场效应管及其应用

第3章场效应管及其应用•3.1场效应管及其应用•3.2场效应及其放大电路3.1场效应管场效应管按结构分为结型场效应管和绝缘栅型场效应管两类。3.1.11.结型场效应管的结构及工作原理1)如图3.1(a)所示,在一块N型硅半导体两侧制作两个P型区域,形成两个PN结,把两个P型区相连后引出一个电极,称为栅极,用字母G(或g)表示。dsgd漏极g栅极PPN耗尽层s源极dsg(a)(b)(c)图3.1(a)结构;(b)N沟道结型场效应管符号;(c)P沟道结型场效应2)图3.2表示的是结型场效应管施加偏置电压后的接线图。2．特性曲线场效应管的特性曲线分为转移特性曲线和输出特性曲线。1)在uDS一定时,漏极电流iD与栅源电压uGS之间的关系称为转移特性。即常数ufdsuigsD)((3.1)dgSUDDiDUGGPPuDS＋－＋－＋－uGS－＋NRd图3.2N沟道结型场效应管工作原理543210－1－2－3－4uDS=12VuGS/ViD/mAIDSSUGS(off)图3.3N沟道结型场效应管转移特性曲线2)输出特性是指栅源电压uGS一定,漏极电流iD与漏极电压uDS之间的关系,即在UGS(off)≤uGS≤0的范围内,漏极电流iD与栅极电压uGS的关系为2)()1(UuIioffGSGSDSSD(3.2)常数ufGSuiDSD)((3.3)01234524681012141618iD/mAuDS/V夹断区可变电阻区－4V－3V－2V－1V击穿区恒流区(放大区)uDS＝0V图3.4N沟道结型场效应管输出特性曲线3.1.21.增强型绝缘栅场效应管的结构及工作原理1)2)图3.5增强型MOS(a)N沟道结构图;(b)N沟道符号;(c)P沟道符号sgdN＋N＋P型硅衬底衬底引线gdsgds(a)(b)(c)SiO2gdN＋N＋P型硅衬底sUGGUDDiD图3.6N沟道增强型MOS管工作原理3)（1）N沟道增强型绝缘栅场效应管的转移特性曲线如图3.7(a)所示。在uGS≥UGS（th）时,iD与uGS的关系可用下式表示:2)()1(UuIithGSGSDOD(3.4)其中ID0是uGS=2UGS（th）时的iD值。（2）N沟道增强型绝缘栅场效应管的输出特性曲线如图3.7（b）所示。4321iD/mA02468uGS/VuDS＝10VUGS(th)＝3V012345iD/mA6V5V4V3V24681012141618uDS/V(a)(b)图3.7N（a）转移特性;（b）输出特性2.图3.8为N沟道耗尽型场效应管的结构图。其结构与增强型场效应管的结构相似,不同的是这种管子在制造时,就在二氧化硅绝缘层中掺入了大量的正离子。sgdN＋N＋P型硅衬底衬底引线gdsgds(a)(b)(c)＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋图3.8耗尽型MOS(a)N沟道结构图;（b）N沟道符号;（c）P沟道符号图3.9N（a）转移特性;（b）输出特性－5－4－3－2－1024681012uDS=常数uGS/ViD/mAUGS(off)IDSS0246810121416－2V－1V－3VuGS=2V1V24681012uDS/V(a)(b)iD/mA0V在uGS≥UGS（off）时,iD与uGS的关系可用下式表示:2)()1(UuIioffGSGSDSSD(3.5)3.1.31．1）夹断电压UGS（off）或开启电压UGS（th2）饱和漏极电流IDSS3）漏源击穿电压U（BR）DS4)栅源击穿电压U（BR）GS5）直流输入电阻RGS6）最大耗散功率PDM7）跨导gm在uDS为定值的条件下,漏极电流变化量与引起这个变化的栅源电压变化量之比,称为跨导或互导,即常数uDSdudigGSDm(3.6)2．1）结型效应管可用万用表判别其管脚和性能的优劣。（1）管脚的判别（2）质量判定2）注意事项（1）MOS管栅、源极之间的电阻很高,使得栅极的感应电荷不易泄放,因极间电容很小,故会造成电压过高使绝缘层击穿。（2）有些场效应晶体管将衬底引出,故有4个管脚,这种管子漏极与源极可互换使用。（3）使用场效应管时各极必须加正确的工作电压。（4）在使用场效应管时,要注意漏源电压、漏源电流及耗散功率等,不要超过规定的最大允许值。3.2场效应管及其放大电路与三极管一样,根据输入、输出回路公共端选择不同,将场效应管放大电路分成共源、共漏和共栅三种组态。本节主要介绍常用的共源和共漏两种放大电路。3.2.11.漏极电阻：将漏极电流转换成漏极电压，并影响放大倍数Au＋UDDRd＋C2＋RsCs旁路电容：消除Rs对交流信号的衰减源极电阻：利用IDQ在其上的压降为栅源极提拱偏压RgC1＋栅极电阻：将Rs压降加至栅极＋－ui＋－uo图3.10场效应管共源放大电路由于栅极电阻上无直流电流,因而RIUSDGS(3.7)RIURRRUUUsDDDgggSGGS212(3.8)图3.11Rd＋C2＋UDD－uo＋Rs＋CsRg1Rg3Rg2＋C1＋－uiRg1，Rg2：栅极分压电阻使栅极获得合适的工作电压栅极电阻：用来提高输入电阻图3.11分压偏置式共源放大电路场效应管放大电路的静态工作点可用式（3.4）或式（3.5）与式（3.7）或式（3.8）联立求出UGSQ和IDQ,漏源电压UDSQ由下式求得:)(RRIUUsdDQDDDSQ(3.9)2.放大电路的动态参数可由微变等效电路求出。1）2）dg＋－udsidsdsg＋－udsidsgmugs＋－ugs＋ugs－图3.12场效应管微变等效电路（1）电压放大倍数:RguRuguRRiuuALmgsLgsmgsLddiou'')//((3.10)（2）输入电阻:)//(213RRRrgggi(3.11)（3）输出电阻:Rrdo(3.12)Rg1Rg2Rg3ri＋－ui＋ugs－ggmugsRdRL＋－uorods图3.13共源放大电路的微变等效电路3.2.2共漏放大电路共漏放大电路又称源极输出器。电路如图3.15所示。由图3.15（b）可得:gRrRRRrRgRguuAuRguuuRUgRRiumsogggiLmLmiougsLmogsiLgsmLSdo1//)//(1)1()//(321''''(3.13)(3.14)(3.15)