期 第 讲 实际在 年 月 日星期 第 讲 章目 第3章场效应管及其基本放大电路 节目 3.3场效应管的主要参数、特点及注意事项 要求 掌握跨导在电路中的意义和作用 教学 方式 教具 POWERPOINT课件 多媒体 教 学 重 点 跨导的作用 教 学 难 点 教 学 主 要 内 容 3.3场效应管的主要参数、特点及注意事项 1. 场效应管的主要参数 2. 场效应管的主要特点及注意事项 备 注 唐山工业职业技术学院

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3.3 场效应管的主要参数、特点及注意事项 3.3.1 场效应管的主要参数 一、性能参数 开启电压UGS(th)是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值, 场效应管不能导通。 夹断电压UGS(off)是耗尽型FET的参数，当uGS=UGS(off)时,漏极电流为零。 饱和漏极电流IDSS耗尽型场效应三极管, 当uGS=0时所对应的漏极电流。 直流输入电阻RGS：结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107Ω；绝缘栅型场效应三极管, RGS约是109～1015Ω。 低频跨导 gm ：表示uGS对iD的控制作用。在转移特性曲线上， gm 是曲线在某点上的斜率，也可由iD的表达式求导得出，单位为 S 或 mS。 二、极限参数 最大漏极电流IDM：是指管子在工作时允许的最大漏极电流。 最大耗散功率PDM：PDM=uDSiD，它受管子的最高工作温度的限制。 漏源击穿电压U（BR）DS：漏、源极间所能承受的最大电压。 栅源击穿电压U（BR）GS：漏、源极间所能承受的最高电压。 3.3.2 场效应管的主要特点及使用注意事项 一、特点和选管原则 1、电压控制器件，栅极基本上不取电流，输入电阻高。所以，常用在那些只允许信号源戏曲小电流的高精度、高灵敏度的测量仪器、仪表等。 第 1 页 教 案 副 页

2、参与导电的只是多子。所以不易受温度、辐射等外界因素影响，用在环境条件变化较大的场合。 3、噪声较小。对于低噪声、稳定性要求高的线性放大电路宜采用。 4、制造工艺简单，所占的芯片面积小，功耗很小，使用于大规模集成。 5、源极和漏极结构对称，可以互换使用。 二、使用注意事项 1、使用时，各极电源极性应按规定接入;各极限参数规定的数值绝对不能超过。 2、MOS管的衬底和源极通常连接在一起，若需分开，则衬源间的电压要保证衬源间PN结反向偏置。 3、贮存时，应将管子的三个电极短路；把管子焊接到电路上或取下时，应先用导线将各电极绕在一起；焊接管子，最好断电利用余热焊接。 4、JFET可在栅源极开路状态下贮存，用万用表检查；MOS管必须用测试仪，良好接地。 第 2 页

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（100分钟） 编号 课程 名称 授课 日期 模拟电子技术 授课 班级 讲次 14、15 计划在 年 月 日星期 第 讲 实际在 年 月 日星期 第 讲 章目 第3章场效应管及其基本放大电路 节目 3.5场效应管基本放大电路 要求 熟悉场效应管放大电路的直流偏置和Au、Ri、Ro的计算方法 教学 方式 教具 POWERPOINT课件 多媒体 教 学 重 点 场效应管放大电路 教 学 难 点 自给偏压、小信号模型分析 教 学 主 要 内 容 3.5场效应管基本放大电路 1.FET的偏置电路及静态分析 2. FET放大电路的小信号模型分析法 备 注 唐山工业职业技术学院

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3.5 场效应管基本放大电路 3.5.1 FET的偏置电路及静态分析 一、自偏压电路：耗尽型NMSFET的栅偏压是依靠自身电流ID产生的，故称为自偏压电路。 UGS??IDRS???ID?IDSS(1?UGS)2?UGS(off)?UDS?UDD?ID(RD?RS)二、分压式自偏压电路 特点：能够稳定静态工作点，而且适用于由各种类型FET构成的放大电路 RG2U?U?UDD +UDD 设UGS=0，则 SGRG1?RG2RD RG1 C2 + D RG Rg2 C1 G V UGS?UDD?IDRS+ + Rg1?Rg2+ RL uo S + ui RG2 RS CS － － 而 UDS?UDD?ID(RD?RS) 3.5.2 FET放大电路的小信号模型分析法 一、FET的简化小信号模型：FET是非线性器件，但当工作信号幅值足够小、且工作在恒流区时，也可用线性电路——小信号模型来代替。 第 1 页 教 案 副 页

