《模拟电子技术》 吴建军教材 课件 3.1 场效应三极管

授课教师：授课对象：模拟电子技术第三章

场效应三极管及其基本放大电路3.13.2场效应三极管场效应管基本放大电路目录第三章

场效应三极管及其基本放大电路结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考知识回顾3.1场效应三极管双极型三极管(BJT)特点：

双极型三极管与场效应管的比较控制方式：输入阻抗：

导电载流子：功耗较高、集成度较低

。微弱输入信号会被“分流”，导致后级放大电路得到的信号大幅减小。一种载流子导电会不会更简单?电流控制型；电阻低，KΩ级

输出特性：非线性适用于开关、放大器和稳压器等应用电子-空穴；结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考场效应三极管3.1场效应三极管

利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件,属于电压控制电流型器件,称为场效应三极管，简称场效应管（FieldEffectTransistor,FET）。仅靠半导体中的多数载流子导电，又称单极型晶体管。

双极型三极管与场效应管的比较

结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考电场效应3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较PN结的场效应耗尽层P区N区耗尽层P区N区耗尽层P区N区PN结耗尽层的宽度随反向电压变化的场效应PPP

++++++•自由电子......自由电子层（反型层）NNN

------。空穴。。。。。。空穴层（反型层）电容正负电荷吸引力构建导电通道的场效应电容的场效应结型场效应管绝缘栅场效应管结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考场效应三极管3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较分类：结型场效应管（JFET）绝缘栅场效应管（MOS管）增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道N沟道P沟道P沟道结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较1.结构及电路符号gdsgds耗尽层

栅极P型栅极N型导电沟道

N型导电沟道

P型漏极栅极源极N沟道结型P沟道结型结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较1.结构及电路符号N型沟道耗尽层gdsgdsP+P+N沟道结型场效应管的结构和符号栅极漏极源极导电沟道结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较2.结型场效应管的工作原理

本节以N沟道结型场效应管为例介绍他们的工作原理和特性曲线。

结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较2.结型场效应管的工作原理

本节以N沟道结型场效应管为例介绍他们的工作原理和特性曲线。

结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较2.结型场效应管的工作原理uGS=0uGS<0uGS=UGS(off)夹断电压⑴

栅-源电压

uGS对导电沟道的影响（uDS=0）iD=0iD=0N型沟道gdsP+P+N型沟道gdsP+P+gdsP+P+•••耗尽层很窄导电沟道很宽导电沟道变窄耗尽层变宽耗尽层闭合，沟道消失结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较2.结型场效应管的工作原理（2）

漏-源电压

uDS对漏极电流iD的影响（UGS(off)<uGS<0）iDiSuGS<0，uGD>UGS(off)NP+P+

gds

iD

随uDS增大而线性增大。

iS=iD结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较2.结型场效应管的工作原理（2）

漏-源电压

uDS对漏极电流iD的影响（UGS(off)<uGS<0）NP+P+iDiSVGGVDDP+P+iDiSVGGVDDuGS<0，uGD=UGS(off)，uGS≤

UGS(off)

，uGD

<

UGS(off)，导电沟道夹断，iD恒定。导电沟道预夹断。••

结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较2.结型场效应管的工作原理（3）

当uDS不变，uGD<UGS(off)时，

uGS对漏极电流iD的控制P+P+iDiSVGGVDD

•

一般称场效应管为电压控制元件

结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较2.结型场效应管的工作原理

结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较3.结型场效应管的特性曲线（1）输出特性曲线

uDSOiDuGS=0V预夹断轨迹uGS=-1VuGS=-2VuGS=-3VuGS=-4V

预夹断轨迹近似为不同斜率的直线结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较3.结型场效应管的特性曲线（1）输出特性曲线

uDSOiDuGS=0V预夹断轨迹uGS=-1VuGS=-2VuGS=-3VuGS=-4V可变电阻区

可变电阻区

当uGS确定时，直线的斜率也唯一确定，d-s间等效电阻也唯一确定。

改变uGS的大小，可改变漏源等效电阻的阻值，称为可变电阻区。近似为不同斜率的直线结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较3.结型场效应管的特性曲线（1）输出特性曲线

uDSOiDuGS=0V预夹断轨迹uGS=-1VuGS=-2VuGS=-3VuGS=-4V可变电阻区恒流区

恒流区

当漏极电流iD近似为电压uGS控制的电流源，故称为恒流区。

利用场效应管作为放大管时，应使其工作在恒流区。近似为不同斜率的直线结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较3.结型场效应管的特性曲线（1）输出特性曲线

