《模拟电子技术0》课件第8讲 结型场效应管和绝缘栅型场效应管

第3章场效应管及其放大电路3.1结型场效应管3.1.1结型场效应管结构与原理3.1.2工作特性3.2绝缘栅场效应管3.2.1N沟道MOS管3.2.2P沟道MOS管3.3场效应管参数3.3.1场效应管的参数3.3.2注意事项 3.4场效应管放大电路3.4.1静态工作点分析3.4.2场效应管放大电路动态分析3.5场效应管放大电路仿真 3.5.1共源极放大电路仿真3.5.2共漏极放大电路仿真本章目录及内容：内容概要：本章主要介绍各种常见场效应管的结构原理、工作特性及其基本放大电路。3.1结型场效应管场效应管（简称FET-FieldEffectTransistor）是电压控制型器件。场效应管工作时只有一种载流子参与导电，故也称单极型半导体三极管。场效应管通常具有输入电阻高，热稳定性好、功耗低、噪声低、制造工艺简单、便于集成等优点，应用广泛。结型场效应管（JFET-JunctionTypeFieldEffectTransistor）绝缘栅型场效应管（IGFET-Insulated-GateFieldEffectTransistor）金属氧化物半导体场效应管（MOS-Metal-Oxidesemiconductor）分类N沟道P沟道N沟道P沟道3.1.1结型场效应管结构与原理1.结型场效应管的结构图3-1N沟道结型场效应管图3-2P沟道结型场效应管2.工作原理以N沟道结型场效应管为例说明场效应管的工作原理。场效应管工作时它的两个PN结始终要加反偏电压。对于N沟道结型场效应管：即UGS≤0V；UDS≥0。1）UGS对沟道的控制作用A/UDS=0V当UGS=UGSoff时，两侧的耗尽层汇合到一起，导电沟道完全消失，这种状态称沟道夹断，UGSoff称为夹断电压。1）UGS对沟道的控制作用B/UDS=常数≠02）UDS与ID之间的关系UGS保持恒定时，UDS对导电沟道及D、S之间的导通电阻的影响。UDS=0V，UGS的幅值增加耗尽层变厚，导电沟道变窄，导电沟道呈现均匀分布，ID=0；UDS↑，ID↑，耗尽层变厚，并呈现不均匀分布，导电沟道呈现楔形分布；当UGD=UGS-UDS=UGSoff

时，即UDS=UGS-UGSoff，沟道预夹断；UDS>UGS-UGSoff后继续增大UDS，ID基本保持不变。2）UDS与ID之间的关系结论：当UGS满足UGSoff<UGS<0V，使UDS从零起逐渐增加时，漏极电流ID起初随UDS增加而增加；当UDS增加到使得沟道预夹断时，漏极电流ID不再随UDS的增加而上升，而是基本维持不变。1.转移特性3.1.2工作特性转移特性曲线是指在一定漏源电压uDS作用下，漏极电流iD与栅源极电压uGS之间的关系。IDSS称为饱和漏电流。2.输出特性输出特性曲线是指在一定栅极电压uGS作用下，漏极电流iD与uDS之间的关系曲线，即可变电阻区：当0>UGS>UGSoff,，并且UDS较小，D、S之间等效为一个受控于UGS的电阻；恒流区：对于特定的uGS，iD不再随uDS的增加而变化；截止区：当uGS<UGSoff时，导电沟道全部夹断，iD几乎为零。3.P沟道结型场效应管的工作特性当uGS=0V时，P沟道结型场效应管沟道完全敞开，导通电阻小，当uGS加正极性电压，并且不断增加时，沟道导通电阻逐渐增大，当uGS=UGSoff时，沟道夹断，场效应管进入阻断状态。P沟道结型场效应管的输出特性位于第Ⅲ象限，即uDS为负极性的电压，电流iD的实际方向为从S到D流动。3.2绝缘栅场效应管3.2.1N沟道MOS管1.结构与符号绝缘栅场效应管也称MOS管，MOS管的栅极与漏极和源极是完全绝缘的，输入电阻可高达109Ω以上，这非常有利于提高放大器的输入阻抗，有利于对高内阻、弱信号的信号源进行放大。2.工作原理（以N沟道增强型场效应管的工作原理）对于N沟道增强型场效应管，工作时栅源极之间与漏源极之间必须加正极性电压，即UGS≥0V，UDS≥0V。UDS=0V时，UGS的作用：UGS≥UGSth时出现导电沟道是富含电子的层，它与衬底富含空穴的性质相反，称为反型层，UGSth称为开启电压。使UGS≥UGSth，逐渐增加UDS，并且ID随着UDS的上升而上升，导电沟道出现楔形分布；当UGD=UGS-UDS=UGSth，即UDS=UGS-UGSth时，沟道预夹断；之后，ID不再跟随UDS的增加而上升，基本保持恒流。3.N沟道增强型MOS管工作特性1）转移特性MOS型场效应管的转移特性是指在uDS不变的情况下，漏极电流iD随着栅源电压uGS变化的规律，即当uGS≥UGSth时，iD开始出现，并且随着uGS的增加而增加，说明uGS越大感生导电沟道越宽，导电能力越强。iD与uGS的定量关系可以近似表示IDO是指uGS=2UGSth时的iD值，相当于结型管的IDSS当uGS<UGSth时，iD=0，说明感生导电沟道不存在；2）输出特性输出特性是指在uGS不变的情况下，漏极电流iD与漏源极电压uDS之间的关系，即三个区：即可变电阻区、恒流区和截止区；在恒流区，uGS控制iD大小变化，当uDS固定，输出电流的大小只有当uGS>UGSth时才随uGS的增大而增大。4.N沟道耗尽型MOS管工作特性N沟道耗尽型MOS管的导电沟道在栅源电压为零时已经存在，加入uGS的目的是人为控制沟道的宽窄及其导电能力，可以通过外加的uGS使导电沟道变窄，甚至完全关断。转移特性曲线：当uGS加负极性电压时，漏极电流减小，当uGS=UGSoff时，导电沟道完全关断，iD=0，N沟道耗尽型MOS管工作时正是利用了这一点来实现uGS对iD的控制的。输出特性曲线：分三个区，即可变电阻区、恒流区和截止区，在恒流区UGS的大小控制iD的大小。3.2.2P沟道MOS管1.P沟道MOS管符号2.工作特性P沟道增强型MOS管的工作特性栅源极之间加负极性电压，并且当uGS<UGSth时，漏极电流受控于uGS。输出特性：工作时uDS需加负