场效应管及其基本电路.ppt

第三章 场效应管及其基本电路3―1 结型场效应管 3―1―1 结型场效应管的结构及工作原理3―1―2 结型场效应管的特性曲线一、转移特性曲线二、输出特性曲线1. 可变电阻区2.恒流区3. 截止区4.击穿区9/10/202413―2 绝缘栅场效应管(IGFET)3―2―1 绝缘栅场效应管的结构3―2―2 N沟道增强型MOSFET一、导电沟道的形成及工作原理二、转移特性三、输出特性(1)截止区(2)恒流区(3)可变电阻区9/10/202423―2―3 N沟道耗尽型 MOSFET3―2―4各种类型MOS管的符号及特性对比3―3 场效应管的参数和小信号模型3―3―1场效应管的主要参数一、直流参数二、极限参数三、交流参数3―3―2 场效应管的低频小信号模型9/10/202433―4 场效应管放大器3―4―1 场效应管偏置电路一、图解法二、解析法3―4―2 场效应管放大器分析一、共源放大器二、共漏放大器9/10/20244第三章第三章 场效应管及其基本电路场效应管及其基本电路（（1）了解场效应管内部工作原理及性能特点了解场效应管内部工作原理及性能特点2）掌握场效应管的外部特性、主要参数。

掌握场效应管的外部特性、主要参数3）了解场效应管基本放大电路的组成、工作原）了解场效应管基本放大电路的组成、工作原理及性能特点理及性能特点4）掌握放大电路静态工作点和动态参数（）掌握放大电路静态工作点和动态参数（ ）的分析方法的分析方法9/10/20245场效应晶体管（场效应管）利用多数载流子的漂移运动形成电流 场效应管FET(Field Effect Transistor)结型场效应管JFET(Junction FET)绝缘栅场效应管IGFET(Insulated Gate FET)双极型晶体管主要是利用基区非平衡少数载流子的扩散运动形成电流9/10/202463―1 结型场效应管结型场效应管 3―1―1 结型场效应管的结构及工作原理结型场效应管的结构及工作原理N型沟道PPDGSDSG(a)N沟道JFET图3―1结型场效应管的结构示意图及其表示符号Gate栅极Source源极Drain 漏极箭头方向表示栅源间PN结若加正向偏置电压时栅极电流的实际流动方向ID实际流向结型场效应三极管的结构结型场效应三极管的结构.avi一、结型场效应管的结构一、结型场效应管的结构9/10/20247P型沟道NNDGSDSG(b)P沟道JFET图3―1结型场效应管的结构示意图及其表示符号ID实际流向9/10/20248NDGSPP(a) UGS =0，沟道最宽图3―2栅源电压UGS对沟道的控制作用示意图二、结型场效应管的工作原理二、结型场效应管的工作原理9/10/20249(b) UGS负压增大，沟道变窄DSPPUGS图3―2栅源电压UGS对沟道的控制作用示意图横向电场作用：︱UGS︱↑↑→沟道宽度→ PN结耗尽层宽度↓9/10/202410(c) UGS负压进一步增大，沟道夹断图3―2栅源电压UGS对沟道的控制作用示意图DSPPUGSUGSoff——夹断电压夹断电压9/10/202411DGSUDSUGSIDPP> 0沟道预夹断DGS(a)uGD>UGSoff（预夹断前）UDSID＞ 0UGSPP 图3―4 uDS对导电沟道的影响 uGD=UGSoff（预夹断时）纵向电场作用：在沟道造成楔型结构（上宽下窄）9/10/202412由于夹断点与源极间的沟道长度略有缩短，呈现的沟道电阻值也就略有减小，且夹断点与源极间的电压不变。

