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1、场效应管概述场效应管概述场效应管场效应管 FET ( (Field Effect Transistor) )优点：优点：(2) 噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、工艺简单、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、工艺简单、 功耗小、宜大规模集成。功耗小、宜大规模集成。(1) 输入阻抗高输入阻抗高 ( (107 1015 ，IGFET 可高达可高达 1015 ) )类类型型金属氧化物半导体型（金属氧化物半导体型（MOSFET型即型即 MetalOxideSemiconductor type Field Effect Transistor）结型结型 （JFET型即型即 (Junction Field E
2、ffect Transistor)N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型增强型增强型耗尽型耗尽型一、一、N 沟道增强型沟道增强型 MOSFET1. 结构与符号结构与符号2.3.1 MOS场效应管的结构、工作原理及伏安特性场效应管的结构、工作原理及伏安特性简称简称NEMOS管管栅极绝缘，所以输入电栅极绝缘，所以输入电阻很高，输入电流为零阻很高，输入电流为零2. 工作原理工作原理（1) ) uGS 对输出电流对输出电流iD 的控制作用的控制作用a. uGS = 0时时 ，无导电沟道。，无导电沟道。b. 给给uGS 加正电压，当加正电压，当uGS UGS( (th) ) 时
3、，栅极表面层形成导电沟道时，栅极表面层形成导电沟道 开始形成导电沟道所需的栅源电压称为开始形成导电沟道所需的栅源电压称为开启电压（开启电压（ UGS( (th) ) ）2. 工作原理工作原理（1) ) uGS 对输出电流对输出电流iD 的控制作用的控制作用a. uGS = 0时时 ，无导电沟道。，无导电沟道。b. 给给uGS 加正电压，当加正电压，当uGS UGS( (th) ) 时，栅极表面层形成导电沟道时，栅极表面层形成导电沟道 c. 增大增大uGS ，则导电沟道加宽。，则导电沟道加宽。开始形成导电沟道所需的栅源电压称为开始形成导电沟道所需的栅源电压称为开启电压（开启电压（ UGS( (t
4、h) ) ）改改变uGS可控制可控制导电沟道的沟道的宽窄，从而控制窄，从而控制输出电流输出电流iD的大小。的大小。（2）uDS 对输出电流对输出电流 iD的控制作用的控制作用n DS 间的电位差使沟道呈锥形，间的电位差使沟道呈锥形， 靠近漏极端的沟道最窄。靠近漏极端的沟道最窄。（2）uDS 对输出电流对输出电流 iD的控制作用的控制作用n DS 间的电位差使沟道呈锥形，间的电位差使沟道呈锥形， 靠近漏极端的沟道最窄。靠近漏极端的沟道最窄。n 当当uGD = UGS( (th) 时，时，漏极附近漏极附近 反型层消失，称为预夹断。反型层消失，称为预夹断。（2）uDS 对输出电流对输出电流 iD的控
5、制作用的控制作用n DS 间的电位差使沟道呈锥形，间的电位差使沟道呈锥形， 靠近漏极端的沟道最窄。靠近漏极端的沟道最窄。n 当当uGD = UGS( (th) 时，时，漏极附近漏极附近 反型层消失，称为预夹断。反型层消失，称为预夹断。n 继续增大继续增大uGS 时，时，预夹断点预夹断点 向源极移动。向源极移动。（2）uDS 对输出电流对输出电流 iD的控制作用的控制作用预夹断发生之前：预夹断发生之前： uDS iD 因为预夹断发生之前因为预夹断发生之前沟道电阻近似为常数沟道电阻近似为常数（2）uDS 对输出电流对输出电流 iD的控制作用的控制作用预夹断发生之前：预夹断发生之前： uDS iD
6、因为预夹断发生之后：因为预夹断发生之后：uAS为常数，且为常数，且A、S间间的沟道电阻近似为常数的沟道电阻近似为常数预夹断发生之后：预夹断发生之后：uDS iD 不变不变( (1) ) 输出特性输出特性uDS uGS UGS( (th) ) , , 已预夹断。已预夹断。压控恒流特性、放大特性压控恒流特性、放大特性3. 伏安特性伏安特性uDS 108 2.3.3 场效应管的主要参数场效应管的主要参数2. 饱和漏极电流饱和漏极电流 IDSS耗尽型场效应管在耗尽型场效应管在 uGS = 0 时时所对应的饱和漏极电流。所对应的饱和漏极电流。IDSS1.开启电压开启电压 UGS( (th) )( (增强
7、型增强型) ) 夹断电压夹断电压 UGS( (off) )( (耗尽型耗尽型) )UGS( (th) )UGS( (off) )uGS /ViD /mAO4. 低频跨导低频跨导 gm 反映了反映了uGS 对对 iD 的控制能力，的控制能力，单位单位 S( (西门子西门子) )。一般为几。一般为几毫西毫西 ( (mS) )uGS /ViD /mAQO 耗尽型管放大工作时耗尽型管放大工作时 增强型管放大工作时增强型管放大工作时 IDO是是 uGS = 2UGS( (th) ) 时的时的 iD 值值2.3.3 场效应管的主要参数场效应管的主要参数5. 漏源动态电阻漏源动态电阻 rds6. 漏源漏源击
