第3章 场效应

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1、3场效应晶体管及其放大电路3.2绝缘栅型场效应管3.1结型场效应管3.3场效应管放大电路场效应管，简称FET(FieldEffectTransistor)，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)在大规模集成电路制造中得到了广泛的应用。3.1结型场效应管3.1.1JFET的结构和工作原理3.1.2JFET的特性曲线3.1.3JFET的主要电参数3.1.1JFET

2、的结构和工作原理1、结构图示为N沟道结型场效应管的结构与符号，结型场效应管符号中的箭头，表示由P区指向N区。2、工作原理（1）当栅源电压uGS=0时，两个PN结的耗尽层比较窄，中间的N型导电沟道比较宽，沟道电阻小，如图所示。（2）当uGS<0时，两个PN结反向偏置，PN结的耗尽层变宽，中间的N型导电沟道相应变窄，沟道导通电阻增大，如图所示。uGS继续减小，沟道继续变窄。当沟道夹断时，对应的栅源电压uGS称为夹断电压UGS(off)。对于N沟道的JFET，UGS(off)<0。（3）当UGS(off)0

3、时，可产生漏极电流iD。iD的大小将随栅源电压uGS的变化而变化，从而实现电压对漏极电流的控制作用。uDS的存在，使得漏极附近的电位高，而源极附近的电位低，即沿N型导电沟道从漏极到源极形成一定的电位梯度，这样靠近漏极附近的PN结所加的反向偏置电压大，耗尽层宽；靠近源极附近的PN结反偏电压小，耗尽层窄，导电沟道成为一个楔形，如图所示。当uDS增加到使uGD=UGS(off)时，在紧靠漏极处出现预夹断。此时uDS夹断区延长沟道电阻iD基本不变综上所述，可得下述结论：（1）JFET栅极、沟道之间的PN结是反向偏置的，因

4、此其iG约等于零，输入电阻的阻值很高；（2）JFET是电压控制电流器件，iD受uGS控制；（3）预夹断前，iD与uDS呈近似线性关系，预夹断后，iD趋于饱和。3.1.2JFET的特性曲线1.输出特性图示即为N沟道场效应管的输出特性曲线，它与NPN型三极管的输出特性曲线相似，可以分为四个区.可变电阻区恒流区截止区击穿区各区的特点：（1）截止区（夹断区）：当uGS

5、电阻。图中左边的一条虚线为预夹断轨迹。当，时，则N沟道JFET工作在可变电阻区，其伏安特性可表示为其中Kn为电导常数。（3）恒流区：又称饱和区或放大区，是预夹断后的区域，管子漏极电流iD几乎不随uDS变化，主要由uGS决定。在此区域，场效应管可以看作一个恒流源。利用场效应管做放大管时，管子在此区域工作。当，时，JFET工作在饱和区，此时（4）击穿区：当uDS增大到一定程度时，栅漏极间PN结发生雪崩击穿，iD迅速增大。如果不加限制，管子将会电击穿。管子不允许在此区域工作。2.转移特性转移特性反映了场效应管栅源电压对漏极电流的

6、控制作用。当uGS=0时，导电沟道电阻最小，iD最大，称此电流为场效应管的饱和漏极电流IDSS。当uGS=UGS(off)时，导电沟道被完全夹断，沟道电阻最大，此时iD=0，称UGS(off)为夹断电压。1.直流参数(1)夹断电压UGS(off)(2)零偏漏极电流IDSS(3)直流输入电阻RGS2.交流参数(1)跨导gm(2)极间电容3.1.3JFET的主要电参数绝缘栅型场效应管是由金属（Metal）、氧化物（Oxide）和半导体（Semiconductor）材料构成的，因此又叫MOS管，可以用MOSFET表示。绝缘栅场效

7、应管分为增强型和耗尽型两种，每一种又包括N沟道和P沟道两种类型。增强型和耗尽型的区别是：当uGS=0时，存在导电沟道的称为耗尽型，不存在导电沟道的称为增强型。3.2绝缘栅型场效应管3.2.1N沟道增强型MOS管1.结构与符号符号中的箭头表示从P区（衬底）指向N区（N沟道），虚线表示增强型。2.N沟道增强型MOS管的工作原理（1）uGS对沟道的控制作用当uGS≤0时无导电沟道，d、s间加电压时，也无电流产生。当0UT时在电场作用

8、下产生导电沟道，d、s间加电压后，将有电流产生。uGS越大，导电沟道越厚UT称为开启电压（2）uDS对iD的影响iD随uDS的增大而增大，可变电阻区uGD＝UT,预夹断iD几乎仅仅受控于uGS，恒流区刚出现夹断uGS的增大几乎全部用来克服夹断区的电阻3.伏安特性曲线及大信号特性方程MOSFET的输出特性