场效应管原理与应用

1、关于场效应管的原理及应用第1页，共27页，2022年，5月20日，5点41分，星期四3.1 场效应管 场效应管按结构分为结型场效应管和绝缘栅型场效应管两类。 3.1.1结型场效应管 1. 结型场效应管的结构及工作原理 1) 基本结构及符号 如图3.1(a)所示, 在一块N型硅半导体两侧制作两个P型区域, 形成两个PN结, 把两个P型区相连后引出一个电极, 称为栅极, 用字母G(或g)表示。 第2页，共27页，2022年，5月20日，5点41分，星期四 图 3.1结型场效应管结构与符号图结构; (b) N沟道结型场效应管符号; (c) P沟道结型场效应 第3页，共27页，2022年，5月20日，

2、5点41分，星期四 2) 工作原理 图3.2表示的是结型场效应管施加偏置电压后的接线图。 2 特性曲线 场效应管的特性曲线分为转移特性曲线和输出特性曲线。 1) 转移特性 在uDS一定时, 漏极电流iD与栅源电压uGS之间的关系称为转移特性。 即(3. 1)第4页，共27页，2022年，5月20日，5点41分，星期四图3.2 N沟道结型场效应管工作原理 第5页，共27页，2022年，5月20日，5点41分，星期四图3.3 N沟道结型场效应管转移特性曲线第6页，共27页，2022年，5月20日，5点41分，星期四 2) 输出特性 输出特性是指栅源电压uGS一定, 漏极电流iD与漏极电压uDS之间

3、的关系, 即 在UGS(off)uGS0的范围内, 漏极电流iD与栅极电 压uGS的关系为(3. 2)(3. 3)第7页，共27页，2022年，5月20日，5点41分，星期四 图 3.4 N沟道结型场效应管输出特性曲线第8页，共27页，2022年，5月20日，5点41分，星期四 3.1.2绝缘栅型场效应管 1. 增强型绝缘栅场效应管的结构及工作原理 1) 结构及符号 2) 工作原理 图 3.5增强型MOS管结构及符号图 (a) N沟道结构图; (b) N沟道符号; (c) P沟道符号第9页，共27页，2022年，5月20日，5点41分，星期四 图 3.6 N沟道增强型MOS管工作原理第10页，

4、共27页，2022年，5月20日，5点41分，星期四 3) 特性曲线 （1） N沟道增强型绝缘栅场效应管的转移特性曲线如图3.7(a)所示。 在uGSUGS（th）时, iD与uGS的关系可用下式表示: (3. 4) 其中ID0是uGS=2UGS（th）时的iD值。 （2） N沟道增强型绝缘栅场效应管的输出特性曲线 如图3.7（b）所示。 第11页，共27页，2022年，5月20日，5点41分，星期四 图3.7N沟道增强型场效应管特性曲线 （a） 转移特性; （b） 输出特性第12页，共27页，2022年，5月20日，5点41分，星期四 2. 耗尽型绝缘栅场效应管的结构及工作原理 图3.8为N

5、沟道耗尽型场效应管的结构图。 其结构与增强型场效应管的结构相似, 不同的是这种管子在制造时, 就在二氧化硅绝缘层中掺入了大量的正离子。 第13页，共27页，2022年，5月20日，5点41分，星期四 图3.8耗尽型MOS管结构及符号图(a) N沟道结构图; （b） N沟道符号; （c） P沟道符号第14页，共27页，2022年，5月20日，5点41分，星期四 图3.9N沟道耗尽型场效应管特性曲线 （a） 转移特性; （b） 输出特性在uGS UGS（off）时, iD与uGS的关系可用下式表示: (3. 5)第15页，共27页，2022年，5月20日，5点41分，星期四 3.1.3场效应管的主

6、要参数及使用注意事项 1 主要参数 1） 夹断电压UGS（off）或开启电压UGS（th） 2） 饱和漏极电流IDSS 3） 漏源击穿电压U（BR）DS 4) 栅源击穿电压U（BR）GS 5） 直流输入电阻RGS 6） 最大耗散功率PDM 7） 跨导gm 在uDS为定值的条件下, 漏极电流变化量与引起这个变化的栅源电压变化量之比, 称为跨导或互导, 即 (3. 6)第16页，共27页，2022年，5月20日，5点41分，星期四 2 检测及使用注意事项 1） 检测 结型效应管可用万用表判别其管脚和性能的优劣。 （1） 管脚的判别 （2） 质量判定 2） 注意事项 （1） MOS管栅、 源极之间的

7、电阻很高, 使得栅极的感应电荷不易泄放, 因极间电容很小, 故会造成电压过高使绝缘层击穿。 （2） 有些场效应晶体管将衬底引出, 故有4个管脚, 这种管子漏极与源极可互换使用。 （3） 使用场效应管时各极必须加正确的工作电压。 第17页，共27页，2022年，5月20日，5点41分，星期四 （4） 在使用场效应管时, 要注意漏源电压、 漏源电流及耗散功率等, 不要超过规定的最大允许值。 第18页，共27页，2022年，5月20日，5点41分，星期四3.2 场效应管及其放大电路 与三极管一样, 根据输入、 输出回路公共端选择不同, 将场效应管放大电路分成共源、 共漏和共栅三种组态。 本节主要介绍

8、常用的共源和共漏两种放大电路。 3.2.1共源放大电路 1. 电路组成及直流偏置 第19页，共27页，2022年，5月20日，5点41分，星期四图 3.10 场效应管共源放大电路第20页，共27页，2022年，5月20日，5点41分，星期四 由于栅极电阻上无直流电流, 因而 (3. 7) (3. 8)第21页，共27页，2022年，5月20日，5点41分，星期四 图 3.11分压偏置式共源放大电路第22页，共27页，2022年，5月20日，5点41分，星期四 场效应管放大电路的静态工作点可用式（3.4）或式（3.5）与式（3.7）或式（3.8）联立求出UGSQ和IDQ,漏源电压UDSQ由下式求得: (3. 9) 2. 动态分析 放大电路的动态参数可由微变等效电路求出。 1） 场效应管的微变等效电路 2） 共源放大电路的微变等效电路第23页，共27页，2022年，5月20日，5点41分，星期四 图3.12场效应管微变等效电路第24页，共27页，2022年，5月20日，5点41分，星期四 （1） 电压放大倍数: (3. 10)（2） 输入电阻: (3. 11) （