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1、西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-4第四章第四章 场效应管放大电路场效应管放大电路1结型场效应管最新课件结型场效应管最新课件西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-4半导体三极管：半导体三极管： 又又称称晶晶体体管管、双双极极性性三三极极管管，是是组组成成各各种种电电子电路的核心器件。子电路的核心器件。 结构、类型：结构、类型：NPNNPN型、型、PNPPNP型型 放大机理：放大机理：内部结构、外部条件内部结构、外部条件 特性曲线：特性曲线：输入特性、输出特性输入特性、输出特性 单级放大电路：单级放大电路： 工作原理工作原理 三种组态三种组态 静态分析静态分析 动态分析动态分
2、析 多级放大电路：多级放大电路： 频率特性：频率特性：引言一引言一 2结型场效应管最新课件结型场效应管最新课件西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-4引言引言 二二 由由于于半半导导体体三三极极管管工工作作在在放放大大状状态态时时，必必须保证发射结正偏。须保证发射结正偏。 故故输入端始终存在输入电流输入端始终存在输入电流 改改变变输输入入电电流流就就可可改改变变输输出出电电流流，所所以以三三极管是极管是电流控制器件电流控制器件。 因而三极管组成的放大器，因而三极管组成的放大器，其输入电阻不高。其输入电阻不高。 随随着着电电子子技技术术及及半半导导体体生生产产工工艺艺的的发发展展与与进进
3、步步，出现了一种新型的半导体器件出现了一种新型的半导体器件场效应晶体管场效应晶体管。3结型场效应管最新课件结型场效应管最新课件西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-4 场场效效应应晶晶体体管管(FET)(FET)是是利利用用电电压压产产生生的的电电场场效效应应来来控控制制电电流流的的一一种种半半导导体体器器件件。它它与与晶晶体体管管相相比比有有以以下下重重要要特点：特点： (1) (1) 它是一种它是一种电压控制器件电压控制器件。 工工作作时时，管管子子的的输输入入电电流流几几乎乎为为 0 0， 因因此此具具有有极极高的输入电阻高的输入电阻( (约数百兆欧以上约数百兆欧以上) )。 (
4、2)(2) 输输出出电电流流仅仅由由多多子子运运动动而而形形成成，故故称称单单极极型型器器件。件。 它的抗温度和抗辐射能力强，工作较稳定。它的抗温度和抗辐射能力强，工作较稳定。 (3)(3) 制制造造工工艺艺比比较较简简单单，便便于于大大规规模模集集成成，且且噪噪声声较小较小。 (4)(4) 类型较多，类型较多， 使电路设计使电路设计灵活性增大灵活性增大。 引言三引言三 4结型场效应管最新课件结型场效应管最新课件西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-4 根据根据结构结构的不同，场效应管可的不同，场效应管可分为两大类分为两大类：结型结型场效应管场效应管( (JFETJFET) )和和金属
5、金属 - -氧化物氧化物 - -半导体半导体场效场效应管应管( (MOSMOSFET)FET)。N沟道沟道P沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)引言四引言四 5结型场效应管最新课件结型场效应管最新课件西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-4第四章第四章 场效应管放大电路场效应管放大电路4.1 结型场效应管结型场效应管 4.2 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管 4.3 场效应管的主要参数场效应管的主要参数 4.4 场效应管的特点场效应管的特点 4.5 场效应
6、管放大电路场效应管放大电路 6结型场效应管最新课件结型场效应管最新课件西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-44.1 4.1 结型场效应管结型场效应管 本节主要讨论结型场效应管JFET 包括：结构工作原理伏安特性 7结型场效应管最新课件结型场效应管最新课件西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-4N基底基底 ：N型半导体型半导体PP两边是两边是P区区G(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极导电沟道导电沟道结型场效应管也是结型场效应管也是具有具有PN结结的半导体器件的半导体器件4.1 4.1 结型场效应管结型场效应管 4.1.1 4.1.1 结构结构N型半导体衬底型半导体衬底高掺杂高掺杂