uDSOiDuGS=0V预夹断轨迹uGS=-1VuGS=-2VuGS=-3VuGS=-4V可变电阻区恒流区截止区

截止区

导电沟道被夹断，漏极电流iD约为0。

由于电流恒为0，因此称为截止区。近似为不同斜率的直线结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较3.结型场效应管的特性曲线（1）输出特性曲线

uDSOiDuGS=0V预夹断轨迹uGS=-1VuGS=-2VuGS=-3VuGS=-4V可变电阻区恒流区击穿区截止区uDS增大到一定程度，漏极电流会骤然增大，管子被击穿。击穿区近似为不同斜率的直线结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较3.结型场效应管的特性曲线（1）输出特性曲线

uDSOiDuGS=0VuGS=-1VuGS=-2VuGS=-3VuGS=-4V可变电阻区恒流区击穿区截止区饱和漏极电流IDSS

IDSS夹断电压UGS(off)

UGS(off)=-4V结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较3.结型场效应管的特性曲线（2）转移特性曲线

不同的转移特性曲线相同，可用一条转移特性曲线替代恒流区的所有曲线。转移特性曲线与输出特性曲线有严格的对应关系。IDSSUGS(off)uGS/ViD/mAO

结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较绝缘栅场效应管

绝缘栅场效应管（InsulatedGateFieldEffectTransiistor,IGFET）由金属、氧化物和半导体制成，所以也称为金属-氧化物-半导体场效应管，或简称MOS场效应管（metal-oxide-semiconductorfieldeffecttransistor，MOSFET）MOS管的栅源电压比结型场效应管大得多，高达1010Ω以上。MOS管温度稳定性好、集成化工艺简单，广泛用于大规模和超大规模集成电路中。结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较绝缘栅场效应管分类本以N沟道增强型场效应管为例，介绍它们的结构、工作原理和特性曲线。结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较1.N沟道增强型MOS管结构及电路符号P型衬底N+N+BsgdSiO2铝sgdBP衬底杂质浓度较低，引出电极用B表示。N+两个区杂质浓度很高，分别引出源极和漏极。栅极与其他电极是绝缘的，通常衬底与源极在管子内部连接。结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较2.N沟道增强型MOS管工作原理

uGS增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当反型层将两个N区相接时，形成导电沟道。反型层大到一定值才开启SiO2绝缘层耗尽层空穴高掺杂衬底结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较2.N沟道增强型MOS管工作原理增强型MOS管uDS对iD的影响N沟道增强型MOS管工作在恒流区的条件是什么？

iD随uDS的增大而增大，可变电阻区

uGD＝UGS（th）,预夹断

iD几乎仅仅受控于uGS，恒流区刚出现夹断uDS的增大几乎全部用来克服夹断区的电阻结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较3.N沟道增强型MOS管特性曲线IDOUGS(th)2UGS(th)预夹断轨迹可变电阻区恒流区iD/mAuDS/VOuGS/ViD/mAO夹断区（截止区）转移特性曲线可近似用以下公式表示：

，IDO是当uGS

=2

UGS(th)时的iD值。结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较4.N沟道耗尽型MOS管简介

耗尽型MOS管在

uGS＞0、uGS

＜0、uGS

＝0时均可导通，与结型场效应管不同，由于SiO2绝缘层的存在，在uGS＞0时仍保持g-s间电阻非常大的特点。加正离子小到一定值才夹断uGS=0时就存在导电沟道结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较4.N沟道耗尽型MOS管简介夹断电压转移特性曲线输出特性曲线结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较5.各种场效应管的符号和特性曲线结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较5.各种场效应管的符号和特性曲线结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较1.直流参数⑵

夹断电压UGS(off)是耗尽型场效应管的一个重要参数。其定义是当uDS一定时，使iD减小到某一个微小电流时所需的uGS值。⑴

开启电压UGS(th)UGS(th)是增强型场效应管的一个重要参数。其定义是当uDS一定时，使漏极电流达到某一数值时所需加的uGS值。结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较1.直流参数

⑶饱和漏极电流IDSS是耗尽型场效应管的一个重要参数。它的定义是当栅源之间的电压uGS等于零，而漏源之间的电压uDS大于夹断电压时对应的漏极电流。⑷

直流输入电阻RGS栅源之间所加电压与产生的栅极电流之比。结型场效应管的RGS一般在107Ω以上，绝缘栅场效应管的RGS更高，一般大于109Ω。结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较2.交流参数⑵极间电容场效应管三个电极之间的等效电容，包括CGS

、CGD和CDS

。极间电容愈小，管子的高频性能愈好。一般为几个皮法。⑴低频跨导gm用以描述栅源之间的电压uGS对漏极电流iD的控制作用。结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较3.极限参数

结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数总结与思考3.1场效应三极管双极型三极管与场效应管的比较双极型三极管与场效应管的使用