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1、第 九 讲,第五章教学要求,重点与难点,1、了解场效应管（FET）的结构及工作原理，掌握其外特性，在实际应用中正确选择FET的参数；2、掌握FET基本放大电路的静态工作点的设置，掌握共源和共漏基本放大电路的等效电路分析法；3、掌握FET与BJT放大电路各自的特点及其应用场合；4、了解FET放大电路的频率响应。,重点：FET的外特性，静态工作点的设置，共源和共漏放大电路的基本分析方法，FET基本放大电路的特点及其应用。,难点：绝缘栅型场效应管的工作原理，频率响应。,本次课教学要求,1、了解结型场效应管（JFET）的结构及工作原理；2、了解绝缘栅型场效应管（IGFET）的结构及工作原理；3、掌握F
2、ET的外特性及参数，在实际应用中正确选择FET；4、了解FET和BJT各自的特点。,第5章 场效应管及其放大电路,5.1 场效应管（FET）,5.2 场效应管基本放大电路,5.1 场效应管（FET）,5.1.1 结型场效应管,5.1.2 绝缘栅型场效应管,5.1.3 场效应管的主要参数,5.1.4 FET与BJT的比较,BJT靠iB控制iC,发射结正偏，当有Vi时必伴随ib，在某些场合（如测某两点的开路电压）导致较大误差，其原因是BJT的输入电阻低。场效应管的特点：（1）用电（场）压效应来控制电流的单极性器件。（2）输入阻抗高（1091015）。（3）噪声低（栅流约为0）。,场效应管的分类,5
3、.1.1 结型场效应管（JFET）,结构及符号,场效应管有三个极：源极（s）、栅极（g）、漏极（d）。,导电沟道,源极,栅极,漏极,符号,结构示意图,N沟道,P沟道,JFET结构演示,1、结型场效应管的工作原理,（1）栅-源电压对导电沟道的影响,沟道最宽,uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必须加负电压？,UGS（off）,1、结型场效应管的工作原理（续）,（2）漏-源电压对导电沟道的影响,uGSUGS（off）且不变，VDD增大，iD增大。,预夹断,uGDUGS（off）,VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻，iD几乎不变，进入恒流区，iD几乎仅仅决定于uGS。,场效应管工作在恒流
4、区的条件是什么？,uGDUGS（off）,uGDUGS（off）,JFET工作原理演示,2、结型场效应管的特性曲线,（1）转移特性,夹断电压,漏极饱和电流,场效应管工作在恒流区，因而uGSUGS（off）且uDSUGS（off）。,为什么必须用转移特性描述uGS对iD的控制作用？,2、结型场效应管的特性曲线（续）,（2）输出特性,g-s电压控制d-s的等效电阻,预夹断轨迹，uGDUGS（off）,可变电阻区,恒流区,iD几乎仅决定于uGS,击穿区,夹断区（截止区）,夹断电压,IDSS,不同型号的管子UGS（off）、IDSS将不同。,低频跨导：,JFET小结,综上分析可知,沟道中只有一种类型的
5、多数载流子参与导电，所以场效应管也称为单极型三极管。,JFET是电压控制电流器件，iD受uGS控制,预夹断前iD与uDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。,#为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？,JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因 此iG0，输入电阻很高。,5.1.2 绝缘栅场效应管（IGFET）,分类：增强型 N沟道、P沟道 耗尽型 N沟道、P沟道,结构 3个电极：漏极D，源极S，栅极G1个衬底引脚（B）。,符号：,N沟道增强型管,P沟道增强型管,5.1.2 绝缘栅型场效应管（IGFET）,导电沟道的形成,SiO2绝缘层,衬底,耗尽层,空穴,高掺杂,反型层,大到一定值才开
6、启,(Metal Oxide Semiconductor FET)MOSFET。通常称为MOS管,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。,N沟道增强型MOS管结构演示,1、绝缘栅型场效应管的工作原理,（1）栅-源电压对导电沟道的影响,当uGS0V时纵向电场将靠近栅极下方的空穴向下排斥耗尽层。,当uGS=0V时，漏源之间相当于两个背靠背的 二极管，在d、s之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。,再增加uGS纵向电场将P区少子电子聚集到P区表面形成导电沟道，如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流id。,栅源电压uGS对沟道的影响演示,1、绝缘栅型场效
7、应管的工作原理（续）,（2）漏-源电压对导电沟道的影响,用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。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,uGDUGS（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,漏源电压uDS对沟道的影响演示,增强型NMOS管工作原理动画演示,2、绝缘栅型场效应管的特性曲线,可根据输出特性曲线作出转移特性曲线。例：作uDS=10V的一条转移特性曲线：,UGS（th）,输出特性曲线,iD=f(uDS)uGS=const,转移特性曲线,iD=f(uGS)uDS=const,
8、输出特性（续）,截止区,当vGSUGS(th)时，导电沟道尚未形成，iD0，为截止工作状态。,输出特性（续）,可变电阻区,vDS（vGSVT）,由于vDS较小，可近似为,rdso是一个受vGS控制的可变电阻,n：反型层中电子迁移率Cox：栅极（与衬底间）氧化层单位面积电容,本征电导因子,其中,Kn为电导常数，单位：mA/V2,3、N沟道耗尽型MOSFET,特点：与JFET相似 当uGS=0时，就有沟道，加入uDS，就有iD。当uGS0时，沟道增宽，iD进一步增加。当uGS0时，沟道变窄，iD减小。不同点：栅压可正可负,夹断电压（UGS（off）沟道刚刚消失所需的栅源电压UGS。,结构：在栅极下
9、方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以当uGS=0时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。,增强型与耗尽型MOSFET比较,1)增强型MOS管,2)耗尽型MOS管,开启电压,夹断电压,4、P沟道MOSFET,P沟道MOSFET的工作原理与N沟道 MOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。,各类FET特性曲线比较 PP.135-136 图,图（续）,5.1.3 场效应管的主要参数（P137）,1直流参数,(1)夹断电压UGS(off),(3)饱和漏极电流,(2)开启电压UGS(th),(4)直流输入电阻RGS栅源间的
10、等效电阻。由于MOS管栅源间有SiO2绝缘层，输入电阻可达1091015。,对于结型场效应三极管，反偏时RGS约为106 109。,5.1.3 场效应管的主要参数（续）,2交流参数,(1)跨导gm 也称为互导。其定义为,栅源电容Cgs,栅漏电容Cgd,漏源电容Cds,gm的计算,当管子工作在放大区时,得管子的跨导,由,可见，gm与IDQ有关。IDQ越大，gm也就越大。,同理，对于增强型FET，有,5.1.3 场效应管的主要参数（续）,3.极限参数,漏极最大允许耗散功率 PDSM=uDSiD该值受管子最高工作温度的限制。,(2)最大漏极电流IDM 管子正常工作时漏极电流允许的上限值。,(3)栅源击穿电压U（BR）GS是指栅源间反向电流开始急剧上升时的UGS值。,漏源击穿电压U（BR）DS是指发生雪崩击穿、iD开始急剧上升时的UDS值。,5.1.4 FET的特点及使用注意事项,2、使用注意事项(1)外加电压极性：N沟道：UDS 为+；UGS：增强型及结型+，耗尽型-。P 沟道相反 结构对称者，漏极和源极可以互换。,(2)MOS管一定要注意防感应电压击穿（任何时候注意避免栅极开路）。,1、特点压控型器件，Ri特大，偏置灵活，多子导电，温度稳定性好，抗辐射，功耗小，可大规模集成。,课外练习,PP.150151 5.1,5.2（直接做在书本上，不交）,END,
