结型场效应管介绍

1、场效应管是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件。特点：输入电阻高、噪声低、热稳定性能好、抗辐射能力强。主要用于大规模和超大规模集成电路中。单极型晶体管常用于数字集成电路N沟道P沟道增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道（耗尽型）FET场效应管JFET结型MOSFET绝缘栅型(IGFET)场效应管场效应管分类：4.1 结型场效应管结型场效应管 结构结构 工作原理工作原理 输出特性输出特性 转移特性转移特性 主要参数主要参数 4.1.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理 4.1.2 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数 (Junction type Field Effect Tr

2、ansisstor) 源极源极，用S或s表示N型导电沟道漏极漏极，用D或d表示 P型区P型区栅极，用G或g表示栅极，用G或g表示符号符号4.1.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理4.1 结型场效应管1. 结构结构 2.工作原理（以N沟道为例）vDS=0V时NGSDvDSVGSNNPPiDPN结反偏，VGS越负,则耗尽区越宽，导电沟道越窄。 VGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用VDSNGSDVGSPPiDVGS达到一定值时耗尽区碰到一起，DS间的导电沟道被夹断。 当沟道夹断时，对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP （ 或VGS(off) ）。 VGS继续减小对于N沟道的JFET，VP

3、 0。NGSDVDSVGSNNiDVDS=0V时PP VDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当VGS=0时，VDS iD G、D间PN结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。NGSDVDSVGSPP越靠近漏端，PN结反压越大iD 当VDS增加到使VGD=VP 时，在紧靠漏极处出现预夹断。此时VDS 夹断区延长沟道电阻 ID基本不变GSDVDSVGSPPiDN VGS和和VDS同时作用时同时作用时VGS越小耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。iD 减小。当VP VGS0时VGS足够大时（VGSVT）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V

4、T称为阈值电或开启电压：在VDS 作用下开始导电的VGS 。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。PNNGSDVDSVGSVDS0时iDPNNGSDVDSVGS当VDS不太大时，导电沟道在两个N区间是均匀的。当VDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。（2 2）V VDSDS改变i iD DPNNGSDVDSVGS夹断后，即使VDS 继续增加，iD仍呈恒流特性。iDVDS增加，VGD=VT 时，靠近D端的沟道被夹断，称为予夹断。（1）输出特性曲线iDV DS0VGS03.增强型N沟道MOS管的特性曲线const.DSDGS)( vvfi可变电阻区恒流区击穿区3.增

5、强型N沟道MOS管的特性曲线(2)转移特性曲线0iDvGSVTvDS=10Vconst.GSDDS)( vvfi(3)计算公式)() 1(2GSDTGSTDOVvVvIiNPPgsdgsdP 沟道增强型4.参数见表4.1.1栅源端加负电压 漏源端加负电压1.N 沟道耗尽型予埋了导电沟道 （正离子），在P P型衬底表面形成反型层（N N型）。在vGS 0 0时，就有感生沟道，当V DS 0 0时，则有iD通过。 gsdNgsdPNe e e4.3.2 耗尽型MOSFET2.P 沟道耗尽型NPPgsdgsd予埋了导电沟道（负离子） 3.耗尽型N沟道MOS管的特性曲线耗尽型的耗尽型的N沟道沟道MOS

6、管管VGS=0时就有导电沟道，加反向电时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。压才能夹断。转移特性曲线0iDVGSVP输出特性曲线iDvDS0vGS=0vGS04.3.3各种FET的特性比较及使用注意事项。（见P173P175）栅源电压可正可负。4.4 场效应管放大电路场效应管放大电路 直流偏置电路直流偏置电路 静态工作点静态工作点 FET小信号模型小信号模型 动态指标分析动态指标分析 三种基本放大电路的性能比较三种基本放大电路的性能比较 4.4.1 FET的直流偏置及静态分析的直流偏置及静态分析 4.4.2 FET放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法 1. 直流偏置电路直流偏置电

7、路4.4.1 FET的直流偏置电路及静态分析的直流偏置电路及静态分析（1）自偏压电路偏压电路（2）分压式自偏压电路偏压电路vGSvGSvGSvGSvGSVGS =- IDRSV GSVGVDDg2g1g2VRRR RID 4.4 结型场效应管2. 静态工作点静态工作点Q点：VGS 、ID 、VDSVGS =2PGSDSSD)1 (VVIIVDS =已知VP ，由VDD- ID (Rd + R )- IDR可解出Q点的VGS 、 ID 、 VDS 如知道FET的特性曲线，也可采用图解法。4.4 结型场效应管4.4.2 FET放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法1. FET小信号模

