结型场效应管介绍

1、,4.1 结型场效应管,4.3 金属-氧化物-半导体场效应管,4.4 场效应管放大电路,4.5 各种放大器件电路性能比较,*4.2 砷化镓金属-半导体场效应管,4 场效应管放大电路,场效应管是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件。 特点：输入电阻高、噪声低、热稳定性能好、抗辐射能力强。 主要用于大规模和超大规模集成电路中。,单极型晶体管 常用于数字集成电路,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：,4.1 结型场效应管, 结构, 工作原理, 输出特性, 转移特性, 主要参数,4.1.1 JFET的结构和工作原理,4.1.2 JFET的特性曲线及参数,(Junction type Field Effect Transisstor),源极，用S或s表示,N型导电沟道,漏极，用D或d表示,4.1.1 JFET的结构和工作原理,1. 结构,# 符号中的箭头方向表示什么？,2.工作原理（以N沟道为例）,vDS=0V时,N,G,S,D,vDS,VGS,iD,PN结反偏，VGS越负,则耗尽区越宽，导电沟道越窄。, VGS对沟道的控制作用,VG

2、S达到一定值时耗尽区碰到一起，DS间的导电沟道被夹断。,当沟道夹断时，对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP （ 或VGS(off) ）。,VGS继续减小,对于N沟道的JFET，VP 0。,N,G,S,D,VDS,VGS,iD,VDS=0V时, 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。,N,G,S,D,VDS,VGS,越靠近漏端，PN结反压越大,iD,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,G,S,D,VDS,VGS,iD,N, VGS和VDS同时作用时,VGS越小耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。iD 减小。,当VP VGS0 时，,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,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，iD受vGS控制,预夹断前iD与vDS呈近似线性

3、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。,# JFET有正常放大作用时，沟道处于什么状态？,4.1.2 JFET的特性曲线及参数,2. 转移特性,VP,1. 输出特性, 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 。,VGS=0时对应的漏极电流。,低频跨导反映了vGS对iD的控制作用。gm可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子)。, 输出电阻rd：, 直流输入电阻RGS：,对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107。, 最大漏极功耗PDM, 最大漏源电压V(BR)DS, 最大栅源电压V(BR)GS,1.N沟道结型场效应管的特性曲线,转移特性曲线,vGS,0,iD,IDSS,VP,夹断电压,饱和漏极电流,小结（JFET管）,输出特性曲线,N沟道结型场效应管的特性曲线,-2V,可变电阻区,夹断区,恒流区,予夹断曲线,击穿区,转移特性曲线,饱和漏极电流,夹断电压,2 P沟道结型场效应管,符号,栅源端加正

4、电压 漏源端加负电压,iD,v DS,恒流区,输出特性曲线,0,P沟道结型场效应管,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。,*4.2 砷化镓金属-半导体场效应管 （Metal-Smeiconductor Field-Effect Transistor) MESFET 以N沟道为主,4.3 金属-氧化物-半导体场效应管,MOSFET (Metal-Oxide-semiconductor type Field Effect Transistor),特点：输入电阻很高，最高可达到1015欧姆。 表面场效应器件,增强型,耗尽型,N沟道,P沟道,N沟道,P沟道,耗尽型是当vGS=0时，存在导电沟道，iD0. 增强型是当vGS=0时，不存在导电沟道， iD=0 。,4.3 金属-氧化物-半导体场效应管:(MOS),1 结构和电路符号,P型硅衬底,两个N区,SiO2绝缘层,金属铝,4.3.

5、1 N汮道增强型MOSFET,三个铝电极 栅极与漏极、源极无电接触。,2 工作原理,以N 沟道增强型为例,VGS=0时,对应截止区,(1) VGS 改变感生沟道电阻以控制iD的大小。,VGS0时,感应出电子,VT称为阈值电或开启电压：在VDS 作用下开始导电的VGS 。,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。,VDS0时,iD,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。,（2）VDS改变iD,VDS增加，VGD=VT 时，靠近D端的沟道被夹断，称为予夹断。,（1）输出特性曲线,VGS0,3.增强型N沟道MOS管的特性曲线,可变电阻区,恒流区,击穿区,3.增强型N沟道MOS管的特性曲线,(2)转移特性曲线,vDS=10V,(3)计算公式,P 沟道增强型,4.参数 见表4.1.1,栅源端加负电压 漏源端加负电压,1.N 沟道耗尽型,予埋了导电沟道 （正离子），在P型衬底表面形成反型层（N型）。在vGS 0时，就有感生沟道，当V DS 0时，则有iD通过。,4.3.2 耗尽型MOSFET,2.P 沟道耗尽型,N

6、,P,P,g,s,d,予埋了导电沟道（负离子）,3.耗尽型N沟道MOS管的特性曲线,耗尽型的N沟道MOS管VGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。,转移特性曲线,输出特性曲线,4.3.3各种FET的特性比较及使用注意事项。（见P173P175）,栅源电压可正可负。,4.4 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,4.4.1 FET的直流偏置及静态分析,4.4.2 FET放大电路的小信号模型分析法,1. 直流偏置电路,4.4.1 FET的直流偏置电路及静态分析,（1）自偏压电路,（2）分压式自偏压电路,vGS,vGS,vGS,vGS,vGS,VGS =,- IDR,Q点：,VGS 、,ID 、,VDS,VGS =,VDS =,已知VP ，由,VDD,- ID (Rd + R ),- IDR,可解出Q点的VGS 、 ID 、 VDS,如知道FET的特性曲线，也可采用图解法。,4.4.2 FET放大电路的小信号模型分析法,1. FET小信号模型,（1）低频模型,（2）高频模型,2. 动态指标分析,（1）中频小信号模型,2. 动态指标分析,（2）中频电压增益,（3）输入电阻,（4）输出电阻,忽略 rd,由输入输出回路得,则,通常,则,输出电压与输入电压反相。,例4.4.2 共漏极放大电路如图示。试求中频电压增益、输入电阻和输出电阻。,（2）中频电压增益,（3）输入电阻,得,解：,（1）中频小信号模型,由,例题,（4）输出电阻,所以,由图有,例题,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：,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：,解：,画中频小信号等效电路,则电压增益为,例题,根据电路有,由于,则,end,本章结束,

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