二、用小信号模型法分析FET放大电路 1、共源极放大电路其输出电压与输入电压反相；输入电阻高，输出电阻主要由Rd决定。 （1）电压放大倍数。 Au??UoUi??????IdRLUgs???gmRL+ ui － ?? RG C1 + RG1 G RG2 S D ???gmUgsRLUgs?RD C2 + V +UDD （2）输入电阻。 Ri?RG?RG1//RG2 （3）输出电阻。 Ro?RD RS RL + CS + uo － 场效应管共源极放大电路 2、共漏极放大电路，与三极管共集电极电路对应 直流通路 直流分析： UG=UDDRg2/(Rg1+Rg2) UGS= UG－US= UG－IDR ID= IDSS[1－(UGS /UGS(off))]2 UDS= UDD－IDR 由此可以解出UGS、ID和UDS。 第 2 页 教 案 副 页

交流分析： 电压放大倍数： ? Au?UoUi???gmUgs(R//RL)Ugs?gmUgs(R//RL)????gmR'L?11?gmR'L输入电阻： i g ? ( g1 // R g2 ) 当Rg>>（Rg1∥Rg2）时，Ri≈Rg R? RR 第 3 页

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（100分钟） 编号 课程 名称 授课 日期 模拟电子技术 授课 班级 讲次 16 计划在 年 月 日星期 第 讲 实际在 年 月 日星期 第 讲 章目 第3章场效应管及其基本放大电路 节目 习题课 要求 对前面所学知识加以巩固、加深理解。 教学 方式 教具 面授 教 学 重 点 各种电路的分析计算 教 学 难 点 教 学 主 要 内 容 1.对本章内容做小结 2.针对作业中暴露出的问题进行分析 3.选讲一些综合应用电路分析 备 注 唐山工业职业技术学院

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习题课 一、本章内容小结： 场效应管的特点：输入端基本上不取电流，一次输入电阻非常高，一般可达108~1015 ?；具有噪声低，受温度、辐射影响小，制造工艺简单，便于大规模集成等优点，已被广泛应用于集成电路中；场效应管都是仅由一种载流子（多数载流子）参与导电的半导体器件，故又称为单极型三极管。从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。 由于结构和工作原理的不同，使得场效应管具有一些不同于三极管的特点，将两者结合使用，取长补短，可改善和提高放大电路的某些性能指标。 按照结构的不同，场效应管分为结型和绝缘栅型两种类型，MOS管属于绝缘栅型。每一类型均有两种沟道,N沟道和P沟道，两者的主要区别在于电压的极性和电流的方向不同。MOS管又分为增强型和耗尽型两种形式。正确理解场效应管工作原理的关键在于掌握电压uGS及uDS对导电沟道和电流iD的不同作用，并正确理解和掌握预夹断和夹断这两个状态的区别和条件。转移特性曲线和输出特性曲线描述了uGS、uDS和iD三者之间的关系。与三极管相类似，场效应管有截止区（即夹断区）、恒流区（即放大区）和可变电阻区三个工作区域。在恒流区，可将iD看成受电压uDS控制的电流源。 二、电路分析举例 例：图示电路，已知UDD?20V，RD?5kΩ，RS?5kΩ，RL?5kΩ，RG?1MΩ，RG1?300kΩ，RG2?100kΩ，gm?5mA/V。求静态工作点及电压放大倍数Au、输入电?阻Ri和输出电阻Ro。 RG C1 + + ui － RG1 G RG2 S D RD C2 + V RS +UDD + RL uo + CS － 第 1 页 教 案 副 页

解：静态工作点： UG?ID?RG2100UDD??20?5VRG1?RG2300?100USUG5???1mARSRS5 UDS?UDD?ID(RD?RS)?20?1?(5?5)?10V电压放大倍数： ??RD//RL?5//5?2.5kΩ RL???5?2.5??12.5 Au??gmRL输入电阻： Ri?RG?RG1//RG2?1000?300//100?1075kΩ ?输出电阻： Ro?RD?5kΩ 三、辅导作业中的问题 根据学生掌握的实际情况和在作业中出现的具体问题，有针对性讲解。 第 2 页

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