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1 第三章场效应管及其放大电路 内容 1 介绍场效应管的结构 工作原理 伏安特性及主要参数 2 介绍基本放大电路 教学基本要求 1 了解场效应管的基本结构 熟练掌握场效应管的伏安特性及主要参数 2 理解放大电路的工作原理 熟练掌握放大电路的分析方法 2 3 1绝缘栅型场效应管 3 2场效应管放大电路 第三章场效应管及其放大电路 3 一 场效应管的分类 场效应管 FET 增强型 绝缘栅型 MOSFET 结型 JFET 耗尽型 概述 场效应管是一种利用电场效应来控制电流大小的半导体器件 4 MOSFET与JFET的主要区别JFET 利用外加电场来控制半导体内的电场效应 通过改变PN结耗尽层的宽度 改变导电沟道的宽窄来控制输出电流 MOSFET 利用外加电场来控制半导体表面的电场效应 通过改变感生沟道的宽窄来控制输出电流 耗尽型与增强型的主要区别耗尽型 场效应管没有外加栅极电压时 已存在导电沟道 增强型 场效应管在外加栅极电压超过一定时 才有导电沟道 5 1 基本结构图3 1是N沟道增强型绝缘栅场效应管的结构示意图 图3 1N沟道增强型绝缘栅场效应管 a 基本结构 b 表示符号 一 N沟道增强型绝缘场效应管 3 1绝缘栅型场效应管 6 利用栅源电压uGS的大小 来改变半导体表面感生电荷的多少 从而控制漏极电流iD的大小 分析 主要讨论uGS对iD的控制作用 1 当uGS 0时 见图3 2a 不论所加电压uDS的极性如何 其中总有一个PN结是反向偏置的 反向电阻很高 则漏极电流iD 0 2 当栅源极之间加正向电压uGS 见图3 2b 在uGS的作用下 产生了垂直于衬底表面的电场 P型硅中少数载流子 自由电子 被吸到表面层填补空穴形成负离子的耗尽层 2 工作原理 7 3 当栅极与源极之间加正向电压uGS UT时 见图3 2c 被吸到表面层中的自由电子较多 填补空穴后还有剩余 在表面层中形成一个N型层 通常称为反型层 它就是沟通源区和漏区的N型导电沟道 形成导电沟道后 在漏极电源uDS的作用下 将产生漏极电流iD MOS管即导通 场效应管是利用场效应原理工作的 8 4 形成反型层的导电沟道后 uGS正值愈高 导电沟道愈宽 即改变uGS 改变沟道宽度 改变iDuGS 沟道宽度 iD 综述 当0 uGS UT时 漏 源极间沟道尚未联通 iD 0 当uGS UT时 随uGS变化iD随之变化 达到uGS对iD的控制 故称MOS管为电压控制元件 9 3 特性曲线 1 转移特性表述 当漏源电压uDS为某一固定值时 栅源电压uGS和漏极电流iD之间的关系曲线 称为转移特性 也就是栅源电压uGS对漏极电流iD的控制特性 表达式 10 输出特性曲线见图3 3 b 2 输出特性 表述 当栅源电压uGS一定的情况下 漏极电流iD与漏源电压uDS之间的关系曲线 称为输出特性 表达式 区 11 1 开启电压UT表述 在一定的漏源电压UDS作用下 使管子由截止变为导通的临界栅源电压uGS 称为开启电压UT 表达式 2 互导gm表述 在漏源电压uDS为某一常数时 漏极电流的微变量 iD和引起这一变化的栅源电压 uGS之比值 称为互导gm 表达式 a 转移特性 4 主要参数 12 3 饱和漏极电流IDSS表述 在一定的漏源电压uDS 通常为10V 作用下 当uGS 0时的漏极电流 称为饱和漏极电流IDSS 表达式 4 直流输入电阻RGS表述 在漏源之间短路的条件下 栅源之间加一定电压时的栅源直流电阻 即为直流输入电阻RGS 13 1 基本结构图3 5是N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的结构示意图 制造时在二氧化硅绝缘层中渗入大量的正离子 在它的作用下 即使uGS 0时 在两个N型区之间形成原始N型导电沟道 图3 5N沟道耗尽型绝缘栅场效应管 a 结构示意图 b 表示符号 二 N沟道耗尽型绝缘场效应管 14 2 工作原理1 在uDS为常数的条件下 当uGS 0时 漏源极间已导通 iD 0 2 在uDS为常数 uGS 0时 沟道变宽 iD 3 在uDS为常数 uGS 0时 沟道变窄 iD 4 当uGS达到一定负值时 沟道被夹断 iD 0 MOS管截止 UGS值称为夹断电压 15 3 特性曲线如图3 6所示 图3 6N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的转移特性和输出特性 16 1 输入端 由于场效应管是利用场效应原理工作的 不向信号源取用电流 故输入端呈开路状态 2 输出端 由伏安特性可知 场效应管的微变等效电路见图3 4 三 场效应管的微变等效电路 输出特性 17 图3 4FET的微变等效电路及高频模型 a 低频模型 c 高频模型 b 低频模型 18 3 2场效应管放大电路 一 放大电路的组成组成 以N沟道增强型绝缘栅场效应管组成的分压式偏压电路为例 电路如图3 8所示 图3 8分压式场效应管放大电路 19 二 静态分析 图3 9直流通路 根据图3 8有图3 9所示的直流通路 20 由图3 9得其分压式场效应管放大电路的交流通路和微变等效电路 如图3 10和图3 11 图3 9分压式场效应管放大电路 图3 11放大电路的微