单击以编辑,母版标题样式,,单击以编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,*,电工电子基地,场效应管,第四章,,,,4.1,结型场效应管原理及其伏安特性,,4.2,绝缘栅型场效应管原理及伏安特性,,4.3,主要参数,,4.4,场效应管的基本放大电路,,,,场效应管是利用电场效应来控制电流大小，与双极型晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好、噪声低结型场效应管,JFET.,绝缘栅型场效应管,MOS;,场效应管有两种,:,引言：,HOME,,,场效应管的分类,,,1.,结构及符号,4.1,结型场效应管,N,基底 ：,N,型半导体,P,P,两边是,P,区,G(,栅极,),S,源极,D,漏极,导电沟道,HOME,,,S,源极,N,P,P,G,(,栅极,),D,漏极,N,沟道结型场效应管,D,G,S,D,G,S,HOME,,,S,源极,P,N,N,G,(,栅极,),D,漏极,P,沟道结型场效应管,D,G,S,D,G,S,HOME,,,2.,工作原理（以,N,沟道为例）,U,DS,=0V时,N,G,S,D,U,DS,=0,U,GS,N,N,P,P,I,D,PN,结反偏，,|,U,GS,|,越,大则耗尽区越宽，导电沟道越窄。
1),、,V,DS,=0,，,G,、,S,加负电压：,HOME,,,N,G,S,D,U,DS,=0,U,GS,P,P,U,DS,=0时,U,GS,达到一定值时（,夹断电压,V,GS,off,）,,,耗尽区碰到一起，,DS,间被夹断，,这时，即使,U,DS,,0V,，,漏极电流,I,D,=0A,I,D,HOME,,,N,G,S,D,U,DS,U,GS,=0,U,GS,=0,且,U,DS,>0,时耗尽区的形状,P,P,越靠近漏端，,PN,结反压越大,I,D,(2),、,V,GS,=0,，,D,、,S,加正电压：,HOME,,,N,G,S,D,U,DS,N,N,I,D,P,P,U,GS,越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大但当,U,GS,较小时，耗尽区宽度有限，存在导电沟道DS,间相当于线性电阻3),、,G,、,S,加负电压，,D,、,S,加正电压：,U,GS,HOME,,,N,G,S,D,U,DS,U,GS,<,V,GS,off,且,U,DS,较大时,U,GD,<,V,GS,off,时耗尽区的形状,P,P,沟道中仍是电阻特性，但是是非线性电阻I,D,U,GS,HOME,,,N,G,S,D,U,DS,U,GS,<,V,GS,off,,U,GD,=,V,GS,off,时,P,P,漏端的沟道被夹断，称为,予夹断。
U,DS,增大则被夹断区向下延伸I,D,U,GS,HOME,,,N,G,S,D,U,DS,U,GS,<,V,GS,off,,U,GD,=,V,GS,off,时,P,P,此时，电流,I,D,由未被夹断区域中的载流子形成，基本不随,U,DS,的增加而增加，呈恒流特性I,D,U,GS,HOME,,,U,GS,0,I,D,I,DSS,V,GSoff,,3.,特性曲线,转移特性曲线,,一定,U,DS,下的,I,D,-U,GS,曲线,HOME,,,,输出特性曲线,U,DS,0,I,D,I,DSS,V,GS,off,饱和漏极电流,夹断电压,某一,V,GS,下,HOME,,,予夹断曲线,,U,GS,=0V,,-2V,-1V,-3V,-4V,-5V,可变电阻区,夹断区,恒流区,输出特性曲线,I,D,U,DS,,0,HOME,,,P,沟道结型场效应管的特性曲线,转移特性曲线,U,GS,0,I,D,I,DSS,V,GSoff,HOME,,,输出特性曲线,P,沟道结型场效应管的特性曲线,予夹断曲线,I,D,,U,DS,,,,2V,,,,U,GS,=0V,1V,3V,4V,5V,可变电阻区,夹断区,恒流区,0,HOME,,,,结型场效应管的缺点：,1.,栅源极间的电阻虽然可达,10,7,以上，但在某些场合仍嫌不够高。