8、型小信号模型 （1）低频模型4.4 结型场效应管（2）高频模型4.4 结型场效应管2. 动态指标分析动态指标分析 （1 1）中频小信号模型4.4 结型场效应管2. 动态指标分析动态指标分析 （2）中频电压增益（3）输入电阻（4）输出电阻忽略 rd iVgsVRVggsm )1(mgsRgV oVdgsmRVg mVARgRgmdm1 /iiRR 由输入输出回路得则giiIVR )/(g2g1g3RRR )/()1(g2g1g3mgsgsRRRRgrr 通常则)/(g2g1g3iRRRR doRR Rgrr)1(mgsgs gsgsgsmgsgsgs)(rVRVgrVV 输出电压与输入电压反相。

9、 例4.4.2 共漏极放大电路如图示。试求中频电压增益、输入电阻和输出电阻。（2）中频电压增益（3）输入电阻 iVgsV)/(LgsmRRVg )/(1LmgsRRgV oV)/(LgsmRRVg mVA)/(1)/(LmLmRRgRRg 得)/(g2g1g3iRRRR 解：解：（1 1）中频小信号模型由ioVV1 例题例题（4 4）输出电阻 TIRIgsmVg RVT gsVTV oRm11gR 所以由图有TTIVgsmVg m1/gR 例题例题3. 三种基本放大电路的性能比较三种基本放大电路的性能比较组态对应关系：4.4 结型场效应管CEBJTFETCSCCCDCBCGBJTFET电压增益

10、：电压增益：beLc)/(rRR )/)(1()/()1(LebeLeRRrRR beLc)/(rRR CE：CC：CB：)/(LdmRRg )/(1)/(LmLmRRgRRg )/(LdmRRgCS：CD：CG：beb/rR输出电阻：输出电阻：cR )/)(1(/LebebRRrR 1)/(/bebserRRR 1/beerRcR3. 三种基本放大电路的性能比较三种基本放大电路的性能比较4.4 结型场效应管BJTFET输入电阻：输入电阻：CE：CC：CB：CS：CD：CG：)/(g2g1g3RRR m1/gR)/(g2g1g3RRR CE：CC：CB：CS：CD：CG：dRm1/gRdR 解

11、：解：画中频小信号等效电路 gsmVg iV gsV2gsmRVg bIbI bI oVcbRI MVA2mcm1RgRg 6 .128 giRR coRR M 5则电压增益为sgRR 例题例题放大电路如图所示。已知，ms 18m g，100 试求电路的中频增益、输入电阻和输出电阻。， k 1ber根据电路有 ioVV由于则 sMVA soVV iosiVVVV k 20 MisiVARRR6 .128M VAend 源极源极，用S或s表示N型导电沟道漏极漏极，用D或d表示 P型区P型区栅极，用G或g表示栅极，用G或g表示符号符号4.1.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理4.1 结型

12、场效应管1. 结构结构 结型场效应管的缺点：1. 栅源极间的电阻虽然可达栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在以上，但在某些场合仍嫌不够高。某些场合仍嫌不够高。3. 栅源极间的栅源极间的PN结加正向电压时，将出现结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。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。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。2. 在高温下，在高温下，PN结的反向电流增大，栅源结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。极间的电阻会显著下降。*4.2 砷化镓金属砷化镓金属-半导体场效应管半导体场效应管（Metal-Smeiconductor Field-Effect Transi

13、stor) MESFET 以以N沟道为主沟道为主4.3 金属金属-氧化物氧化物-半导体场效应管半导体场效应管 MOSFET(Metal-Oxide-semiconductor type Field Effect Transistor)特点：输入电阻很高，最高可达到1015欧姆。 表面场效应器件MOSFET绝缘栅型(IGFET)增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道耗尽型是当vGS=0时，存在导电沟道，iD0.增强型是当vGS=0时，不存在导电沟道， iD=0 。4.3 金属金属-氧化物氧化物-半导体场效应管半导体场效应管:(MOS)1 结构和电路符号PNNgsdP型硅衬底型硅衬底两个两个N区区S

14、iO2绝缘层绝缘层金属铝金属铝gsd4.3.1 N汮道增强型MOSFET三个铝电极栅极与漏极、源极无电接触。PNNGSDVDSVGSVGS0时VGS足够大时（VGSVT）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称为阈值电或开启电压：在VDS 作用下开始导电的VGS 。NPPgsdgsdP 沟道增强型4.参数见表4.1.1栅源端加负电压 漏源端加负电压3. 三种基本放大电路的性能比较三种基本放大电路的性能比较组态对应关系：4.4 结型场效应管CEBJTFETCSCCCDCBCGBJTFET电压增益：电压增益：beLc)/(rRR )/)(1()/()1(LebeLeRRrRR beLc)/(rRR CE：CC：CB：)/(LdmRRg )/(1