3.场效应管.doc

第三章 场效应管（FET）(P101)场效应管：用改变电场强度来控制输出电流的半导体器件，是电压控制器件。场效应管输入端几乎没有电流, 所以其直流输入电阻和交流输入电阻都非常高。分两类：（1）绝缘栅型，常见MOS场效应管（MOSFET），MOS：金属氧化物半导体 （2）结型（JFET）一、 增强型MOSFET1、 结构及符号结构： 符号： N沟道 S（源极），G（栅极），D（漏极）， B（衬底，常和源极S相连） P沟道箭头,，沟道是虚线，三段不连续表示不加时，无沟道，D、S间不导通场效应管与三极管对应关系：、2、 工作原理 (N沟为例)（1）当不加时，（）D、S间是两个背靠背的PN结，所以D、S间是不导通的，无导电沟道，.(2) 当加时，（）在层中产生方向垂直向下的电场，该电场排斥P型半导体中的多子空穴。吸引少子自由电子。随着，紧靠的P型半导体耗尽层N型半导体(反型层)，就把两个区连起来，形成导电沟道。开始形成导电沟道的最小栅源电压称为开启电压（或）. 沟道厚度 沟道电阻 主要是由自由电子（多子）形成的漂移电流，所以场效应管为单极性器件。靠增强栅源电压来形成导电沟道的MOSFET叫增强型MOSFET。3、 转移特性曲线当取不同的定值时，与之间的关系，即表示对的控制作用。 实际上只要是在放大区，不同的对应的转移特性曲线基本是重叠的，所以只要画一条。特点：（1） 当时，沟道全夹断（或无沟道）；（2） 当时，与成平方（二次曲线）关系。其中为比例系数，是器件的参数。对比，三极管，与成指数关系。（3） 为了衡量对的控制能力，引入参数跨导 ，所以当（或）时， 在转移特性曲线图上，为Q点切线的斜率。4、 输出特性曲线（P105）当取不同的定值时，与之间的关系，(对比三极管输出特性曲线：当取不同的定值时，与之间的关系)分四个区（1） 非饱和区（可变电阻区），或，即D端也未夹断。特点：（a）时，近似线性上升，基本符合欧姆定律： ， 为沟道电阻 ，变化时，基本不变。（b）时，斜率， ，即改变，可以改变D、S间的电阻。（2）饱和区（放大区） ， 即 ，D端夹断。特点：（a）曲线与横轴几乎平行，即变化时基本不变（饱和） （b）当是等量间隔时，曲线上稀下密。 原因：，与不是线性关系，而是平方关系。对比三极管输出特性曲线，当是等量间隔时，曲线是平行等距的。原因： , 与成线性关系。（c）曲线与横轴不完全平行，即时稍微有点。原因：沟道长度调制效应。(3)截止区 ，（4）击穿区 ，类似三极管。二、 耗尽型MOSFET (DMOS) （以N沟为例）1、 结构与符号 结构：同增强型，只是衬底表面已经扩散一薄层反型层作沟道，即当时就有沟道，。符号：沟道是一实线，表示时，D、S之间有沟道连接。2、 转移特性曲线（1）时， , 称零栅漏电流（2）开启电压 （N沟） （a）当 时 ， （b）当 时 ， （c）跨导： 耗尽型转移特性曲线特点：特性曲线和纵轴相交而且有伸出去。（对比，增强型转移特性曲线：特性曲线和纵轴不相交）3、输出特性曲线特点：中间有一根参变量VGS为零。（对比，增强型的参变量VGS都不为零）4、P沟耗尽型MOSFET伏安特性曲线（1）转移特性曲线特点：曲线是负斜率（左上到右下走向）（对比N沟曲线是正斜率（左下到右上走向）（2）输出特性曲线特点：当特性曲线在第一象限时，横坐标是-VGS ，（对比，N沟输出特性曲线，当特性曲线在第一象限时，横坐标是VGS ）三、 结型场效应管（JFET）(P117)1、结构及符号 2、工作原理（N沟为例）（1）当时，D、S间已有沟道，有（2）因为PN结必须反偏，所以一定要小于零，越大，则耗尽层越厚，沟道越窄，沟道电阻越大，越小(3) 夹断电压(或) ，当时， ，沟道夹断。3、伏安特性 (N沟为例）（1）转移特性 (2) 输出特性曲线和纵轴相交但没有伸出去 最上面一根的参变量VGS为零四、由特性曲线判别FET的类型的方法（一）、N沟、P沟的判别1、 在转移特性曲线中，如果曲线是正斜率（左下到右上走向）的为N沟； 如果曲线是负斜率（左上到右下走向）的为P沟。2、在输出特性曲线中，当特性曲线在第一象限， 如果横坐标是VGS时为N沟； 如果横坐标是-VGS时为P沟.（二）、增强型(EMOS)、耗尽型(DMOS)、结型(JFET)的判别1、 在转移特性曲线中，如果曲线和纵轴没有相交的为增强型(EMOS)； 如果曲线和纵轴相交而且有伸出去的为耗尽型(DMOS); 如果曲线和纵轴相交但没有伸出去的为结型(JFET)。2、 在输出特性曲线中，如果参变量VGS都不为零时，为增强型； 如果中间一根的参变量VGS为零时，为耗尽型； 如果最上面一根的参变量VGS为零时，为结型。N沟增强型 P沟增强型 N沟耗尽型 P沟耗尽型 N沟结型 P沟结型五、场效应管放大器的偏置电路（P116）提供合适的静态工作点（、和）-工作在放大区1、 自偏压电路（1）放大电路 （2）偏置电路（直流通路） , 而 , -（1）又-（2）求解（1）、（2）可得和。可以看出静态工作点（和）与无关，一般都取很大，但不能开路。该偏置电路的，所以只能用于耗尽型MOS管和结型管JFET。但如果用双电源，如右图（是正的，是负的），则可以用于所有类型FET。 , 是负的,可以是正的，也可以是负的。2、 混合偏置电路 （1）放大电路 （2）偏置电路（直流通路） , , 又 , -（1）-(2)求解（1）、（2）可得和。如果已告知或，则从（1）式可求得另一量。同样可以看出静态工作点（和）与无关，一般都取非常大。六、场效应管交流小信号等效电路任一种类型的场效应管在交流小信号时都可以等效为左下图电路： 对比右上图三极管交流小信号等效电路（NPN和PNP都一样），最大不同是FET的 g和s 之间是开路的，而双极型三极管b和e 之间有电阻和。七、场效应管放大电路（P167）（一）共源（S）放大器-相当于晶体管的共E放大器 交流