3.,栅源极间的,PN,结加正向电压时，将出现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2.,在高温下，,PN,结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降HOME,,,4.2,绝缘栅型场效应管的结构和符号,一,.,增强型,MOS,管结构和电路符号,P,N,N,G,S,D,P,型基底,两个,N,区,SiO,2,绝缘层,导电沟道,金属铝,G,S,D,N,沟道增强型,HOME,,,N,P,P,G,S,D,G,S,D,P,沟道增强型,HOME,,,N,沟道耗尽型,P,N,N,G,S,D,予埋了导电沟道,G,S,D,二、 耗尽型,MOS,管结构与电路符号,HOME,,,P,沟道耗尽型,N,P,P,G,S,D,G,S,D,予埋了导电沟道,HOME,,,三、,MOS,管的工作原理,P,N,N,G,S,D,U,DS,U,GS,U,GS,=0,时,D,-,S,间,总有一个反接的,PN,结,I,D,=0,对应截止区,HOME,,,P,N,N,G,S,D,U,DS,U,GS,U,GS,>0,时,U,GS,足够大时（,U,GS,>,V,GS(Th,),）,感应出足够多电子，这里出现以电子导电为主的,N,型导电沟道,(,反型层）。
感应出电子（反型层）,V,GS(Th,),称为阈值电压,HOME,,,U,GS,较小时，导电沟道相当于电阻将,D-S,连接起来，,U,GS,越大此电阻越小P,N,N,G,S,D,U,DS,U,GS,HOME,,,P,N,N,G,S,D,U,DS,U,GS,当,U,DS,不太大时，导电沟道在两个,N,区间是均匀的当,U,DS,较大时，靠近,D,区的导电沟道变窄HOME,,,P,N,N,G,S,D,U,DS,U,GS,夹断后，即使,U,DS,继续增加，,I,D,仍呈恒流特性,I,D,U,DS,增加，,U,GD,=,V,GS(Th,),时，靠近,D,端的沟道被夹断，称为予夹断HOME,,,B,V,GS,=const,V,DS,i,D,V,GS,-V,GS(TH),,预夹断后，夹断点向源极方向移动，沟道的长度略有减小，相应的沟道电阻略有减小，结果漏极电路稍有增大,—,沟道长度调制效应,HOME,,,,伏安特性,I,D,,,,,U,DS,,,,0,,,,,,U,GS,>0,NMOS,输出特性曲线,非,饱和区,饱和区,截止区,1.,增强型特性曲线,HOME,,,0,I,D,U,GS,V,T,NMOS,转移特性曲线,HOME,,,,,耗尽型,MOS,管,,耗尽型,MOS,管在,,u,GS,＞,0,、,,u,GS,,＜,0,、,,u,GS,,＝,0,时均可导通，且与结型场效应管不同，由于,SiO,2,绝缘层的存在，在,u,GS,＞,0,时仍保持,g-s,间电阻非常大的特点。
加正离子,小到一定值才夹断,u,GS,=0,时就存在导电沟道,,,在集成电路中，许多,MOS,管都制作在同一衬底上，为了保证衬底与源、漏区之间的,PN,结反偏，衬底必须接在电路的最低电位上衬底效应,,若某些,MOS,管的源极不能处在电路的最低电位上，则其源极与衬底极不能相连，其间就会作用着负值的电压,V,US,,,在负值衬底电压,V,US,作用下，,P,型硅衬底中的空间电荷区将向衬底底部扩展，空间电荷区中的负离子数增多可见，,V,US,和,V,GS,一样，也具有对,I,D,的控制作用，故又称衬底电极为背栅极，不过它的控制作用远比,V,GS,小实际上，,V,US,对,I,D,的影响集中反映在对,V,GS(th,),的影响上V,US,向负值方向增大，,V,GS(th,),也就相应增大因而，在,V,GS,一定时，,I,D,就减小但是由于,V,GS,不变，即栅极上的正电荷量不变，因而反型层中的自由电子数就必然减小，从而引起沟道电阻增大，,ID,减小HOME,,,2.,耗尽型,特性曲线,：,耗尽型的,MOS,管,U,GS,=0,时就有导电沟道，加反向电压才能夹断转移特性曲线,0,I,D,U,GS,V,GSoff,HOME,,,输出特性曲线,I,D,,,,,U,DS,,,,0,,,,,,U,GS,=0,U,GS,<0,U,GS,>0,HOME,,,双极型和场效应型三极管的比较,,双极型和场效应型三极管的比较,(,续,),,（,1,）直流参数,（,2,）交流参数,（,3,）极限参数,HOME,,4.3,主要参数,,表,3-2,常用场效应三极管的参数,,,四 场效应三极管的型号,1.,与双极型三极管相同,：,,第三位字母,J,代表结型场效应管，,O,代表绝缘栅型场效应管。