DGSUDSUGS沟道局部夹断IDPP几乎不变(b) uGDUGSoff（或uDSUGSoff预夹断前所对应的区域uGS≤0，uDS≥09/10/202414图3―3JFET的转移特性曲线和输出特性曲线(b)输出特性曲线1234iD/mA01020uDS/V可变电阻区恒截止区－2V－1.5V－1VuDS＝uGS－UGSoff515流区击穿区UGS＝0VUGSoff－0.5V漏极输出特性曲线漏极输出特性曲线.avi9/10/202415 当uDS很小时， uDS对沟道的影响可以忽略，沟道的宽度及相应的电阻值仅受uGS的控制输出特性可近似为一组直线，此时，JFET可看成一个受uGS控制的可变线性电阻器（称为JFET的输出电阻）；当uDS较大时， uDS对沟道的影响就不能忽略，致使输出特性曲线呈弯曲状。

9/10/2024162.恒流区iD的大小几乎不受uDS的控制预夹断后所对应的区域uGDuGS-UGSoff）uGS>UGSoff(1)当UGSoff

功耗低，集成度高绝缘体一般为二氧化硅（SiO2），这种IGFET称为金属——氧化物——半导体场效应管，用符号MOSFET表示（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）此外，还有以氮化硅为绝缘体的MNSFET等一、简介一、简介9/10/202422MOSFETN沟道P沟道增强型 N-EMOSFET耗尽型增强型耗尽型N-DMOSFETP-EMOSFETP-DMOSFET二、分类二、分类9/10/2024233―2―1 绝缘栅场效应管的结构绝缘栅场效应管的结构3―2―2 N沟道增强型沟道增强型MOSFET (Enhancement NMOSFET)一、导电沟道的形成及工作原理一、导电沟道的形成及工作原理UGS=0，导电沟道未形成PN结(耗尽层)N＋N＋P型衬底DSG9/10/202424B(a) UGSUGSth，导电沟道已形成栅源电压栅源电压VGS对沟道的影响对沟道的影响.avi9/10/202426图 uDS增大，沟道预夹断前情况BUDSP型衬底UGSN+N+9/10/202427图3―9 uDS增大，沟道预夹断时情况BUDSP型衬底UGSN+N+预夹断9/10/202428图 uDS增大，沟道预夹断后情况BUDSP型衬底UGSN+N+漏源电压漏源电压VDS对沟道的影响对沟道的影响.avi9/10/202429二、输出特性二、输出特性(1)截止区uDS≥0uGS

2)可变电阻区预夹断前所对应的区域uGS>UGSthuGD>UGSth（或uDSUGSthuGDuGS-UGSth）9/10/202432三、转移特性三、转移特性(1)当uGSUGSth时，iD >0，二者符合平方律关系iD≥09/10/202433uGS/V032112345UGS thiD/mA图3―7 NMOSFET的转移特性曲线9/10/2024343―2―3 N沟道耗尽型沟道耗尽型 MOSFET (Depletion NMOSFET)ID0表示uGS=0时所对应的漏极电流 9/10/202435图 N沟道耗尽型MOS场效应管的沟道形成BN＋导电沟道（反型层）P型衬底N＋UGS=0，导电沟道已形成9/10/202436图3―10N沟道耗尽型MOS管的特性及符号(a)转移特性；(b)输出特性；(c)表示符号9/10/202437图3―10N沟道耗尽型MOS管的特性及符号(a)转移特性；(b)输出特性；(c)表示符号(c)DGSB9/10/2024383―2―4各种类型各种类型MOS管的符号及特性对比管的符号及特性对比DGSDGSN沟道P沟道JFET图3―11各种场效应管的符号对比9/10/202439图3―11各种场效应管的符号对比9/10/202440JFET：利用栅源电压（ 输入电压）对耗尽层厚度的控制来改变导电沟道的宽度，从而实现对漏极电流（输出电流）的控制。

