第4章 场效应三极管及其应用

场效应半导体三极管是仅由一种载流子参与导电的半导体器件，也称为单极型三极管。场效应管是一种用输入电压控制输出电流的半导体器件。从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。第4章场效应三极管及其应用场效应管与晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管MOS场效应管有两种:N沟道P沟道耗尽型增强型耗尽型增强型MOS绝缘栅场效应管（N沟道）（1）结构PNNGSDP型基底两个N区SiO2绝缘层金属铝N导电沟道未预留N沟道增强型预留N沟道耗尽型PNNGSDN沟道增强型（2）符号N沟道耗尽型GSD栅极漏极源极GSDN沟道MOS管的特性曲线IDmAVUDSUGS实验线路(共源极接法)GSDRDPNNGSDNMOS场效应管转移特性N沟道耗尽型（UGS=0时，有ID）GSD0UGS（off）IDUGS夹断电压UGS有正有负N沟道增强型（UGS=0时，ID=0）GSDIDUGSUGS（th）开启电压UGS全正UGS=3VUDS（V）ID（mA）01324UGS=4VUGS=5VUGS=2VUGS=1V开启电压UGS（th）=1V固定一个UDS，画出ID和UGS的关系曲线，称为转移特性曲线增强型NMOS场效应管输出特性曲线增强型NMOS场效应管转移特性N沟道增强型（UGS=0时，ID=0）GSDIDUGSUGS（th）开启电压UGS全正耗尽型NMOS场效应管输出特性曲线UGS=0VUDS（V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2V夹断电压UP=-2V固定一个UDS，画出ID和UGS的关系曲线，称为转移特性曲线耗尽型NMOS场效应管转移特性N沟道耗尽型（UGS=0时，有ID）GSD0UGS（off）IDUGS夹断电压UGS有正有负跨导gmUGS=0VUDS（V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2V=ID/UGS=（3-2）/（1-0）=1/1=1mA/VUGSID夹断区可变电阻区恒流区场效应管的微变等效电路输入回路：开路输出回路：交流压控恒流源，电流gsmdUgIGSDGSDgsmdUgI+-gsU场效应晶体管具有输入电阻高、噪声低等优点，常用于多级放大电路的输入级以及要求噪声低的放大电路。场效应管的源极、漏极、栅极相当于双极型晶体管的发射极、集电极、基极。场效应管的共源极放大电路和源极输出器与双极型晶体管的共发射极放大电路和射极输出器在结构上也相类似。场效应管放大电路场效应管放大电路组成原则与分析方法(1).静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区(2).动态:能为交流信号提供通路组成原则静态分析：估算法、图解法。动态分析：微变等效电路法。分析方法（与双极型晶体管放大电路一样）1.自给偏压式偏置电路场效应管放大电路例举栅源电压UGS是由场效应管自身的电流提供的，故称自给偏压。UGS=–RSIS=–RSID+UDDRSCSC2C1RDRG+T+_+_uiuoIS+_UGST为N沟道耗尽型场效应管增强型MOS管因UGS=0时，ID0，故不能采用自给偏压式电路。+UDDRSCSC2C1RDRG+T+_+_uiuoIS+_UGS估算法：UGS=–RSID2GS(OFF)GSDSSD)1(UUII将已知的UGS(off)、IDSS代入上两式，解出UGS、ID;由UDS=UDD–ID(RD+RS)解出UDS列出静态时的关系式对增强型MOS管构成的放大电路需用图解法来确定静态值。+UDDRSCSC2C1RDRG+T+_+_uiuoIS+_UGS例：已知UDD=20V、RD=3k、RS=1k、RG=500k、UGS(off)=–4V、IDSS=8mA，确定静态工作点。解：用估算法UGS=–1ID2GSD)41(8UIUDS=20–2（3+1）=12V列出关系式解出UGS1=–2V、UGS2=–8V、ID1=2mA、ID2=8mA因UGS2UGS(off)故舍去，所求静态解为UGS=–2VID=2mA、2.分压式偏置电路(1)静态分析+–+UDDRSCSC2C1RG1RDRG2RG++–RLuiuo估算法：SDDDG2G1G2GSRIURRRU将已知的UGS(off)、IDSS代入上两式，解出UGS、ID;由UDS=UDD–ID(RD+RS)解出UDS列出静态时的关系式2GS(OFF)GSDSSD)1(UUII流过RG的电流为零(2)动态分析电压放大倍数)//(LDmioRRgUUAugsiUU)(LDdR//RIUoRG1RDRG2RG+–RL+–SDGTOUiUdI交流通路)(LDgsmR//RUg)//(G2G1GiRRRrDORr输入电阻输出电阻RG是为了提高输入电阻ri而设置的。3.源极输出器+UDDRSC2C1RG1RG2RG+–RLuiuo+–+RG1RSRG2RG+–RL+–SDGTOUiUSI+–gsU交流通路1)//(1)//(LSmLSmioRRgRRgUUAuogsiUUU)(LSSR//RIUo)(LSgsmR//RUg电压放大倍数)//(LSgsmgsRRUgU特点与晶体管的射极输出器一样当场效应管工作在可变电阻区时，漏源电阻：CDDSDSGSuiuRΔΔ场效应管可看作由栅源电压控制的可变电阻。UDS－1V－1.5VUGS=－0.5V0ID/mA16201248121648－2V－2.5V|UGS|愈大，RDS愈大。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。