8、穿穿电压U(BR)DS 饱和时饱和时 rds 一般为几十一般为几十 k 几百几百 k PD = uDS iD8. 最大漏极功耗最大漏极功耗 PDM7. 栅源源击穿穿电压U(BR)GS 2.3.3 场效应管的主要参数场效应管的主要参数*FET小结 FET 是利用是利用栅源源电压改改变导电沟道的沟道的宽窄来控窄来控制漏极制漏极电流的。由于流的。由于输入入电流极小，故称流极小，故称为电压控制控制型器件，而型器件，而BJT则称称为电流控制型器件。流控制型器件。 FET有耗尽型和增有耗尽型和增强强型之分，耗尽型存在原始型之分，耗尽型存在原始导电沟道，而增沟道，而增强强型只有在型只有在栅源源电压绝对值大于
9、开启大于开启电压绝对绝对值后，才会形成后，才会形成导电沟道。各沟道。各类场效效应管均有管均有N沟道和沟道和P 沟道之分，故共有六种沟道之分，故共有六种类型型场效效应管。注管。注意比意比较它它们的符号、伏安特性、工作的符号、伏安特性、工作电压极性要求。极性要求。 零零零零当当场效效应管工作于管工作于饱和区和区时，对于耗尽型管有于耗尽型管有 对于增于增强强型管有型管有 IDO是是 uGS = 2UGS( (th) ) 时的时的 iD 值值2.3.4 场效应管基本应用电路及其分析方法场效应管基本应用电路及其分析方法 基本基本应应用：放大用：放大电电路、路、电电流源流源电电路、路、 压压控控电电阻、开
10、关阻、开关电电路路分析方法：分析方法：对FET 放大放大电路路，通常用公式法，通常用公式法计算算 Q点，用小信号模型法点，用小信号模型法进行行动态分析；分析； 也可用也可用图解法。解法。场效应管的小信号模型场效应管的小信号模型小信号模型小信号模型 简化小信号模型化小信号模型 例例2.3.2下下图中中，RG=1M，RS=2k，RD=12k，VDD=20V 。FET的的IDSS=4mA，UGS(off)=-4V，求，求 UGSQ、IDQ 和和UDSQ 。 解：解： 设FET 放大工作，放大工作，则可列出可列出 代入元件参数，求解得两个解代入元件参数，求解得两个解为 IDQ=4mA 和和IDQ1mA
11、 由由IDQ=4mA，得，得UGSQ = -4mA2k=-8V，其，其值已小于已小于UGS(off) ， 对应的的IDQ应为零，故不合理，零，故不合理，应舍弃。方程解舍弃。方程解应为IDQ1mA UGSQ = -（12）V = -2V例例2.3.2 解解续续： 由由电路可得路可得 UDSQ =（20 -1(12+2)）V= 6V 由于由于 UDSQUGSQ -UGS(off) = -2V+4V = 2V 因此假因此假设设正确，正确，计计算算结结果有效，故果有效，故 UGSQ =-2V ，IDQ1mA ，UDSQ = 6V 例例2.3.3图图示示场场效效应应管管放放大大电电路路中中，us =20
12、sint mV，场场效效应应管管的的IDSS=4mA，UGS(off)= -4V，电容容CS对输入入交交流流信信号可号可视为短路，短路，试试求交流求交流输输出出电压电压uo的表达式。的表达式。（1）求）求 IDQ 、gm 该电路路的的直直流流通通路路及及其其参数与例参数与例2.3.2中相同，故中相同，故 IDQ1mA 由耗尽型由耗尽型场效效应管管 gm计算公式得算公式得 解：解：例例2.3.3 解解续续：（2）画出放大）画出放大电路的交流通路和小信号等效路的交流通路和小信号等效电路路 例例2.3.3 解解续续：（3） 求求uo uo= - gm ugs RD = - gm us RD 作业：作
13、业：2.3 复习要点复习要点1. 了解场效应管的结构，理解其工作原理。了解场效应管的结构，理解其工作原理。2.掌握场效应管的符号、伏安特性、工作特点与掌握场效应管的符号、伏安特性、工作特点与3. 主要参数。主要参数。3. 理解场效应管放大电路的分析方法。理解场效应管放大电路的分析方法。主要要求：主要要求：2.3 复习要点复习要点n 场效应管的符号、伏安特性、工作电压极性、主场效应管的符号、伏安特性、工作电压极性、主 要参数、小信号模型。要参数、小信号模型。重点：重点：n 通过多练习，做到根据转移特性曲线或输出特性通过多练习，做到根据转移特性曲线或输出特性 曲线，能判断管子类型，确定曲线，能判断管子类型，确定UGS(th) 、UGS(off) 、 IDSS 等参数。等参数。试比比较FETFET和和BJTBJT在在正向控制作用、伏安特性、正向控制作用、伏安特性、放大区偏置放大区偏置电压要求、主要参数、基本要求、主要参数、基本应用用电路、路、简化小信号模型、分析方法等方面的异同。化小信号模型、分析方法等方面的异同。 *讨论讨论讨论小结讨论小结讨论小结讨论小结 续续讨论小结讨论小结 续续