7、P+型区型区导电沟道导电沟道两个两个PN结结电子发射端电子发射端称为称为源极源极(Source)电子接收端电子接收端称为称为漏极漏极(Drain)栅极栅极(Gate)在在JFETJFET中，中，源极源极S S和漏极和漏极D D是可以互换的是可以互换的。8结型场效应管最新课件结型场效应管最新课件西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-4NPPG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极符号符号DGSDGSN沟道结型场效应管的结构与符号：沟道结型场效应管的结构与符号：结构结构9结型场效应管最新课件结型场效应管最新课件西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-4 源极源极，用用S或或s表示表示N型导
8、电沟道型导电沟道漏极漏极，用用D或或d表示表示 P型区型区P型区型区栅极栅极，用用G或或g表示表示栅极栅极，用用G或或g表示表示N沟道结型场效应管的具体结构：沟道结型场效应管的具体结构： 符号符号10结型场效应管最新课件结型场效应管最新课件西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-4PNNG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极P沟道结型场效应管结构与符号：沟道结型场效应管结构与符号：DGSDGS符号符号结构结构11结型场效应管最新课件结型场效应管最新课件西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-4 N沟道和沟道和P沟道结型场效应管沟道结型场效应管符号上的区别符号上的区别，在于，在于栅极的栅
9、极的箭头方向不同箭头方向不同，但都要，但都要由由P区指向区指向N区区。DGSDGSDGSDGS N沟道和沟道和P沟道结型场效应管符号上的区别沟道结型场效应管符号上的区别: N沟道沟道 P沟道沟道12结型场效应管最新课件结型场效应管最新课件西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-4 以以N型型沟沟道道JFET为为例例进进行行分分析析，研研究究JFET的的工工作原理作原理输入电压对输出电流的控制作用。输入电压对输出电流的控制作用。 4.1.2 4.1.2 基本工作原理基本工作原理 N沟道场效应管工作时，沟道场效应管工作时，在栅极与源极之间加在栅极与源极之间加负电压，负电压，栅极与沟道之间的栅
10、极与沟道之间的PN结为结为反偏反偏。 在漏极、源极之间加一在漏极、源极之间加一定定正电压正电压，使，使N沟道中的多沟道中的多数载流子数载流子(电子电子)由源极向漏由源极向漏极极漂移漂移，形成，形成iD。iD的大小的大小受受VGS的控制的控制。P沟道场效应管工作时，沟道场效应管工作时，极性相反，极性相反，沟道中的多子沟道中的多子为空穴。为空穴。13结型场效应管最新课件结型场效应管最新课件西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-4JFET工作原理工作原理（动画（动画2-9)14结型场效应管最新课件结型场效应管最新课件西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-4 VGS对沟道的控制作用对沟
11、道的控制作用当当VGS0时时对于对于N沟道的沟道的JFET，VP 0。PN结反偏结反偏耗尽层加厚耗尽层加厚沟道变窄沟道变窄沟道电阻变大，沟道电阻变大，ID减小；减小；VGS更负，沟道更窄，更负，沟道更窄，ID更小；更小；直至沟道被耗尽层全部覆盖，直至沟道被耗尽层全部覆盖，沟道被夹断，沟道被夹断， ID0。这时所这时所对应的栅源电压对应的栅源电压VGS称为称为夹夹断电压断电压VP。15结型场效应管最新课件结型场效应管最新课件西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-4漏源电压漏源电压V VDSDS对对i iD D的影响的影响 在栅源间加电压在栅源间加电压V VGSGSV VP P，漏源间加电
12、压，漏源间加电压V VDSDS。则因漏端耗尽层所受的反偏电压为VGD=VGS-VDS，比源端耗尽层所受的反偏电压VGS大,(如:VGS=-2V, VDS =3V, VP=-9V,则漏端耗尽层受反偏电压为-5V，源端耗尽层受反偏电压为-2V),使靠近漏端的耗尽层比源端厚，沟道比源端窄，故VDS对沟道的影响是不均匀的，使沟道呈楔形。当VDS增加到使VGD=VGS-VDS =VP 时，在紧靠漏极处出现预夹断点， 随VDS增大，这种不均匀性越明显。当当V VDSDS继续增加时，预夹断点向源继续增加时，预夹断点向源极方向伸长为预夹断区极方向伸长为预夹断区。由于预由于预夹断区电阻很大，使主要夹断区电阻很大