MOSFET：利用栅源电压（ 输入电压）对半导体表面感生电荷量的控制来改变导电沟道的宽度，从而实现对漏极电流（输出电流）的控制FET输入输入电压电压输出输出电流电流GSSDuGSiD9/10/202441iDuGSUGSoff0IDSSID0UGSth结型P沟耗尽型P沟增强型P沟MOS耗尽型N沟增强型N沟MOS结型N沟图3―12各种场效应管的转移特性和输出特性对比(a)转移特性N沟道：P沟道：9/10/202442图3―12各种场效应管的转移特性和输出特性对比uDSiD0线性线性可变电阻区可变电阻区01234560123－1－2－3－3－4－5－6－7－8－9结型P 沟耗尽型MOS P沟－3－4－5－60－1－20123－1－2－33456789结型N沟耗尽型 增强型MOS N沟UGS/VUGS/V增强型(b)输出特性N沟道：P沟道：9/10/202443放大饱和/可变电阻截止NPN-BJTPNP-BJTP-FETN-FETBJT与与FET工作状态的对比工作状态的对比9/10/202444场效应管工作状态的判断方法场效应管工作状态的判断方法1.先判断是否处于先判断是否处于截止状态截止状态2.再判断是否处于再判断是否处于放大状态放大状态或或或或指导思想：假设处于某一状态，然后用计算结果验证假设是否成立。

9/10/2024453―3 场效应管的参数和小信号模型场效应管的参数和小信号模型 3―3―1 场效应管的主要参数场效应管的主要参数一、直流参数一、直流参数1. 结型场效应管和耗尽型MOSFET的主要参数 (1)饱和漏极电流IDSS(ID0)： (2)夹断电压UGSoff：当栅源电压uGS=UGSoff时，iD=0对应uGS=0时的漏极电流 2.增强型MOSFET的主要参数对增强型MOSFET来说，主要参数有开启电压UGSth9/10/2024463.输入电阻RGS对结型场效应管，RGS在108~1012Ω之间对MOS管，RGS在1010~1015Ω之间通常认为RGS →∞ 二、极限参数二、极限参数(1)栅源击穿电压U(BR)GSO2)漏源击穿电压U(BR)DSO3)最大功耗PDM：PDM=ID·UDS9/10/202447三、交流参数三、交流参数1跨导gm对JFET和耗尽型MOS管那么9/10/202448而对增强型MOSFET那么，对应工作点Q的gm为9/10/2024492.输出电阻rds 恒流区的rds可以用下式计算UA为厄尔利电压9/10/202450 若输入为正弦量，上式可改写为通常rds较大，Uds对Id的影响可以忽略，则3―3―2 场效应管的低频小信号模型场效应管的低频小信号模型9/10/202451rds(a)gmUgsUdsIdDS(b)gmUgsUoIdDS图3―13 场效应管低频小信号简化模型9/10/2024523―4 场效应管放大器场效应管放大器3―4―1 场效应管偏置电路场效应管偏置电路Ø偏置方式自偏压方式混合偏置方式 Ø确定直流工作点方法图解法解析法 适宜 JFET、DMOSFET适宜 JFET、DMOSFET、EMOSFET9/10/202453 图3―14场效应管偏置方式 (a)自偏压方式； (b)混合偏置方式 RDUDDRS(自偏压电阻)uiRGV(a)RDUDDRS(自偏压电阻)uiRG2(b)RG1(分压式偏置)9/10/202454一、图解法一、图解法栅源回路直流负载线方程1.自偏压方式RDUDDRSuiRGV图3―15 (a)图解法求自偏压方式电路的直流工作点Q9/10/202455图3―15 (b)图解法求混合偏置方式电路直流工作点2.混合偏置方式栅源回路直流负载线方程RDUDDRSuiRG2RG19/10/202456二、解析法二、解析法已知电流方程及栅源直流负载线方程，联立求解即可求得工作点。

