第四章 场效应管

模拟电子技术授课教师：胡玉玲第四章

场效应管放大电路第四章场效应管放大电路4.1结型场效应管4.2金属-氧化物-半导体场效应管场效应管（FET):利用电场效应来控制电流大小，参与导电的只有一种载流子，属于单极型器件。引言晶体管（BJT):电流控制电流的器件，参与导电的有两种载流子，属于双极型器件。结型场效应管JFET金属氧化物半导体场效应管MOSFET场效应管有两类:优点：体积小、重量轻、耗电省、输入阻抗高，温度稳定性好、噪声低。§4.1JFET场效应管结型场效应管N沟道结型场效应管P沟道结型场效应管DGSDGS一、N沟道结型场效应管N基底：N型半导体PP两边是P区G(栅极)S源极D漏极导电沟道1、结构S源极NPPG(栅极)D漏极N沟道结型场效应管DGS2、符号S源极PNNG(栅极)D漏极P沟道结型场效应管DGS二、P沟道结型场效应管1、结构2、符号三、工作原理（以N沟道为例）VDS=0V时GSDVDS=0VGSNNIDPN结反偏，|VGS|越大则耗尽层越宽，导电沟道越窄。1、VDS=0，G、S加负电压：NPPVDS=0时NGSDVDS=0VGSPPIDVGS达到一定值时（夹断电压VP）,耗尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即使VDS0V，漏极电流ID=0A。VGS对ID的控制作用：改变VGS的大小可以有效地控制导电沟道电阻大小，对于固定的VDS，VGS增大可以使ID减小。NGSDVDSVGS=0VGS=0且VDS>0时耗尽区的形状PP越靠近漏端，PN结反压越大ID2、VGS=0，D、S加正电压：VDS对ID的影响：改变VDS的大小可以一方面有利于ID增加，另一方面又增大了阻碍漏极电流增大的因素。3、G、S加负电压，D、S加正电压：NGSDVDSNNIDPPVGS越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。但当VGS较小时，耗尽区宽度有限，存在导电沟道。DS间相当于线性电阻。VGSVGS<Vp且VDS较大时VGD<VP时耗尽区的形状沟道中仍是电阻特性，但是是非线性电阻。NGSDVDSPPIDVGSVGS<VpVGD=VP时漏端的沟道被夹断，称为予夹断。VDS增大则被夹断区向下延伸。VGSNGSDVDSPPIDVGS<VpVGD=VP时此时，电流ID由未被夹断区域中的载流子形成，基本不随VDS的增加而增加，呈恒流特性。NGSDVDSPPIDVGS四、特性曲线1、输出特性曲线VDS0IDIDSSVP饱和漏极电流VGS=0夹断电压某一VGS下ID-VDS予夹断曲线VGS=0V-2V-1V-3V-4V-5V可变电阻区夹断区恒流区输出特性曲线IDVDS0VGS0IDIDSSVP一定VDS下的ID-VGS曲线2、转移特性曲线P沟道结型场效应管的特性曲线转移特性曲线VGS0IDIDSSVP输出特性曲线P沟道结型场效应管的特性曲线予夹断曲线IDVDS2VVGS=0V1V3V4V5V可变电阻区夹断区恒流区0例题1：一个JFET的转移特性曲线如图所示，试问：它是N沟道还是P沟道的FET?它的夹断电压和饱和漏极电流各是多少？例题2：从JFET的输出特性中，作出VDS=8V时的转移特性曲线。六、主要参数：1、夹断电压VP：2、饱和漏极电流IDSS:VGS=0V予夹断曲线-2V-1V-3V-4V-5VIDVDS03、直流输入电阻RGS（DC）：栅压除栅流4、输出电阻rd:5、最大耗散功率PDM:6、击穿电压：V（BR）DSV（BR）GS结型场效应管的缺点1.栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在某些场合仍嫌不够高。3.栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。2.在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。引言：MOSFET是利用半导体表面的电场效应来工作的，它的输入电阻可达1015以上。§4.2金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET

MOSFET分类N沟道MOS管P沟道MOS管增强型耗尽型增强型耗尽型按照导电的载流子分按照导电沟道形成的机理分4.2.1N沟道增强型MOSFETPNNGSDP型基底两个N区SiO2绝缘层金属铝GSD1、结构和电路符号绝缘栅极NPPGSDGSDP沟道增强型2、N沟道增强型MOS管的工作原理MOSFET是利用栅源电压的大小来改变半导体表面的感应电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。增强型：当VGS=0V时，没有导电沟道，iD=0，而必须依靠栅源电压的作用，才能形成感生沟道的场效应管为增强型。PNNGSDVDSVGSVGS=0时D-S间相当于两个反接的PN结ID=0对应截止区1、VGS=0时增强型：

VGS=0V，iD=0iDvDS0截止区PNNGSDVDSVGSVGS>0时VGS足够大时（VGS>VT）感应出足够多电子，这里出现以电子导电为主的N型导电沟道。感应出电子VT称为开启电压2、VGS>0时VGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，VGS越大此电阻越小，在VDS一定时，电流Id随着VGS增大而增大。PNNGSDVDSVGSPNNGSDVDSVGS当VDS不太大时，导电沟道在两个N区间是均匀的。3、VDS较小时iDvDS0A可变电阻区PNNGSDVDSVGS当VDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。4、VDS较大时PNNGSDVDSVGSVDS增加，VGD=VT时，靠近D端的沟道被夹断，称为预夹断。预夹断后，即使VDS继续增加，ID仍呈恒流特性。IDiDvDS0A饱和区注意：预夹断的临界条件：总结：MOSFET是一个电压控制型器件。对于增强型，改变VGS的大小可以有效地控制感应电荷的多少，对于固定的VDS，VGS增大可以使ID增大。3、增强型N沟道MOS管的特性曲线转移特性曲线0IDVGSVT输出特性曲线IDVDS0VGS>VT>0转移特性曲线可以由输出特性曲线获得。举例书204页图5.1.4的获得。耗尽型:VGS=0V，加上VDS有iD存在。PNNGSD绝缘层中掺有大量的正离子，即予埋了导电沟道GSD4.2.2N沟道耗尽型MOS管1、结构和电路符号P沟道耗尽型NPPGSDGSD予埋了导电沟道PNNGSDVDSVGS2、工作原理3、特性曲线：耗尽型的MOS管VGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。0IDVGSVT转移特性曲线输出特性曲线IDVDS0VGS=0VGS<0VGS>0总结：耗尽型的MOS管也是电压控制电流的器件，可以在正或负的栅源电压下工作。1）场效应管的G、S、D相当于三极管的B、E、C。2）场效应管是电压控制器件，栅流基本为0。3）场效应管的D、S可互换。场效应管与三极管比较：补充：MOSFET的