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1、上页下页后退模拟电子技术基础3 场效应晶体管及其放大电路 三极管的主要特点：1. 电流控制型器件。2. 输入电流大，输入电阻小。3. 两种极型的载流子都参与导电，又称为双极型晶 体管，简称BJT（Bipolar Junction Transistor)。上页下页后退模拟电子技术基础场效应管，简称FET(Field Effect Transistor )，其主 要特点：(a) 输入电阻高，可达107 1015W。(b) 起导电作用的是多数（一种）载流子，又称为单极 型晶体管。(c) 体积小、重量轻、耗电省、寿命长。(d) 噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单 。 (e) 在大规模集成电
2、路制造中得到了广泛的应用。上页下页后退模拟电子技术基础1. 结型场效应管，简称JFET (Junction Field Effect Transistor)场效应管按结构可分为：场效应管的类型：2. 绝缘栅型场效应管，简称IGFET (Isolated Gate Field Effect Transistor)上页下页后退模拟电子技术基础3.1 结型场效应管 3.1.1 结型场效应管的结构和类型 sgdP+ N P+SiO2 保护层N沟道JFET 结构示意图上页下页后退模拟电子技术基础NP+P+形成SiO2保护层以N型半导 体作衬底上下各引出一个电极左右各引出一个电极两边个引出一个电极两边个引
3、出一个电极两边扩散 两个高浓 度的P型区上页下页后退模拟电子技术基础漏极D（drine)源极S（source)栅极G（gate)NP+P+N型导电沟 道符号称为N沟 道JFET上页下页后退模拟电子技术基础符号P沟道JFET 结构示意图PN+N+P型导电沟 道SGD上页下页后退模拟电子技术基础N沟道结型场效应管P沟道结型场效应管结型场效应管分3.1.2 结型场效应管的工作原理 GDS电路图上页下页后退模拟电子技术基础 1uDS=0时，uGS对沟道的控制作用 a当uGS=0时NP+P+N型导电沟道SGD=0沟道无变化上页下页后退模拟电子技术基础bUGS(off) uGS=UGS(off)UGS(o
4、ff)栅源截止电压 或夹断电压+上页下页后退模拟电子技术基础 当uDS=0时，uGS对沟道的控制作用动画演示 上页下页后退模拟电子技术基础2当uGS =0时，uDS对沟道的控制作用 NP+P+N型导电沟道SGD=0+上页下页后退模拟电子技术基础NP+P+N型导电沟道SGD=0+a0|UGS(off)|(a) iD达到最大值 几乎不随uDS的增 大而变化NP+N型导电沟道SGD=0P+(b) 沟道夹 断区延长上页下页后退模拟电子技术基础 当uGS =0时，uDS对沟道的控制作用动画演示 上页下页后退模拟电子技术基础3当uDS 0时，uGS(0）对沟道的控制作用 a. uDS和uGS将一起 改变沟
5、道的宽度NP+N型导电沟道SGDP+c.当uDG= | UGS(off) | 时， 沟道出现予夹断。此时 ，uDS=|UGS(off)| + uGSb.PN结在漏极端的 反偏电压最大。uDG= uDS-uGS上页下页后退模拟电子技术基础 uDS 、uGS共同对沟道的控制作用动画演示 上页下页后退模拟电子技术基础（1）JFET是利用uGS 所产生的电场变化来改变沟道 电阻的大小，（2）场效应管为一个电压控制型的器件。（3） 在N沟道JFET中，uGS和UGS（off）均为负值。小结：在P沟道JFET中，uGS和UGS（off）均为正值。即利用电场效应控制沟道中流通的电流 大小，因而称为场效应管。
