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1、1,场效应管及应用电路,2,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，它是只有一种载流子（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：,3,N沟道,P沟道,增强型,耗尽型,N沟道,P沟道,N沟道,P沟道,（耗尽型）,场效应管分类：,4,结型场效应管, 结构, 工作原理, 输出特性, 转移特性, 主要参数,JFET的结构和工作原理,JFET的特性曲线及参数,5,JFET的结构和工作原理,1. 结构,6,N沟道结型场效应管,7,S源极,P沟道结型场效应管,8,二、工作原理（以N沟道为例）,9,10,N,G,S
2、,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、VGS=0，D、S加正电压：,11,12,13,14,15,三、特性曲线,转移特性曲线 一定UDS下的ID-UGS曲线,16,输出特性曲线,UDS,0,ID,IDSS,VP,饱和漏极电流,夹断电压,某一VGS下,17,UGS=0V,恒流区,输出特性曲线,18,工作原理, VGS对沟道的控制作用,当VGS0时,（以N沟道JFET为例）,当沟道夹断时，对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP （ 或VGS(off) ）。,对于N沟道的JFET，VP 0。,PN结反偏,耗尽层加厚,沟道变窄。,VGS继续减
3、小，沟道继续变窄,19,工作原理, VDS对沟道的控制作用,当VGS=0时，,VDS,ID ,G、D间PN结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。,当VDS增加到使VGD=VP 时，在紧靠漏极处出现预夹断。,此时VDS ,夹断区延长,沟道电阻,ID基本不变,20,工作原理, VGS和VDS同时作用时,当VP VGS0 ，,导电沟道更容易夹断，对于同样的VDS ， ID的值比VGS=0时的值要小。,在预夹断处,VGD=VGS-VDS =VP,21,综上分析可知,沟道中只有一种类型的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
4、，iD受vGS控制,预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后， iD趋于饱和。,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。,22,JFET的特性曲线及参数,VP,1. 输出特性,输出特性曲线用来描述vGS取一定值时，电流iD和电压vDS间的关系，它反映了漏极电压vDS对iD的影响。即,可变电阻区:栅源电压越负，漏源间的等效电阻越大，输出特性越倾斜。,线性放大区：饱和区，恒流区，FET用作放大电路的工作区。,击穿区：栅源间的PN结发生雪崩击穿，管子不能正常工作。,23,? JFET有正常放大作用时，沟道处于什么状态？,JFET的特性曲线及参数,2. 转移特性,VP
5、,在一定的vDS下，vGS对iD的控制特性。,实验表明，在VPVGS0范围内，即饱和区内，有：,vDS=10V,24, 夹断电压VP (或VGS(off)：, 饱和漏极电流IDSS：, 低频跨导gm：,或,漏极电流约为零时的VGS值 。,在vDS=常数时，iD的微变量和vGS的微变量之比。, 输出电阻rd：,在vGS=0的情况下，当vDS|VP|时的漏极电流。IDSS是JFET所能输出的最大电流。,反映了vDS对iD的影响。,互导反映了栅源电压对漏极电流的控制能力。,25, 直流输入电阻RGS：,在漏源之间短路的条件下，栅源之间加一定电压时的栅源直流电阻就是直流输入电阻RGS。, 最大漏极功耗
6、PDM, 最大漏源电压V(BR)DS, 最大栅源电压V(BR)GS,发生雪崩击穿、iD开始急剧上升时的vDS值。,指输入PN结反向电流开始急剧增加时的vGS值。,JFET的耗散功率等于vDS与iD的乘积。PDM受管子最高工作温度的限制。,26,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。,27,金属氧化物半导体 （MOS）场效应管,MOSFET简称MOS管，它有N沟道和P沟道之分，其中每一
7、类又可分为增强型和耗尽型两种。,耗尽型：当vGS0时，存在导电沟道，iD0。 增强型：当vGS0时，没有导电沟道，iD0。,28,N沟道增强型MOSFET,1结构,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,29,N 沟道耗尽型,予埋了导电沟道,30,P 沟道增强型,31,P 沟道耗尽型,予埋了导电沟道,32,2工作原理,JFET是利用PN结反向电压对耗尽层厚度的控制，来改变导电沟道的宽窄，从而控制漏极电流的大小。而MOSFET则是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。,33,2工作原理,（以N 沟道增强型为例）,VGS=0时,对应
8、截止区,34,VGS0时,感应出电子,VT称为开启电压,35,VGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，VGS越大此电阻越小。,36,当VDS不太大时，导电沟道在两个N区间是均匀的。,当VDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。,37,VDS增加，VGD=VT 时，靠近D端的沟道被夹断，称为予夹断。,38,输出特性曲线,3特性曲线（增强型N沟道MOS管）,39,转移特性曲线,3特性曲线（增强型N沟道MOS管）,在恒流区（线性放大区，即VGSVT时有：,ID0是vGS=2VT时的iD值。,40,N沟道耗尽型MOSFET,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
9、曲线,41,输出特性曲线,UGS=0,UGS0,UGS0,42,场效应管放大电路, 直流偏置电路, 静态工作点, FET小信号模型, 动态指标分析, 三种基本放大电路的性能比较,FET的直流偏置及静态分析,FET放大电路的小信号模型分析法,43,场效应管的基本电路,(1) 静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区，场效应管的偏置电路相对简单。,(2) 动态：能为交流信号提供通路。,组成原则：,分析方法：,场效应管的直流偏置电路和静态工作点,44,场效应管的微变等效电路,跨导,漏极输出电阻,45,场效应管的微变等效电路为：,46,Q点：,VGS 、,ID 、,VDS,vGS =,VDS =
10、,已知VP ，由,VDD,- ID (Rd + R ),- iDR,可解出Q点的VGS 、 ID 、 VDS,47,场效应管的分压式自偏压放大电路,一、静态分析,求：UDS和 ID。,设：UGUGS,则：UGUS,而：IG=0,所以：,48,二、动态分析,49,ro=RD=10k,50,源极输出器,一、静态分析,USUG,UDS=UDD- US =20-5=15V,51,二、动态分析,52,输入电阻 ri,53,输出电阻 ro,加压求流法,54,3. 三种基本放大电路的性能比较,组态对应关系：,CE,BJT,FET,CS,CC,CD,CB,CG,BJT,FET,CE：,CC：,CB：,CS：,CD：,CG：,55,3. 三种基本放大电路的性能比较,CE：,CC：,CB：,CS：,CD：,CG：,CE：,CC：,CB：,CS：,CD：,CG：,56,场效应管放大电路小结,(1) 场效应管放大器输入电阻很大。 (2) 场效应管共源极放大器(漏极输出)输入输出反相，电压放大倍数大于1；输出电阻=RD。 (3) 场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于1且约等于1；输出电阻小。,