场效应管放大电路

1、For personal use only in study and research; not forcommercial use第四章场效应管放大电路学习要求 :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，这种器件 不仅有体积小、 重量轻、耗电省、寿命长等特点， 而且还有输入阻抗高、 噪声低、 热稳定性好、 抗辐射能力强和制造工艺简单等优点， 因而大大地扩展了它的应用 范围，特别是在大规模和超大规模集成电路中得到了广泛应用。根据结构的不同，场效应管可分为两大类：结型场效应管JFET和金属 - 氧化物- 半导体场效应管。本章首先介绍各类场效应管的结构、工作原理、特性曲线及参数，然

2、后介 绍场效应管放大电路和各种放大器件电路性能的比较。第一节 结型场效应管（ JFET）一、结型场效应管（一） JFET 的结构和特点1、结构场效应管的结构如图 6.18 所示，它是在一块 N型半导体的两边利用杂质扩散出高浓度 的 P 型区域，用 P+表示，形成两个 P+N结。 N型半导体的两端引出两个电极，分别称为漏极D 和源极 S。把两边的 P区引出电极并连在一起称为 栅极 G。如果在漏、源极间加上正向电 压， N区中的多子（也就是电子）可以导电。它们从源极S 出发， 流向漏极 D。电流方向由D指向 S，称为漏极电流 I D. 。由于导电沟道是 N型的，故称为 N 沟道结型场效应管。2、特

3、点v GS 0， Ri 很高；电压控制器件；单极性器件； 3、N 沟道 JFET 的输出特性在 vGS=0 时，沟道电阻最小，I D 达到最大。当 vGS 0时，耗尽层变大，沟道电阻变大，相应的 I D下降。因此形成图 6.19 所示的特性曲线。JFET 与 BJT的特点比较场效应管是电压控制器件：通过 VGS控制 i D。从输出特性看，各条不同输出特性曲线的参变量是VGS。在恒流区， i D与 VDS基本无关。并通过跨导 gm= i D/ VGS| V DS描述场效应管的放大作用。而晶体管是通过 i B控制 i C。参变量是 i B。放大区， i C与 VCE基本无关。通过电流放大系数 =

4、i C/ i B描述放 大作用。i G=0。所以， 直流、 交流 Ri 都很高。 而晶体管 b 极和 e 极处于正偏状态， b e 间 Ri 较小： 几千欧。场效应管利用的是一种极性的多子导电(单极型器件)，具有噪声小，受外界 T 及辐射 的影响小等特点(温度稳定性好)。由于场效应管对称，有时 D-S 极可互换使用。各项性能基本不受影响。应用时较方便、 灵活。但若制造时已将 S 和衬底连在一起，则 D-S 不能互换。场效应管的制造工艺简单，有利于大规模集成，且所占面积小，集成度高。MOS场效应管 Ri高， G极的感应电荷不易泄放。 S iO2层薄， G极与衬底间等效电容很小， 感应电荷少量即可

5、形成高电压，将SiO2 击穿而损坏管。存放管子时，应将 G-S 短接，避免 G极悬空。焊接时，烙铁外壳应接地良好，防止因烙铁漏电而击穿管子。场效应管的应用场效应管在恒流区内工作时，当GS电压变化 VGS时， D 极电流相应变化 i D。若将i D通过较大的 RL，从 RL上取出的 V0=i DRL，可能比 VGS大许多倍，即 VGS得到了放大。 所以场效应管和晶体管一样在电路中可起放大的作用。FETBJT电压控制器件 gm=i D/ VGS| V SD电流控制器件 =ic/ i BvCE输入端 PN结反偏， i G=0， Ri 很大输入端 PN结正偏， i b 0，r be较小单极型器件，一种

6、载流子：噪声小，温度稳定性好双极型器件，两种种载流子：噪 声较大， 温度稳定性较差结构对称， D-S 极可以互换结构非对称， C-E 极不能互换可以作为性能较好的压控电阻器线性效果差场效应管的制造工艺简单具有对称性，有利于大规模集成，且所占面积小，集成度高三极管的结构非对称，制造工艺较场效应管 复杂，集成度不够高 。第二节 金属-氧化物 -半导体场效应管、 MOS 型场效应管JFET 的输入电阻可达 107欧姆，但就本质而言，这是 PN 结的反向电阻，而反向偏置时 总有反向电流存在， 这就限制了在某些工作条件下对阻值的更高要求。 同时，从制造工艺看， 把它高度集成化还比较复杂。绝缘栅型场效应管

7、由金属 - 氧化 物 - 半导体场效应管制成，称为 Metal-Oxide-Semiconductor ，简称为 MOSFE，T 这种场效应管的栅极被绝缘层（例如SiO2）隔离，因此 Ri 更高，可达 109 欧姆以上。MOS管与 JFET的不同之处在于它们的导电机构和电流控制原理不同。JFET 利用耗尽层的宽度改变导电沟道的宽度来控制I D，OSFET则是利用半导体表面的电场效应，由感应电荷的多少改变导电沟道来控制电流。MOS管分为 N沟道和 P 沟道两类 , 每一类又分为增强型和耗尽型：增强型：当 VGS=0, 无导电沟道 ,I D 0耗尽型：当 VGS=0, 有导电沟道 ,I D 0本章

8、小结1、第三章讨论的 BJT 是电流控制电流器件，有两种载流子参与导电，属于双极 型器件；而 FET 是电压控制电流器件，只依靠一种载流子导电，因而属于单极 型器件。虽然这两种器件的控制原理有所不同， 但通过类比可发现， 组成电路的 形式极为相似，分析的方法仍然是图解法和小信号模型分析法。2、由于 FET 具有输入阻抗高、噪声低等一系列优点，而 BJT 电流放大系数高， 若 FET 和 BJT 结使用，就可大大提高和改善电子电路的某些性能指标。3、MOS 器件主要用于制成集成电路，由于微电子工艺水平的不断提高，在大 规模和超大型大规模数字集成电路中应用极为广泛。 同时在集成运算放大和其他 模拟集成电路中也得到了迅速的发展，其中 CMOS 集成电路更具特色，因此， MOS 器件的广泛应用必须引起读者的重视。以下无正文仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途 , , .For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f r den pers?nlichen fr Studien, Forsc