6、上页下页后退模拟电子技术基础3.1.3 结型场效应管的伏安特性 在正常情况下，iG =0，管子无输入特性。+上页下页后退模拟电子技术基础1输出特性（漏极特性） +特性曲线24061020可 变 电 阻 区放大区截止区上页下页后退模拟电子技术基础24061020可 变 电 阻 区(1) 可变电阻区a. uDS较小，沟道尚未夹断b. uDS |UGS(off)| + uGSc. 管子相当于受uGS控制的压控电阻各区的特点：上页下页后退模拟电子技术基础放大区(2) 放大区放大区也称为饱和区、恒流区 。b. uDS |UGS(off)| + uGSa. 沟道予夹断c. iD几乎与uDS无关。d. iD
7、只受uGS的控制。24061020上页下页后退模拟电子技术基础截止区a. uGSUGS(off) (3) 截止区b.沟道完全夹断c. iD024061020上页下页后退模拟电子技术基础2转移特性表示场效应管的uGS对iD的控制特性 。定义转移特性曲线可由输出特性曲线得到上页下页后退模拟电子技术基础（1）对于不同的uDS，所对应的转移特性曲线不同。曲线特点：（2）当管子工作于恒流区时，转移特性曲线基本重合。上页下页后退模拟电子技术基础当管子工作于恒流区时称为零偏漏极电流上页下页后退模拟电子技术基础3.1.4 结型场效应管的主要电参数 1直流参数 (3) 直流输入电阻RGS(1) 夹断电压UGS(
8、off)(2) 零偏漏极电流IDSS （也称为漏极饱和电流）上页下页后退模拟电子技术基础2交流参数 (1) 跨导gm 也称为互导。其定义为： 当管子工作在放大区时得管子的跨导由上页下页后退模拟电子技术基础可见，gm与IDQ有关。IDQ越大，gm也就越大 。 上页下页后退模拟电子技术基础3. 极限参数(1) 漏极最大允许耗散功率 PDSM (2) 最大漏极电流IDSM (2) 极间电容栅源电容Cgs栅漏电容Cgd漏源电容Cds(3) 栅源击穿电压U（BR）GS(4) 漏源击穿电压U（BR）DS上页下页后退模拟电子技术基础例 在图示电路中，已知场效应管的 ； 问在下列三种情况下，管子分别工作在那个
9、区？（b）（c）（a）GDS解（a）因为uGS0 ,uDS =0产生垂直向下的电场上页下页后退模拟电子技术基础PN+SGN+iD=0D+电场排斥空穴形成耗尽层吸引电子上页下页后退模拟电子技术基础PN+SGN+iD=0D+形成导电沟道当uGS =UGS(th)时出现反型层上页下页后退模拟电子技术基础PN+SGN+iD=0D+UGS(th)开启电压N沟道增强型MOS管，简称NMOSN沟道上页下页后退模拟电子技术基础PN+SGN+iD0D+3当uGS UGS(th） ,uDS0时 .uDS(b) 沿沟道有电位梯度(a) 漏极电流iD0 uDS增大，iD增大 。上页下页后退模拟电子技术基础PN+SGN
10、+iD0D+uDS(b) 沿沟道有电位梯度3当uGS UGS(th） ,uDS0时 .(c)不同点的电场强 度不同,左高右低(a) 漏极电流iD0 uDS增大，iD增大 。上页下页后退模拟电子技术基础PN+SGN+iD0D+uDS(d)沟道反型 层呈楔形(b) 沿沟道有电位梯度3当uGS UGS(th） ,uDS0时 .(c)不同点的电场强度 不同,左高右低(a) 漏极电流iD0 uDS增大，iD增大 。上页下页后退模拟电子技术基础a. uDS升高沟道变窄PN+SGN+iD0D+uDS反型层变窄上页下页后退模拟电子技术基础b. 当uGD =uGS-uDS=UGS(th）时PN+SGN+iD0D
11、+uDS沟道在漏 极端夹断(b) 管子预夹断(a) iD达到最大值上页下页后退模拟电子技术基础c. 当uDS进一步增大(a) iD达 到最大值 且恒定PN+SGN+iD0D+uDSPN+SGN+D+uDS沟道夹断区延长(b) 管子进入恒流区上页下页后退模拟电子技术基础 增强型NMOS管工作原理动画演示上页下页后退模拟电子技术基础2伏安特性与参数 a输出特性可 变 电 阻 区放大区截止区输出特性曲线24061020上页下页后退模拟电子技术基础(1) 可变电阻区a. uDS较小，沟道尚未夹断b. uDS uGS- |UGS(th)| c.管子相当于受uGS控制的压控电阻各区的特点：可 变 电 阻
