与双极型三极管相比

1、与双极型三极管相比：双极型三极管只有两种用途：一是当作电流控制器件用来组成放大电路；二是在数字电路中用做开关元件。3、学习方法场效应管是代替双极型三极管的一个性能更好的三极管，所以在学习的过程中一定要与双极型三极管来对比，不能当作一个全新的器件来学习。在学习这部分内容之前，先了解场效应管的作用，场效应管的应用与双极型三极管基本相同，只是场效应管的输入电阻比较大，性能指标更好些，学习中不要把场效应管与双极型三极管割裂开来，应注意比较它们的相同点和不同点。可以这样类比：栅极与基极对应，漏极与集电极对应，源极与发射极对应。场效应管又叫做单极型三极管，共有三种用途：一是当作压控可变电阻，即非线性电阻来

2、使用；二是当作电压控制器件用来组成放大电路；三是在数字电路中用做开关元件。双极型三极管只有两种用途：一是当作电流控制器件用来组成放大电路；二是在数字电路中用做开关元件。4、再次强调电压参考方向和电流参考方向的约定问题教材中的场效应管的特性曲线是在某种参考方向的约定下得出的，但是教材中没有强调这个问题，教材的编写认为学生对电路的理解已经很到位，但是实际情况并非如此。所以在此必须再次特别强调这个问题。 5、场效应管的分类：JFET和IGFET。JFET又分N沟道JFET和P沟道JFET。IGFET主要是MOSFET，N沟道增强型、N沟道耗尽型、P沟道增强型、P沟道耗尽型。6、JFET的工作原理：学

3、习中不要把场效应管与双极型三极管割裂开来，应注意比较它们的相同点和不同点。可以这样类比：栅极与基极对应，漏极与集电极对应，源极与发射极对应。以N沟道JFET为例，按照如下的思路来讲解：（1）电压源VGS和电压源VDS都不起作用，电压值均为0；（2）只有电压源VGS起作用，电压源VDS的电压值为0；（3）只有电压源VDS起作用，电压源VGS的电压值为0；（4）电压源VGS和电压源VDS同时起作用。在给出各种情况下的结型场效应管的工作状态时，同时画出对应的输出特性曲线。强调电压源VGS的真实方向，电压源VGS让PN结处于反偏状态，所以VGS为一个负数。电压源VGS控制导电沟道的宽窄，从而改变导电沟

4、道的电阻，再控制漏极电流的大小，体现了电压对电流的一个控制能力，可以组成放大电路。在使用课件过程中，请主义不同的电压源和其对应产生的PN结使用不同颜色的线条给出，对应关系一目了然。6.1 VDS =0伏、VGS = 0伏时JFET的工作状态这种情况下两个PN结处于零偏置状态，它们中间的区域是导电沟道。而且导电沟道从漏极到源极平行等宽。用画有黑色的斜线的区域表示达到动态平衡时的PN结。如图1所示。这时导电沟道的电阻记为R1。图1 VDS =0伏、VGS = 0伏时JFET的工作状态6.2当VDS =0伏时分别讨论VGS 分别为 -1伏和 Vp 时JFET的工作状态VDS =0伏、VGS逐渐增加V

5、GS = -1伏图2 VDS =0伏、VGS = -1伏时JFET的工作状态如图2所示。画有黑色的左斜线的区域所表示的PN结是没有外加电压源时自然形成的。外加电压源VGS使PN结处于反偏状态，PN结的宽度增加，增加的这一部分用画有红色的右斜线的区域来表示。同时将电压源VGS也画成红色，电压源的符号和其产生的PN结均画成红色，对应关系一目了然（因为黑白图无法表示出颜色，所以在图2中用文字加以说明）。此时导电沟道从漏极到源极平行等宽，但比没有电压源VGS作用时的导电沟道要窄一些。这时的导电沟道的电阻用R2表示。R2要大于R1。2) VDS =0伏、VGS逐渐增加至VGS = Vp当VGS逐渐增加至

