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1、第5章 场效应管及其基本放大电路,5.1 结型场效应管JFET 5.2 绝缘栅场效应管MOSFET 5.3 场效应管的特点及等效模型 5.4 场效应管的基本应用,内容,模拟电路基础,N沟道结型场效应管 P沟道结型场效应管,5.1 结型场效应管（JFET）,5.1.1. JFET的结构 JFET分为N沟道和P沟道两种类型。 漏极D/源极S/栅极G。 如果在漏源极间加上正向电压，漏极电流ID。 由于导电沟道是N型的，故称为N沟道结型场效应管。,图 5.11 N沟道结型场效应管结构示意图,图5.13 JFET与(NPN)BJT的符号比较,图 5.12 N沟道JFET的简化截面图,2. VGS对ID的
2、影响,1）VDS=0, VGS0，VGS可变,当VGS的绝对值增大时，耗尽层展宽，导电沟道变窄，沟道电阻变大。 当耗尽层展宽到彼此相遇，整个导电沟道被全部“夹断”, 这时的VGS称为夹断电压，用VP表示。一般为负几伏。显然，如果在漏源极有电流ID流过的话，VGS就直接控制着漏极电流ID的大小。,图 5.15 导电沟道被全部“夹断”时的NJFET,2）VGS=0, VDS0，且VDS可变,在漏源极间加上小的正电源电压VDS，形成漏极电流ID，方向自D到S，而且与漏源电压成线性关系。 由于ID流过具有一定电阻的沟道，沿沟道长度将有一个电压降。 源（S）端PN结为零偏，漏（D）端PN结为反偏，这样，
3、漏端耗尽层比源端宽，漏端沟道比源端窄，形成梯形导电沟道。,图 5.16 （a） VGS=0, VDS0且可调时的JFET,当VDS增大到VDS（= -VGD） = -VP时，漏端耗尽层刚刚相接，沟道漏端被夹断。这种情况称为预夹断。 VDS继续增加，夹断区会加长，见 图5.15 (b)。 夹断区的加长并不意味着ID将下降，甚至为0。ID基本不随VDS变化。这时的电流称为饱和漏电流IDSS。,图 5.16 （b） VGS=0, VDS0且可调时的JFET,3）VDS0，VGS0且VGS可变,上面讨论的两种情况的综合。 如果保持VDS不变，增大VGS的绝对值，则VGS的值越大，耗尽层越宽，导电沟道变
4、窄，漏极电流ID越小。 当VGS增加到使得栅-漏电压 VGD= VGS-VDS VP时，发生预夹断，此时ID几乎为0。,图 5.17 VDS0, VGS0且可调时的JFET,由以上分析可见： 改变加在PN结两端的反向偏置电压，即改变了PN结中的电场，就可以改变耗尽层的宽度；也就改变了沟道电阻的大小，从而实现对漏极电流ID的控制。所以，场效应管是电压控制器件。 由于PN结处于反向接法，因而可以认为栅极基本不取电流，即IG约等于零，所以场效应管的输入电阻很高。,5.1.3 伏安特性,输出特性 转移特性,1. 输出特性,图 5.19 JFET的输出特性曲线,在VDS较小时，场效应管可视为一个受VGS
5、控制的可变电阻。 工作状态分为四个区：可变电阻区、恒流区、击穿区、截止区。预夹断点的连线就是可变电阻区和恒流区的分界线；击穿点的连线是恒流区和击穿区的分界线。 若要保证器件工作在恒流区，漏-源极间的总电压必须满足,5.1.3 伏安特性,输出特性 转移特性,1. 转移特性,栅-源电压vGS=0时，漏极电流iD得到最大值。vGS越负，iD越小。当vGS=VP时，iD约等于零,5.1.3 伏安特性,输出特性 转移特性,转移特性曲线与输出特性曲线之间联系,5.1.4 主要参数,饱和漏电流IDSS 夹断电压Vp 直流输入电阻RGS,1. 直流参数,2. 交流参数,跨导gm 极间电容 低频噪声系数NF,5
6、.1.4 主要参数,最大漏源电流IDM 最大耗散功率PDM 漏源击穿电压V（BR）DS 栅源击穿电压V（BR）GS 栅漏击穿电压V（BR）GD,3. 极限参数,5.2 绝缘栅型场效应管（MOSFET）,绝缘栅型场效应管由金属氧化物半导体制成，称为Metal-Oxide-Semiconductor FET，所以简称为MOSFET。这种场效应管的栅极被绝缘层（例如SiO2）隔离，因此输入电阻更高，可达109以上。 MOSFET与JFET的不同之处在于它们的导电机构和电流控制原理不同。JFET利用耗尽层的宽度改变导电沟通和控制ID；MOSFET则是利用半导体表面的电场效应 ，由感应电荷的多少改变导电
7、沟通来控制电流。 MOS管也分为N沟道和P沟道两类, 每一类又分为增强型和耗尽型。,5.2.1 N沟道增强型MOSFET,1. 结构,图5.21 N沟道增强型MOSFET的结构,增强型MOSFET的符号,5.2.1 N沟道增强型MOSFET,2. 工作原理,由于是在P型半导体中感应产生N型电荷层，故又称为反型层。这一反型层将D与S的两个N+区相连通形成D-S间的N型导电沟道。这一沟道由感应电荷产生，故称为感生沟道。开始形成反型层所需的VGS，称为开启电压VTh。,2. 工作原理,楔形沟道,预夹断,2. 特性曲线 1）输出特性,若要保证器件工作在恒流区，漏-源极间的总电压必须满足,2. 特性曲线
8、 2）转移特性,5.2.2 N沟道耗尽型MOSFET,1. 结构与符号,N沟道耗尽型MOS管结构与增强型相同。只是绝缘层SiO2中掺有大量的正离子。,2. 工作特点与特性曲线,转移特性曲线,输出特性曲线,5.3 FET特点及等效模型,FET特点 等效模型,5.4 场效应管的基本应用,5.4.1 模拟开关与逻辑门,“或非”数字逻辑门电路,N沟道MOSFET模拟开关,5.4 场效应管的基本应用,5.4.2 场效应管的直流偏置,分压式自偏压电路,自偏压电路,5.4 场效应管的基本应用,5.4.3 场效应管放大电路的交流分析 1 . 共源放大电路,分压式自偏压电路的微变等效电路,5.4 场效应管的基本应用,5.4.3 场效应管放大电路的交流分析 2 . 共漏放大电路,5.4 场效应管的基本应用,5.4.3 场效应管放大电路的交流分析 3 . 共栅放大电路,