12、区24061020上页下页后退模拟电子技术基础(2) 放大区(饱和区、恒流区)a. 沟道予夹断c. iD几乎与uDS无关d. iD只受uGS的控制b. uDS uGS- |UGS(th)| 放大区24061020上页下页后退模拟电子技术基础截止区a. uGSUGS(th)(3) 截止区b.沟道完全夹断c. iD=024061020上页下页后退模拟电子技术基础管子工作于放大区时函 数表达式b转移特性曲线 式中，K为与管子有关的参数0转移特性曲线上页下页后退模拟电子技术基础例 图示为某一增强型NMOS管的转移特性。试求其 相应的常数K值。 解 由图可知，该管的UGS（th）= 2 V当UGS =
13、8 V 时，ID = 2 mA故0246812上页下页后退模拟电子技术基础3.2.2 耗尽型MOS管 1. MOS管结构示意图sgdN+N+SiO2Alb耗尽层（导电沟道 ）反型层P上页下页后退模拟电子技术基础绝缘层中渗入了正离子PN+SGDN+ 出现反型层形成导电沟道上页下页后退模拟电子技术基础导电沟道增宽a.导电沟道变窄b.耗尽型MOS管可以在uGS为正或负下工作。PN+SGDN+ +上页下页后退模拟电子技术基础2伏安特性与参数 24061020可 变 电 阻 区放大区截止区a输出特性曲线 上页下页后退模拟电子技术基础b转移特性曲线函数表达式转移特性曲线0工作于放大区时上页下页后退模拟电子
14、技术基础增强型与耗尽型管子的区别：耗尽型：增强型： 当 时，当 时，上页下页后退模拟电子技术基础MOSFET符号增强型耗尽型GSDSGDP沟道GSDN沟道GSD上页下页后退模拟电子技术基础JFET符号N沟道P沟道上页下页后退模拟电子技术基础场效应管的特点（与双极型三极管比较 ）（1）场效应管是一种电压控制器件，即通过uGS来控 制iD；双极型三极管是一种电流控制器件，即通过iB来控制iC（2）场效应管的输入端电流几乎为零，输入电阻非 常高。双极型三极管的发射结始终处于正向偏置，有一定的输 入电流，基极与发射极间的输入电阻较小。上页下页后退模拟电子技术基础（4）场效应管具有噪声小、受辐射的影响小
15、、热稳定 性较好，且存在零温度系数工作点。（3）场效应管是利用多数（一种极性）载流子导电的 。在双极型三极管中二种极性的载流子（电子和空穴 ）同时参与了导电。（5）场效应管的结构对称，有时（除了源极和衬底在 制造时已连在一起的MOS管）漏极和源极可以互换使用 ，且各项指标基本不受影响，使用方便、灵活。上页下页后退模拟电子技术基础（6）场效应管制造工艺简单，有利于大规模集成。每个MOS场效应管在硅片上所占的面积只有双极 性三极管5%。（7）场效应管的跨导小，当组成放大电路时，在相同 的负载电阻下，电压放大倍数比双极性三极管低。（8） 由于MOS管的输入电阻高，由外界感应产生的电 荷不易泄露，而栅极上的绝缘层又很薄，这将在栅极上 产生很高的电场强度，以致引起绝缘层的击穿而损坏管 子。上页下页后退模拟电子技术基础2. 绝缘栅场效应管的栅极为什么不能开路？思 考 题1. 试比较三极管和场效应管的异同点。上页下页后退模拟电子技术基础3.3 场效应管放大电路3.3.1 场效应管的偏置及其电路的静态分析1自给偏压场效应管常用的偏置方式自给偏压分压式偏置IDQUSQ= IDQ RSUGSQ= -IDQ RS(1) 电路(2)自给偏压原理+_+_上页下页后退模拟电子技术基础(3) 静态分析a. 方法一：图解法(a) 列写输出回路方程(c) 作图(b) 列写输入
