第四章場效應(yīng)管及應(yīng)用電路建議學(xué)時(shí)：4~6學(xué)時(shí)知識(shí)點(diǎn)理解場效應(yīng)管的分類；理解場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和工作原理；（重點(diǎn)）了解場效應(yīng)管的曲線和參數(shù)；描述場效應(yīng)管的各種應(yīng)用。描述場效應(yīng)管的偏置；計(jì)算FET工作參數(shù)；（重點(diǎn)）場效應(yīng)管按結(jié)構(gòu)可分為結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）和絕緣柵型場效應(yīng)管（MOSFET）兩類，按照導(dǎo)電溝道形成機(jī)理不同，MOS管可分為增強(qiáng)型和耗盡型兩類；按導(dǎo)電類型又可分為N溝道場效應(yīng)管和P溝道場效應(yīng)管兩類利用輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的半導(dǎo)體器件。由于場效應(yīng)管幾乎僅靠半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子導(dǎo)電，故又稱單極型晶體管。4.1結(jié)型場效應(yīng)晶體管

4.1.1結(jié)構(gòu)與符號(hào)（b）4.1.2工作原理1.直流偏置N溝道JFET正常工作時(shí)常接成共源電路，即以源極為公共端，漏極與源極之間應(yīng)加正電壓，即uDS＞0，使N溝道中的多數(shù)載流子（電子）在電場的作用下由源極向漏極運(yùn)動(dòng)，形成漏極電流iD。由于導(dǎo)電溝道的寬度，也就是溝道的導(dǎo)電能力，可以由柵極電壓控制，為了控制漏極電流，柵極與源極之間加負(fù)電壓，即uGS＜0，使柵極與溝道間的PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，因此柵極電流iG≈0，（1）uGS對iD的控制作用首先假設(shè)uDS=0。當(dāng)uGS由0向負(fù)值增大時(shí)，反向偏置加大，耗盡層變寬，導(dǎo)電溝道變窄，溝道電阻增大當(dāng)

uGS

進(jìn)一步增加到某一數(shù)值時(shí)，兩側(cè)耗盡層相遇，溝道被耗盡層完全夾斷，導(dǎo)電溝道的寬度為零，如圖4-1-3（b）所示。使兩側(cè)耗盡層正好相遇時(shí)的柵源電壓稱為夾斷電壓，用UGS，off表示。（2）uDS對iD的影響當(dāng)uGS=0時(shí)，導(dǎo)電溝道最寬，溝道電阻最小，在一定uDS作用下的iD也最大。若一開始當(dāng)uDS=0，則iD=0。但隨著uDS的逐漸增大，一方面iD隨之增大；另一方面，當(dāng)iD流過溝道時(shí)，沿著溝道產(chǎn)生電壓降，使溝道各點(diǎn)電位不再相等，沿溝道從源極到漏極逐漸增加，在源端PN結(jié)的反向電壓為0（最?。?，在漏端PN結(jié)的反向電壓為uDS（最大），這使得耗盡層從源端到漏端逐漸加寬，形成源端較寬、漏端較窄的楔形溝道，并使溝道電阻有所增大。隨著uDS的進(jìn)一步增大，漏端區(qū)的溝道變得更加狹窄。當(dāng)uDS增大到

UGS，off

（即uGD=UGS，off）時(shí)，漏端區(qū)的耗盡層相遇，如圖4-1-4（b）所示，這種情況稱為預(yù)夾斷，2.特性曲線（1）輸出特性JFET的輸出特性是指當(dāng)柵源電壓uGS為某一定值時(shí)，漏極電流iD與漏源電壓uDS之間的關(guān)系，如圖4-1-6（a）所示為某N溝道JFET的輸出特性曲線。P溝道JFET器件工作原理相同，但是極性相反。JFET的工作情況可分為4個(gè)區(qū)域，可變電阻區(qū)、恒流區(qū)或飽和區(qū)、截止區(qū)和擊穿區(qū)。①可變電阻區(qū)在uGS>uGS，off，uGD>uGS，off時(shí)，漏極電流iD隨uDS呈線性增加，輸出特性按線性上升，D、S極間等效為一個(gè)線性電阻，而阻值的大小與所固定的uGS有關(guān)，當(dāng)uGS越小，iD隨uDS增長越慢，等效電阻越大，這個(gè)工作區(qū)域稱為可變電阻區(qū)。②恒流區(qū)當(dāng)uGS>uGS，off，uGD<uGS，off時(shí)，導(dǎo)電溝道在漏極附近開始被夾斷（預(yù)夾斷），特性曲線近似為一族平行于橫軸的直線，此時(shí)柵極到漏極之間的反向偏置電壓使得耗盡層變大到足以抵消uDS增大的影響，使iD基本不變，這個(gè)工作區(qū)域稱為恒流區(qū)③截止區(qū)當(dāng)uGS≤uGS，off時(shí)，導(dǎo)電溝道被全部夾斷，該區(qū)域稱為夾斷區(qū)或截止區(qū)，為輸出曲線靠近橫軸的區(qū)域。④擊穿區(qū)當(dāng)uDS進(jìn)一步增加，iD快速增大，可能擊穿造成器件不可逆的損壞，這個(gè)工作區(qū)域稱為擊穿區(qū)。（2）轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性是指當(dāng)漏源電壓uDS為某一定值時(shí)，漏極電流iD與柵源電壓uGS的關(guān)系，如圖4-1-6（b）所示。從該曲線上直接可以讀出夾斷電壓UGS，off和漏極飽和電流IDSS，該曲線直觀地反映了uGS對iD的控制作用。低頻跨導(dǎo)（互導(dǎo)）gm低頻跨導(dǎo)gm是指在uDS為某一固定值時(shí)，漏極電流的微小變化?ID與對應(yīng)的輸入電壓變化量?UGS之比，即4.2增強(qiáng)型絕緣柵場效應(yīng)晶體管