第二位字母代表材料，,D,是,P,型硅，反型层是,N,沟道；,C,是,N,型硅,P,沟道例如,3DJ6D,是结型,N,沟道场效应三极管，,3DO6C,是绝缘栅型,N,沟道场效应三极管CS,代表场效应管，,××,以数字代表型号的序号，,#,用字母代表同一型号中的不同规格例如,CS14A,、,CS45G,等场效应三极管的型号现行有两种命名方法：,2.,第二种命名方法是,CS××#,：,,双极型和场效应型三极管的比较,,双极型和场效应型三极管的比较,(,续,),,4.4,场效应管静态工作点的设置方法,根据场效应管工作在恒流区的条件，在,g-s,、,d-s,间加极性合适的电源,1.,基本共源放大电路,,,2.,自给偏压电路,由正电源获得负偏压,,称为自给偏压,,,3.,分压式偏置电路,为什么加,R,g3,?,其数值应大些小些？,即典型的,Q,点稳定电路,,场效应管放大电路的动态分析,近似分析时可认为其为无穷大！,根据,i,D,的表达式或转移特性可求得,g,m,与,晶体管的,h,参数等效模型类比：,1.,场效应管的交流等效模型,,2.,基本共源放大电路的动态分析,若,R,d,=3k,Ω,，,R,g,=5k,Ω,，,g,m,=2mS,，,则,,与共射电路比较。
3.,基本共漏放大电路的动态分析,若,R,s,=3k,Ω,，,g,m,=2mS,，,则,,基本共漏放大电路输出电阻的分析,若,R,s,=3k,Ω,，,g,m,=2mS,，则,R,o,=?,,（三） 共栅组态基本放大器,其等效电路如图,:,共栅放大器电路如图,:,与共基放大器类似,:,,输入阻抗低,,输出阻抗高,,电压增益高,-,+,-,U,o,+,G,U,i,R,D,R,L,R,s,S,D,E,D,3-24.,共栅放大器,典型电路,电压增益为,:,式中,:,R,D,’=R,D,// R,L,共栅放大器,等效,电路,(,电流源,),共栅放大器,等效,电路,(,电压源,),,,r,i,’=,,R,s,,//,r,i,输入电阻为,:,-,,g,m,r,ds,,U,i,r,ds,,+,-,U,o,+,G,U,i,R,D,’,R,s,S,D,I,d,,+,-,3-22.,共栅放大器,等效,电路,(,电压源,),r,i,’,r,i,r,i,=,,U,i,,/ I,d,1/,g,m,当,r,ds,,>>,R,D,’,,,g,m,,r,ds,,>>1,时：,所以：,,r,i,’,,R,s,,//,（,1/,g,m,）,输出电阻为,:,r,o,’,,R,D,//,r,ds,,,R,D,r,o,’,,(,四,),三种接法基本放大电路的比较,三种基本放大电路的比较如下,组态对应关系,,CE / CB / CC,,CS / CG / CD,电压增益,,三种基本放大电路的比较如下,组态对应关系,,CE / CB / CC,,CS / CG / CD,输入电阻,R,i,,),+,/1,//(,,CB:,,CC:,CE:,ie,e,h,fe,h,R,CS,：,R,G,,CD,：,R,G,,,CG：,R,s,//(1/,g,m,),,三种基本放大电路的比较如下,组态对应关系,,CE / CB / CC,,CS / CG / CD,输出电阻,R,o,,CS,：,r,ds,,//,R,D,,CD,：,R,s,//(1/,g,m,),,CG,：,R,D,,表,3-3 FET,三种组态性能比较,以上表格中参数是在下列条件,,下求得的：,,g,m,=,,1.5mA;,r,ds,,=,,100k,,,R,D,=,R,s,,=,,10k,;,R,G,=,,5M,,,1.,场效应管的种类：,,结型,(,分,N,沟道和,P,沟道两种,〉,和绝缘栅型,(,又称,M0SFET,）；,,分,N,沟道耗尽型和增强型,,P,沟道耗尽型和增强型,〉,两大类。
2.,场效应管特点：,,是单极型电压控制器件；,,是输入电阻极高，一般可达,102M0,以上，因而可组成多级放大器的输入级，同时在作中间级放大器时，不需考虑对前级的负载作用本章小结,,三种基本组态,〈,共源、共漏和共栅,),，其特性和双极型晶体三极管的三种基本组态,(,共射、共集和共基,〉,相似场效应管放大器的交流分析与双极型晶体三极管放大器基本相似；,,场效应管的直流偏置电路分析有其不同之处本章小结,3.,场效应管放大器也可连接成三种基本组态：,,,作业：,2,，,3,，,5,，,7,，,8,，,10,,,。