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1、场效应管,第四章,4.1 结型场效应管原理及其伏安特性4.2 绝缘栅型场效应管原理及伏安特性4.3 主要参数4.4 场效应管的基本放大电路,场效应管是利用电场效应来控制电流大小，与双极型晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好、噪声低。,结型场效应管JFET.,绝缘栅型场效应管MOS;,场效应管有两种:,引言：,HOME,场效应管的分类,1.结构及符号,4.1 结型场效应管,HOME,S源极,N沟道结型场效应管,HOME,S源极,P沟道结型场效应管,HOME,HOME,HOME,N,G,S,D,UDS,UGS=0,UGS=0且UDS0时耗尽区的形状,越靠近漏端，PN结反压越大,ID,
2、(2)、VGS=0，D、S加正电压：,HOME,HOME,HOME,HOME,HOME,3.特性曲线,转移特性曲线一定UDS下的ID-UGS曲线,HOME,输出特性曲线,UDS,0,ID,IDSS,VGS,off,饱和漏极电流,夹断电压,某一VGS下,HOME,UGS=0V,恒流区,输出特性曲线,HOME,P沟道结型场效应管的特性曲线,转移特性曲线,HOME,输出特性曲线,P沟道结型场效应管的特性曲线,ID,U DS,恒流区,0,HOME,结型场效应管的缺点：,1.栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在某些场合仍嫌不够高。,3.栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。,绝缘栅场效应
3、管可以很好地解决这些问题。,2.在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。,HOME,4.2 绝缘栅型场效应管的结构和符号,一.增强型MOS管结构和电路符号,P型基底,两个N区,SiO2绝缘层,导电沟道,金属铝,N沟道增强型,HOME,P 沟道增强型,HOME,N 沟道耗尽型,予埋了导电沟道,二、耗尽型MOS管结构与电路符号,HOME,P 沟道耗尽型,予埋了导电沟道,HOME,三、MOS管的工作原理,UGS=0时,对应截止区,HOME,UGS0时,感应出电子（反型层）,VGS(Th)称为阈值电压,HOME,UGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，UGS越大此电阻越小。
4、,HOME,当UDS不太大时，导电沟道在两个N区间是均匀的。,当UDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。,HOME,UDS增加，UGD=VGS(Th)时，靠近D端的沟道被夹断，称为予夹断。,HOME,预夹断后，夹断点向源极方向移动，沟道的长度略有减小，相应的沟道电阻略有减小，结果漏极电路稍有增大沟道长度调制效应,HOME,伏安特性,NMOS输出特性曲线,非饱和区,饱和区,截止区,1.增强型特性曲线,HOME,NMOS转移特性曲线,HOME,耗尽型 MOS管,耗尽型MOS管在 uGS0、uGS 0、uGS 0时均可导通，且与结型场效应管不同，由于SiO2绝缘层的存在，在uGS0时仍保持g-s间电阻
5、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,在集成电路中，许多MOS管都制作在同一衬底上，为了保证衬底与源、漏区之间的PN结反偏，衬底必须接在电路的最低电位上。,衬底效应,若某些MOS管的源极不能处在电路的最低电位上，则其源极与衬底极不能相连，其间就会作用着负值的电压VUS,在负值衬底电压VUS作用下，P型硅衬底中的空间电荷区将向衬底底部扩展，空间电荷区中的负离子数增多。,可见，VUS和VGS一样，也具有对ID的控制作用，故又称衬底电极为背栅极，不过它的控制作用远比VGS小。实际上，VUS对ID的影响集中反映在对VGS(th)的影响上。VUS向负值方向增大，VGS(
6、th)也就相应增大。因而，在VGS一定时，ID就减小。,但是由于VGS不变，即栅极上的正电荷量不变，因而反型层中的自由电子数就必然减小，从而引起沟道电阻增大，ID减小。,HOME,2.耗尽型特性曲线：,耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。,转移特性曲线,HOME,输出特性曲线,UGS=0,UGS0,UGS0,HOME,双极型和场效应型三极管的比较,双极型和场效应型三极管的比较(续),（1）直流参数,（2）交流参数,（3）极限参数,HOME,4.3 主要参数,表3-2 常用场效应三极管的参数,四 场效应三极管的型号,1.与双极型三极管相同：第三位字母 J 代表结型场效应
7、管，O 代表绝缘栅型场效应管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。例如3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3DO6C是绝缘栅型N沟道场效应三极管。,CS代表场效应管，以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS14A、CS45G等。,场效应三极管的型号现行有两种命名方法：,2.第二种命名方法是CS#：,双极型和场效应型三极管的比较,双极型和场效应型三极管的比较(续),4.4场效应管静态工作点的设置方法,根据场效应管工作在恒流区的条件，在g-s、d-s间加极性合适的电源,1.基本共源放大电路,2.自给偏压电路,由正电源获得负偏压称为自给偏压,3.
8、分压式偏置电路,为什么加Rg3?其数值应大些小些？,即典型的Q点稳定电路,场效应管放大电路的动态分析,近似分析时可认为其为无穷大！,根据iD的表达式或转移特性可求得gm。,与晶体管的h参数等效模型类比：,1.场效应管的交流等效模型,2.基本共源放大电路的动态分析,若Rd=3k，Rg=5k，gm=2mS，则与共射电路比较。,3.基本共漏放大电路的动态分析,若Rs=3k，gm=2mS，则,基本共漏放大电路输出电阻的分析,若Rs=3k，gm=2mS，则Ro=?,（三）共栅组态基本放大器,其等效电路如图:,共栅放大器电路如图:,与共基放大器类似:输入阻抗低输出阻抗高电压增益高,3-24.共栅放大器典型
9、电路,电压增益为:,式中:RD=RD/RL,共栅放大器等效电路(电流源),共栅放大器等效电路(电压源),ri=Rs/ri,输入电阻为:,3-22.共栅放大器等效电路(电压源),ri,ri=Ui/Id1/gm,当rds RD,gm rds 1时：,所以：ri Rs/（1/gm）,输出电阻为:,ro RD/rds RD,ro,(四)三种接法基本放大电路的比较,三种基本放大电路的比较如下,组态对应关系 CE/CB/CC CS/CG/CD,电压增益,三种基本放大电路的比较如下,组态对应关系 CE/CB/CC CS/CG/CD,输入电阻Ri,三种基本放大电路的比较如下,组态对应关系 CE/CB/CC C
10、S/CG/CD,输出电阻Ro,CS：rds/RDCD：Rs/(1/gm)CG：RD,表3-3 FET 三种组态性能比较,以上表格中参数是在下列条件下求得的：gm=1.5mA;rds=100kRD=Rs=10k;RG=5M,1.场效应管的种类：结型(分N沟道和P沟道两种和绝缘栅型(又称M0SFET）；分N沟道耗尽型和增强型,P沟道耗尽型和增强型两大类。2.场效应管特点：是单极型电压控制器件；是输入电阻极高，一般可达102M0以上，因而可组成多级放大器的输入级，同时在作中间级放大器时，不需考虑对前级的负载作用。,本章小结,三种基本组态共源、共漏和共栅)，其特性和双极型晶体三极管的三种基本组态(共射、共集和共基相似。场效应管放大器的交流分析与双极型晶体三极管放大器基本相似；场效应管的直流偏置电路分析有其不同之处。,本章小结,3.场效应管放大器也可连接成三种基本组态：,作业：2，3，5，7，8，10,