6、VGS = Vp 时（不妨取Vp= -3伏），由VGS产生的PN结左右相接，使导电沟道完全被夹断。这时的结型场效应管处于截止状态。如图3所示。Vp是结型场效应管的一个参数，称为夹断电压。不同管子的夹断电压的值是不同的。 图3 VDS =0伏、VGS = Vp时JFET的工作状态VDS =0伏、VGS继续增加结型场效应管进入击穿状态 VGS 增加使PN结上的反偏电压超过V（BR）DS时，结型场效应管将进入击穿状态。6.3 当VGS =0伏时分别讨论VDS 由小变大的过程中JFET的几种工作状态VGS =0伏、VDS的值比较小时如图4所示，在课件中，电压源VDS用蓝色的线条表示，由它产生的PN结也

7、对应的用蓝色的线条表示（在图4中用文字来说明）。因为VGS =0伏，所以VGS对PN结的宽度没有影响，如前所述，此时导电沟道最宽，相应的等效电阻为R1。电压源VDS使电流沿导电沟道从漏极流向源极，从而引起漏极到源极的导电沟道上有电位降，VDS给PN结施加的是一个反偏电压，靠近漏极的区域反偏电压大，靠近源极的区域反偏电压小，导电沟道不再是上下平行等宽，而是上窄下宽。当VDS 比较小时 ，导电沟道不会被夹断。在导电沟道没有被夹断之前，可以近似地认为导电沟道的电阻均为R1，此时导电沟道可以认为是线性电阻。这时VDS和iD的关系可以用图7 输出特性曲线中过原点的OA直线段表示。可以这么说，当导电沟道在

8、预夹断之前JFET管的状态对应输出特性曲线的线性电阻区。图4 VGS =0伏、VDS较小时的JFET的工作状态2) VGS =0伏、VDS的值增加至Vp时如图5所示，当VDS的值增加至Vp时，PN结在靠近漏极的一点最先相接，导电沟道被预夹断。对应图7输出特性曲线中的A点。此时沟道中的电流为所有可能的最大的电流，称为饱和漏极电流，记作IDSS 。图5 VGS =0伏、VDS增加至Vp时的JFET的工作状态3) VGS =0伏、VDS继续增加如图6所示，当VDS继续增加时，PN结相接的区域继续向源极方向扩展，导电沟道被夹断的这部分区域对应的电阻可以近似认为是无穷大，但是此时在靠近源极的区域导电沟道

9、还存在，与被夹断的区域所呈现的电阻相比，此导电沟道对应的电阻比较小，所以当电压源VDS增加时，可以近似认为漏极电流不随VDS的增加而增加。可以这样来解释，电压源VDS增加的部分几乎全部落在前一部分上，导电沟道上的电压几乎不变，所以漏极电流几乎不变，处于饱和状态，此时的电流仍然是IDSS，JFET管的状态对应图7输出特性曲线中的AB段。此区域称为恒流区（放大区、饱和区）。此时场效应管可当作电压控制器件用来组成放大电路。 图6 VGS =0伏、VDS继续增加时JFET的工作状态4) VGS =0伏、VDS继续增加至V（BR）DSPN结上的反偏电压超过某值时，结型场效应管将进入击穿状态，如图7中的B

10、点所示。此时的VDS值为最大漏源电压，记为V（BR）DS 。图7 VGS =0伏时的输出特性曲线6.4 当VGS = -1伏（即VGSVp的某个值）时 VDS 由小变大时JFET的状态1) VGS = -1伏、VDS的值比较小时电压源VGS画成红色，标有红色的右斜线的区域表示VGS = -1伏产生的PN结，红色的电压源符号与红色的PN结对应。如前所述，此时导电沟道的电阻为R2。电压源VDS使电流沿导电沟道从漏极流向源极，从而引起漏极到源极的导电沟道上有电位降，VDS给PN结施加的是一个反偏电压，靠近漏极的区域反偏电压大，靠近源极的区域反偏电压小，导电沟道不再是上下平行等宽，而是上窄下宽。因为V