RDUDDRSuiRGV9/10/202457 3―4―2场效应管放大器分析场效应管放大器分析一、共源放大器一、共源放大器图3―16 (a)共源放大器电路9/10/202458图3―16 (b)共源放大器电路低频小信号等效电路9/10/202459ui＋－C2C1C3RDuo＋－RG1RG3RS2UDDRG2＋RS1150k50k2k10k1k＋＋1MRL1Mgm＝5mA/V图3―18 (a)带电流负反馈的放大电路例例 试画出低频小信号等效电路，并计算增益Au9/10/202460图3-18 (b) (c)带电流负反馈放大电路的等效电路及简化等效电路9/10/202461C2C1RG1RSUDDRG2150k50k2k＋＋RL10kUoRG31M＋－＋－Uigm＝2mA/V图3―19 (a)共漏电路二、共漏放大器二、共漏放大器9/10/202462图3―19 (b)共漏电路等效电路 ＋－UoRLRSSDIdgmUgs＝gm[Ui- Id(RS　RL)]//9/10/2024631. 放大倍数Au ＋－UoRLRSSDIdgmUgs9/10/2024642.输入电阻 C2C1RG1RSUDDRG2150k50k2k＋＋RL10kUoRG31M＋－＋－Uigm＝2mA/V9/10/202465图图3―20计算共漏电路输出电阻计算共漏电路输出电阻Ro的电路的电路 3. 输出电阻RoC2C1RG1RSUDDRG2150k50k2k＋＋UoRG31MRL10k＋－＋－Uigm＝2mA/VIo9/10/202466图3―20计算共漏电路输出电阻Ro的等效电路9/10/2024679/10/202468作作 业业3-13-33-43-53-73-89/10/202469uGS/V0－1－2－312345IDSSUGSoffiD/mA(a)转移特性曲线为保证场效应管正常工作，PN结必须加反向偏置电压图3―3JFET的转移特性曲线和输出特性曲线9/10/202470图3―3JFET的转移特性曲线和输出特性曲线(b)输出特性曲线1234iD/mA01020uDS/V可变电阻区恒截止区－2V－1.5V－1VuDS＝uGS－UGSoff515流区击穿区UGS＝0VUGSoff－0.5V漏极输出特性曲线漏极输出特性曲线.avi9/10/202471uGS/V0－1－2－312345IDSSUGSoffiD/mA1234iD/mA01020uDS/V可变电阻区恒截止区－2V－1.5V－1VuDS＝uGS－UGSoff515流区击穿区UGS＝0VUGSoff－0 .5V从输出特性曲线作转移特性曲线示意图转移特性曲线转移特性曲线.avi9/10/202472源极栅极漏极氧化层(SiO2)BWP型衬底N＋N＋L耗尽层A1层SGD(a)立体图图3―5绝缘栅(金属-氧化物-半导体)场效应管结构示意图9/10/202473图3―5绝缘栅(金属-氧化物-半导体)场效应管结构示意图(b)剖面图SGDN＋N＋P型硅衬底绝缘层(SiO2)衬底引线 B半导体N沟道增强型沟道增强型MOSFET的结构示意图和符号的结构示意图和符号.avi9/10/202474uGS/V032112345UGS thiD/mA图3―7 NMOSFET的转移特性曲线9/10/202475iD0uDSUGS＝6V截止区4V3V2V5V可变电阻区恒流区区穿击 图3―8输出特性(a)输出特性9/10/202476 图3―8输出特性uDSiD0UGSUA( 厄尔利电压)(b)厄尔利电压9/10/202477BJTFET导电机构多子、少子（双极型） 多子（单极型）工作控制方式流控压控输入阻抗102～103108～1012放大能力 (大)gm(小)工艺复杂简单，易集成使用C－E不可置换D－S 可置换辐射光照温度特性不好好抗干扰能力差好BJT与FET的对比9/10/202478使用FET的几点注意事项Ø保存Ø测量Ø焊接üJFET用万用表测试要小心谨慎。

ü电烙铁要有中线üMOSFET一般不可测ü各电极焊接顺序为：S→D→Gü断电焊接ü注意将几个管脚短路（用金属丝捆绑）9/10/202479。