模拟电子技术基础第讲 结型场效应管

1、模拟电子技术基础第讲 结型场效应管第1页，共17页，2022年，5月20日，6点37分，星期四 场效应管是通过改变外加电压产生的电场强度来控制其导电能力的半导体器件。 它不仅具有双极型三极管的体积小、重量轻、耗电少、寿命长等优点，而且还具有输入电阻高、热稳定性好、抗辐射能力强、噪声低、制造工艺简单、便于集成等特点。因而，在大规模及超大规模集成电路中得到了广泛的应用。 根据结构和工作原理不同,场效应管可分为两大类:结型场效应管(JFET)和绝缘栅型场效应管(IGFET). 主要内容: (1)结型场效应管的结构及工作原理 (2)金属-氧化物-半导体场效应管的结构及工作原理 (3)场效应管放大电路的

2、静态及动态性能分析 学习指导第2页，共17页，2022年，5月20日，6点37分，星期四学习目标： 1.正确理解各种场效应管的工作原理 2.熟练掌握各种场效应管的外特性及主要参数 3.熟练掌握共源、共漏放大电路的工作原理及直流偏置 4.会用场效应管小信号模型分析法求解共源、共漏放大电路的电压增益、输入电阻和输出电阻 第3页，共17页，2022年，5月20日，6点37分，星期四学习方法： 学习本章内容时，应特别注意使用比较和归纳的方法： 1.与三极管及其放大电路进行比较（两种管子的结构、工作原理、外特性、主要参数、小信号模型等的比较；两种器件组成的放大电路的直流偏置电路及静态、动态分析方法的比较

3、；共射与共源、共集与共漏等放大电路性能的比较）。 2.不同类型（结型与绝缘栅型）、不同沟道的各种场效应管之间的比较与归纳（工作原理、电压极性、主要参数的比较等）。 第4页，共17页，2022年，5月20日，6点37分，星期四概 述场效应管与晶体管的区别1. 晶体管是电流控制元件；场效应管是电压控制元件。2. 晶体管参与导电的是电子空穴，因此称其为双极型器件； 场效应管是电压控制元件，参与导电的只有一种载流子， 因此称其为单极型器件。3. 晶体管的输入电阻较低，一般102104； 场效应管的输入电阻高，可达1091014场效应管的分类结型场效应管JFETMOS型场效应管JFET第5页，共17页，

4、2022年，5月20日，6点37分，星期四N沟道P沟道增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道（耗尽型）FET场效应管JFET结型MOSFET绝缘栅型(IGFET)场效应管的分类第6页，共17页，2022年，5月20日，6点37分，星期四4.1 结型场效应管结型场效应管的结构结型场效应管的工作原理结型场效应管的特性曲线及参数第7页，共17页，2022年，5月20日，6点37分，星期四1、结型场效应管（JFET)结构P+P+NGSD导电沟道结型场效应管动画一 源极，用S或s表示N型导电沟道漏极，用D或d表示 P型区P型区栅极，用G或g表示栅极，用G或g表示符号符号第8页，共17页，2022年，5月2

5、0日，6点37分，星期四4.1 结型场效应管 VGS对沟道的控制作用当VGS0时 当沟道夹断时,ID减小至0，此时对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP ( 或VGS(off) )。对于N沟道的JFET，VP 0。PN结反偏耗尽层加厚沟道变窄 VGS继续减小，沟道继续变窄， ID继续变小DP+P+NGSVDSIDVGS 当VGS=0时，沟道最宽，沟道电阻最小，在VDS的作用下N沟道内的电子定向运动形成漏极电流ID,此时最大。沟道电阻变大ID变小2、结型场效应管（JFET)的工作原理 根据其结构，它只能工作在反偏条件下，N沟道管加负栅源电压， P沟道管加正栅源电压，否则将会出现栅流。动画二第9页，

6、共17页，2022年，5月20日，6点37分，星期四4.1 结型场效应管 VDS对沟道的控制作用当VGS=0时，VDSID G、D间PN结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。 当VDS增加到使VGD=VP 时，在紧靠漏极处出现预夹断。此时VDS 夹断区延长沟道电阻ID基本不变2、结型场效应管（JFET)的工作原理DP+P+NGSVDSIDVGS第10页，共17页，2022年，5月20日，6点37分，星期四4.1 结型场效应管VGS和VDS同时作用时当VP VGS0 时，导电沟道更容易夹断， 对于同样的VDS ， ID的值比VGS=0时的值要小。在预夹断处VG

7、D=VGS-VDS =VP 2、结型场效应管（JFET)的工作原理DP+P+NGSVDSIDVGS第11页，共17页，2022年，5月20日，6点37分，星期四综上分析可知 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电， 所以场效应管也称为单极型三极管。JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。4.1 结型场效应管# 为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？ JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因 此iG0，输入电阻很高。 JFET是利用PN结反向电压对耗尽层厚度的控制，来改变导电沟道的宽窄，从而控制漏极电流的大小。第12页，共17

8、页，2022年，5月20日，6点37分，星期四4.1 结型场效应管# JFET有正常放大作用时，沟道处于什么状态？(2) 转移特性 VP(1) 输出特性 3、结型场效应管（JFET)的特性曲线及参数动画三动画四第13页，共17页，2022年，5月20日，6点37分，星期四 夹断电压VP (或VGS(off)： 饱和漏极电流IDSS： 低频跨导gm：或4.1 结型场效应管(3) 主要参数漏极电流约为零时的VGS值 。VGS=0时对应的漏极电流。 低频跨导反映了vGS对iD的控制作用。gm可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子)。 输出电阻rd：第14页，共17页，2022年，5月20日，6点37分，星期四4.1 结型场效应管(3) 主要参数 直流输入电阻RGS： 对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107。 最大漏极功耗PDM 最大漏源电压V(BR)