絕緣柵型場效應(yīng)管是由金屬（metal）、氧化物（oxide）和半導(dǎo)體（semiconductor）組成的，稱為MOSFET，簡稱MOS管MOS管也有N溝道和P溝道兩類，其中每一類又可分成增強(qiáng)型和耗盡型兩種。所謂“增強(qiáng)型”：指uGS=0時(shí)，沒有導(dǎo)電溝道，即iD=0，而必須依靠柵源電壓uGS的作用，才形成感生溝道的FET，稱為增強(qiáng)型FET。所謂“耗盡型”：指uGS=0時(shí)，也會(huì)存在導(dǎo)電溝道，iD≠0的FET，稱為耗盡型FET4.2.1結(jié)構(gòu)與符號(hào)4.2.2工作原理N溝道增強(qiáng)型MOS管不存在原始導(dǎo)電溝道，即使漏源之間加電壓，漏極電流iD≈0。當(dāng)柵源極間加上一定的uGS（uGS＞0）時(shí)，構(gòu)成了漏源極之間的N型導(dǎo)電溝道。使導(dǎo)電溝道（反型層）開始形成時(shí)的柵源電壓稱為開啟電壓UGS，th。顯然，如果uGS再進(jìn)一步增大，反型層即N溝道將加寬，即可以用uGS來控制導(dǎo)電溝道的寬窄4.3耗盡型絕緣柵場效應(yīng)晶體管

4.3.1結(jié)構(gòu)與符號(hào)它與N溝道增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)基本相同，不過制造時(shí)，在SiO2絕緣層中摻入大量的正離子，則可在P型襯底表面感應(yīng)出一個(gè)N型層，預(yù)先形成導(dǎo)電溝道。各種場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性對比4.4場效應(yīng)晶體管放大電路

4.4.1自偏壓電路柵源極之間的直流偏壓UGS是由場效應(yīng)管的自身電流ID流過RS產(chǎn)生的，故稱該電路為自偏壓電路這種偏壓方式只適用JFET、耗盡型MOSFET，不適用于增強(qiáng)型MOSFET4.4.2分壓式自偏壓電路4.4.3共源放大電路1.微變等效電路【例11】場效應(yīng)管分壓式自偏壓電路如圖4-4-5所示，其中RG1=100k

，RG2=20k

，RG3=1M

，RD=10k

，RS=2k

，RL=10k

，VDD=18V，場效應(yīng)管的IDSS=5mA，UGS，off=

4V。求電路的Au，Ri和Ro知識(shí)梳理與總結(jié)FET分別為JFET和MOSFET兩大類。每類都有兩種溝道類型，而MOSFET又分為增強(qiáng)型和耗盡型（JFET屬耗盡型），故共有6種類型FET（圖4-1）。JFET和MOSFET內(nèi)部結(jié)構(gòu)有較大差別，但內(nèi)部的溝道電流都是多子漂移電流。一般情況下，該電流與

、

都有關(guān)。FET是電壓控制電流器件。在FET放大電路中，UDS的極性取決于FET的溝道性質(zhì)，N溝道時(shí)為正，P溝道時(shí)為負(fù)；為了建立合適的偏置電壓UGS，不同類型的FET，對偏置電壓的極性有不同要求：JFET的UGS與UDS極性相反，增強(qiáng)