11、DS 的值比较小，所以导电沟道还没有被夹断。在导电沟道没有被夹断之前，可以近似地认为导电沟道的电阻均为R2，导电沟道呈现线性电阻的性质。JFET管的状态对应图11 中过原点的OM直线段。可以这么说，导电沟道在预夹断之前可以等效成一个线性电阻。图8 VGS = -1伏、VDS 比较小时的JFET的工作状态VGS = -1伏、VDS的值增加至某值开始出现预夹断如图9所示，当VDS的值增加至某值（此值比Vp小）时，两边的PN结在靠近漏极的某点最先相接，导电沟道被预夹断,在此点有VGS+VDS =Vp。JFET的状态对应图11输出特性曲线中的M点。M点对应的VDS值比A点对应的VDS值小，因为VDS=

12、Vp-VGSVp。图9 VGS = -1伏、VDS的值增加至预夹断时JFET的工作状态3) VGS = -1伏、VDS的值继续增加 如图10所示，当VDS继续增加时，两边PN结相接的区域继续向源极方向扩展，这部分区域对应的电阻可以认为是无穷大。此时导电沟道在靠近源极的区域依然存在，导电沟道对应的电阻比较小。漏极电流不随VDS的增加而增加，可以这样来解释，电压源VDS增加的部分几乎全部落在前一部分上，导电沟道上的电压几乎不变。所以漏极电流几乎不变，处于饱和状态。此时JFET管的状态对应图11输出特性曲线中的MN段。此区域称为恒流区（放大区、饱和区）。此时场效应管可当作电压控制器件用来组成放大电路

13、。图10 VGS = -1伏、VDS继续增加时JFET的工作状态4）VGS = -1伏、VDS继续增加至出现PN结击穿VGS 和VDS电压源分别使PN结反偏，它们共同作用使靠近漏极的PN结承受最大的反偏电压，VDS增加使PN结上的反偏电压过大时，在靠近漏极的区域首先出现反向击穿。结型场效应管进入反向击穿状态，此时的VDS值比VGS =0时出现反向击穿的VDS小。图11 输出特性曲线6.5 当VGS VP时JFET处于截止状态 当VGS VP时，导电沟道全部被夹断，JFET处于截止状态，在数字电路中作为开关元件的一个状态,对应于开关断开。 不同VGS下预夹断点相连成一条曲线，此曲线与纵轴相夹的区

14、域称为可变电阻区。此时场效应管当作压控可变电阻，即非线性电阻来使用。可变电阻区在数字电路中作为开关元件的一个状态，相当于开关闭合，此时的VDS记为VDS（sat） ，VDS（sat）Vp。绝缘栅场效应管的讲解与结型场效应管的讲解过程几乎完全相同，只是导电沟道的形成原理稍有不同。7 场效应管的输出特性曲线和转移特性曲线在讲解场效应管工作原理的过程中，同时得出了输出特性曲线。可使学生对输出特性曲线有一个比较直观的理解。没有必要分析场效应管的输入特性曲线，因为栅极的电流为0。这点与双极型三极管的特性曲线不同，双极型三极管需要输入特性曲线来描述三极管的特性。如图12所示，在输出特性曲线的放大区，在放大区，对应画出一条垂线，可以得到一组VGS和i D的值，将这些点连成一条曲线，称为转移特性曲线，如图13所示。转移特性曲线从另一个侧面描述了效应管的VGS电压对漏极电流iD的控制能力。曲线上任一点的切线的斜率即为此点的跨导gm。gm越大，说明VGS对iD的控制能力越强，gm是表征场效应管放大能力的一个重要参数。图12 从输出特性曲线求转移特性曲线 图13 转移特性曲线8 场效应管的小信号模型SDgdsvgs+-+-vdsG