13、，使主要V VDSDS降落降落在该区，由此产生的强电场力能在该区，由此产生的强电场力能把未夹断区漂移到其边界上的载把未夹断区漂移到其边界上的载流子都扫至漏极，形成漏极饱和流子都扫至漏极，形成漏极饱和电流电流。16结型场效应管最新课件结型场效应管最新课件西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-4 VGS和和VDS同时作用时同时作用时 当当VP VGS0 时时，导，导电沟道更容易夹断。电沟道更容易夹断。 对于同样的对于同样的VDS ， ID的值比的值比VGS=0时的值要小。时的值要小。在预夹断处：在预夹断处： VGD=VGS- -VDS =VP 17结型场效应管最新课件结型场效应管最新课件西
14、安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-4IDSSiD / mA VGS=0预夹断0|Vp|1.输出特性曲线输出特性曲线 4.1.3 4.1.3 特性曲线特性曲线 输输出出特特性性曲曲线线（也也叫叫漏漏极极特特性性）是是指指在在栅栅源源电电压压UGS一一定定时，漏极电流时，漏极电流ID与漏源电压与漏源电压UDS之间关系之间关系。函数表示为。函数表示为:从图中可以看出，管从图中可以看出，管子的工作状态可分为子的工作状态可分为可变电阻区、恒流区可变电阻区、恒流区和击穿区和击穿区这三个区域。这三个区域。 18结型场效应管最新课件结型场效应管最新课件西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-4
15、可变电阻区可变电阻区特点特点: :(1)(1)当当vGS 为定值时为定值时,iD 是是 vDS 的线性函数，管子的的线性函数，管子的漏源间呈现为漏源间呈现为线性电阻线性电阻。 (2)改变改变UGS时，特性曲线的时，特性曲线的斜率变化，相当于电阻的阻斜率变化，相当于电阻的阻值不同。值不同。UGS增大，相应的增大，相应的电阻增大电阻增大。（3）管压降管压降vDS 很小。很小。用途：用途：做做压控线性电阻压控线性电阻条件：源端与漏端沟道都不夹断 19结型场效应管最新课件结型场效应管最新课件西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-4恒流恒流区：(又称饱和区或放大区）又称饱和区或放大区）（2）受控
16、性： 输入电压vGS控制输出电流特点：(1)恒流性：输出电流iD 基本上不受输出电压vDS的影响。用途:可做放大器和恒流源。条件:(1)源端沟道未夹断 (2)漏端沟道予夹断 20结型场效应管最新课件结型场效应管最新课件西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-4夹断区夹断区 用途：做无触点的、接通状态的电子开关。条件：整个沟道都夹断 击穿区击穿区 当漏源电压增大到 时，漏端PN结发生雪崩击穿，使iD 剧增的区域。其值一般为（20 50）V之间。由于VGD=VGS-VDS, 故vGS越负，对应的VP就越小。管子不能在击穿区工作。特点：21结型场效应管最新课件结型场效应管最新课件西安电子科技大
17、学计算机学院 吴自力 2011-4v当漏、源之间电压当漏、源之间电压UDS保持不变时，漏极电流保持不变时，漏极电流ID和栅、和栅、源之间电压源之间电压UGS的关系称为转移特性。的关系称为转移特性。v即它描述了栅、源之间的电压即它描述了栅、源之间的电压UGS对漏极电流对漏极电流ID的控的控制作用制作用。vUGS=0时，时，ID=IDSS漏极电流最大，漏极电流最大，称为称为饱合漏极电流饱合漏极电流IDSS。v|UGS|增大，增大，ID减小，当减小，当UGS=Up时时ID=0。Up称为夹断电压称为夹断电压。v结型场效应管的转移特性在结型场效应管的转移特性在UGS=0Up范围内可近似公式表示：范围内可
18、近似公式表示：2. 转移特性曲线转移特性曲线22结型场效应管最新课件结型场效应管最新课件西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-43.根据输出特性曲线做出根据输出特性曲线做出转移特性曲线转移特性曲线23结型场效应管最新课件结型场效应管最新课件西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-4结型场效应管的的特性小结特性小结结型场效应管 N沟道耗尽型P沟道耗尽型24结型场效应管最新课件结型场效应管最新课件西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-4 结型场效应管的缺点：结型场效应管的缺点：1. 栅源极间的电阻虽然可达栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在以上，但在某些场合仍嫌不够高。某些场合仍嫌不够高。3. 栅源极间的栅源极间的PN结加正向电压时，将出现结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。较大的栅极电流。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。2. 在高温下，在高温下，PN结的反向电流增大结的反向电流增大，栅源，栅源极间的极间的电阻会显著下降电阻会显著下降。25结型场效应管最新课件结型场效应管最新课件
