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1、低频电子线路,1,低频电子线路,山东大学 信息科学与工程学院 刘志军,低频电子线路,2,上节课回顾,静态工作点稳态电路 Q点不稳定的因素 基极分压式射极电阻共射放大电路 晶体管放大器的三种组态,低频电子线路,3,本节课内容,场效应晶体管 结型场效应管（JFET） 绝缘栅场效应管（IGFET）,低频电子线路,4, 1.4 场效应晶体管,场效应晶体管(Field Effect Transistor ) 简称FET,低频电子线路,5,1.4.1 场效应管简介,场效应管是一种不同于前述双极型晶体管（BJT）的一种半导体器件。,低频电子线路,6,两者工作机理不同,双极型晶体管（BJT） 有两种载流子（多
2、子、少子） 场效应管（FET） 有一种载流子（多子）,低频电子线路,7,控制方式的不同,双极型晶体管（BJT） 电流控制方式 场效应管（FET） 电压控制方式,低频电子线路,8,场效应管分类,分为两大类： 结型场效应管（JFET） 绝缘栅场效应管（IGFET）,低频电子线路,9,MOS场效应管（MOSFET）,在绝缘栅场效应管（IGFET）结构的器件中，最常见为金属氧化物半导体结构 （MetalOxideSemiconductor）， 故称为MOSFET，简称MOS器件。,低频电子线路,10,JFET器件,JFET分为两类: N沟道JFET P沟道JFET,低频电子线路,11,MOSFET,M
3、OSFET 分为: N沟道MOSFET P沟道MOSFET,低频电子线路,12,N沟道MOS,N沟道MOS又分为 N沟道 增强型（Enhancement ） - ENMOSFET N沟道 耗尽型（Depletion ） - DNMOSFET,低频电子线路,13,P沟道MOS,P沟道MOS又分为 P沟道 增强型（Enhancement ） -E PMOSFET P沟道 耗尽型（Depletion ） -D PMOSFET,低频电子线路,14,1.4.2 结型场效应管（JFET）,是一种利用PN结原理但与BJT截然不同的常见的FET。,低频电子线路,15,1. 符号和结构,注意场效应管的结构、原理
4、和符号都不同于BJT。 以下注意看结型场效应管（JFET）的情况。,低频电子线路,16,JFET（图）,低频电子线路,17,2 NJFET工作原理,以下以N沟道为例分析JFET工作原理。,低频电子线路,18,外加偏置,管子工作要求外加电源保证静态设置： VDS 漏极直流电压-加正向电压 VGS 栅极直流电压-加反向电压,低频电子线路,19, VGS 栅极直流电压的作用（图）,低频电子线路,20,看VGS的作用（不加VDS ）,横向电场作用 VGS PN结耗尽层宽度 沟道宽度 ,低频电子线路,21, VDS 漏极直流电压的作用（图）,低频电子线路,22,看VDS的作用（不加VGS ）,纵向电场作
5、用 在沟道造成楔型结构（上宽下窄）,低频电子线路,23, VGS和VDS的综合作用,仍为楔型结构（图）,低频电子线路,24,楔型结构,a点（顶端封闭） 预夹断 b点（底端封闭） 全夹断（夹断）,低频电子线路,25,说明,随沟道宽窄变化，使通过的载流子数量发生变化，即iD变化。 VGS对iD的控制作用。,低频电子线路,26,3特性曲线,有两种特性： 转移特性（思考为何不叫输入特性？） 输出特性,低频电子线路,27,转移特性,分析转移特性,低频电子线路,28,iD函数表达式,低频电子线路,29,转移特性（图）,N沟道JFET转移特性曲线 其中：IDSS 为饱和电流 VGS（off) 为夹断电压,V
6、GS,ID,0,IDSS,VGS（off),低频电子线路,30,输出特性,低频电子线路,31,输出特性（图）,低频电子线路,32,1.4.3 MOS场效应管,MOS场效应管是绝缘栅场效应管的一种主要形式，应用十分广泛。,低频电子线路,33,MOSFET（图）,低频电子线路,34,1 . N沟道增强型（E型）MOSFET,以N沟道增强型MOSFET为例介绍MOS管的工作原理。,低频电子线路,35,（1）结构与符号,介绍N沟道增强型（E型）MOSFET的结构与符号,低频电子线路,36,结构与符号（图）,低频电子线路,37,外加偏置,VGS ： 所加栅源电压 垂直电场作用（注意为“”） VDS ：
7、所加漏源电压 横向电场作用（注意也为“”）,低频电子线路,38,工作原理分析,两种电场的作用： 垂直电场作用 横向电场作用,低频电子线路,39,VGS垂直电场作用（向下）,VGS 垂直电场作用（向下） 吸引P衬底中自由电子向上运动 形成反型层（在P封底出现N型层） 从而连通两个N+区（形成沟道）,低频电子线路,40,2. VDS横向电场作用,使沟道成楔型（左宽右窄） VGSVGS(th) -iD0 其中 VGS(th)为开启电压。,低频电子线路,41,iD表达式,低频电子线路,42,iD表达式其中符号含义,COX -单位面积栅极电容 n -沟道电子的迁移率 W -沟道宽度 L -沟道长度 W/
