场效应管的原理及应用

关于场效应管的原理及应用第一页，共二十七页，2022年，8月28日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。

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。第二页，共二十七页，2022年，8月28日

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

第三页，共二十七页，2022年，8月28日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)第四页，共二十七页，2022年，8月28日图3.2N沟道结型场效应管工作原理

第五页，共二十七页，2022年，8月28日图3.3N沟道结型场效应管转移特性曲线第六页，共二十七页，2022年，8月28日

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之间的关系,即

在UGS(off)≤uGS≤0的范围内,漏极电流iD与栅极电压uGS的关系为(3.2)(3.3)第七页，共二十七页，2022年，8月28日

图3.4N沟道结型场效应管输出特性曲线第八页，共二十七页，2022年，8月28日

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沟道符号第九页，共二十七页，2022年，8月28日

图3.6N沟道增强型MOS管工作原理第十页，共二十七页，2022年，8月28日

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uGS≥UGS（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。第十一页，共二十七页，2022年，8月28日

图3.7N沟道增强型场效应管特性曲线（a）转移特性;（b）输出特性第十二页，共二十七页，2022年，8月28日

2.耗尽型绝缘栅场效应管的结构及工作原理图3.8为N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。第十三页，共二十七页，2022年，8月28日

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

第十四页，共二十七页，2022年，8月28日

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)第十五页，共二十七页，2022年，8月28日

场效应管的主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IDSS3）漏源击穿电压U（BR）DS4)栅源击穿电压U（BR）GS5）直流输入电阻RGS6）最大耗散功率PDM7）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)第十六页，共二十七页，2022年，8月28日

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。第十七页，共二十七页，2022年，8月28日

（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。

第十八页，共二十七页，2022年，8月28日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。本节主要介绍常用的共源和共漏两种放大电路。

共源放大电路

1.电路组成及直流偏置

第十九页，共二十七页，2022年，8月28日图3.10场效应管共源放大电路第二十页，共二十七页，2022年，8月28日

由于栅极电阻上无直流电流,因而(3.7)(3.8)第二十一页，共二十七页，2022年，8月28日

图3.11分压偏置式共源放大电路第二十二页，共二十七页，2022年，8月28日

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二十三页，共二十七页，2022年，8月28日

图3.12场效应管微变等效电路第二十四页，共二十七页，2022年，8月28日

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