8、L -MOS管宽长比,低频电子线路,43,（2）特性曲线,特性曲线也是两种： 转移特性 输出特性,低频电子线路,44,转移特性（图）,低频电子线路,45,输出特性（图）,低频电子线路,46,2. N沟道耗尽型MOSFET,以下分析N沟道耗尽型MOSFET结构原理,低频电子线路,47,（1）结构和符号,请注意管子的结构特点和管子符号,低频电子线路,48,管子结构（图）,低频电子线路,49,结构特点,SiO2中掺有钠离子，可以形成正电场，从P衬底中吸引电子向上运动，形成反型层（原始就有）。 加VGS（可正可负）后，可改变沟道宽窄， VDS压降使沟道形成楔形。,低频电子线路,50,管子符号（图）,见
9、以下页面,低频电子线路,51,（2）特性曲线,有两种特性曲线 转移特性曲线 输出特性曲线,低频电子线路,52,特性曲线（图）,低频电子线路,53,1.4.4 场效应管主要参数,特性参数可分直流参数和交流参数。,低频电子线路,54,1.直流参数,直流参数与管子的工作条件有关 夹断电压 开启电压 漏极饱和电流 直流输入电阻,低频电子线路,55,（1）夹断电压VGS(OFF),适用于JFET和MOSFET 当VGS=VGS(OFF)时 ，iD=0,低频电子线路,56,（2）开启电压VGS(TH),适用于增强型MOSFET 当VGSVGS(th)时 ，iD0,低频电子线路,57,（3）漏极饱和电流ID
10、SS,当VGS=0时（VDSVGS(off) ）， ID=IDSS 适用于耗尽型MOSFET和JFET,低频电子线路,58,（4）直流输入电阻rGS,对JFET ： rGS 大约 108109 对MOSFET ： rGS大约 10111012 通常认为 rGS ,低频电子线路,59,2.极限参数,极限参数值是不允许超过的参数。 漏极击穿电压 栅源击穿电压 最大功耗,低频电子线路,60,漏源击穿电压V(BR)DS,指对管子漏源间所允许加的最大电压。,低频电子线路,61,栅源击穿电压V(BR)GS,指对管子栅源间所允许加的最大电压。,低频电子线路,62,最大功耗PDM,管子的最大耗散功率 PDM=
11、IDMVDS,低频电子线路,63,3.交流参数,交流参数与管子的工作目标（信号）有关。 跨导 输出电阻 极间电容,低频电子线路,64,（1）跨导gm,跨导gm的表达式 （ms） gm反映VGS对ID的控制能力。,低频电子线路,65,跨导gm（图）,见图 是转移特性曲线上Q点的斜率值（与Q点有关）,低频电子线路,66,分析,对于JFET和MOSFET（耗尽层）,低频电子线路,67,分析,对应工作点Q的gm为 式中IDQ 为直流工作点电流，增大IDQ可提高gm,低频电子线路,68,分析,对于增强型MOSFET,低频电子线路,69,分析,对应工作点Q的gm为 可见增大场效应管的宽长比和工作电流可提高
12、gm,低频电子线路,70,（2）输出电阻,表达式 输出电阻rds反映了VDS对iD的影响。 是共源输出特性曲线某一点切线斜率的倒数。,低频电子线路,71,恒流特性,在恒流区iD几乎不随VDS变（恒流特性）,低频电子线路,72,厄利电压（图）,见图,低频电子线路,73,（3）极间电容,栅源电容CGS 由势垒和沟道电容组成（约0.11PF） 栅漏电容CGD 由势垒和沟道电容组成（约0.11PF） 漏源电容CDS 由封装和引线电容组成（约110PF）,低频电子线路,74,各种FET管子符号,低频电子线路,75,3.各种场效应管特性曲线比较,见P40 表1.4.2,低频电子线路,76,1.4.5 场效
13、应管和双极型晶体管比较,这两种晶体管有很大的不同，应用时请注意它们的特点。,低频电子线路,77,BJT,导电机构 ： 多子、少子（双极型） 工作控制方式 ： 流控 输入阻抗： 102103 放大能力 ： 大 工艺： 复杂 使用： CE不可置换 辐射光照温度特性： 不好 抗干扰能力 ： 差,低频电子线路,78,FET,导电机构： 多子（单极型） 工作控制方式 ： 压控 输入阻抗： 1081012 放大能力： gm 小 工艺 ： 简单，易集成 使用： DS 可置换 辐射光照温度特性： 好 抗干扰能力： 好 .,低频电子线路,79,比较的结果,两者各有特点，现在还不能互相取代。,低频电子线路,80,使用FET的几点注意事项：,保存 测量 焊接,低频电子线路,81,保存：,注意将几个管脚短路（用金属丝捆绑）,低频电子线路,82,测量：,一般不可测（MOS）。（为什么？） JFET用万用表测试要小心谨慎。,低频电子线路,83,焊接：,各电极焊接顺序为： SDG 断电焊接。 电烙铁要有中线。,低频电子线路,84,作业：,1.21 1.22,低频电子线路,85,下节课预习,场效应管放大器,低频电子线路,86,本小节结束（186）,谢谢！,低频电子线路,87,
