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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1.4 场效应管（Field Effect Transistor）,场效应管与晶体管三极管（,晶体管,）的区别,1.晶体管是,电流控制元件,；场效应管是,电压控制元件,。,2.晶体管参与导电的是,电子空穴,，因此称其为,双极型,器件；,场效应管参与导电的只有,一种载流子,，,因此称其为,单极型,器件。,3.晶体管的,输入电阻较低,，一般10,2,10,4,；,场效应管的,输入电阻高,，可达10,7,10,12,4.噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、易集成。,1.4 场效应管（Field Effect Transi,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）,FET,场效应管,JFET,结型,MOSFET,绝缘栅型,(IGFET),场效应管分类：,Junction type,Insulated gate type,Depletion type,enhancement,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）F,1、结型,场效应管（JFET)结构,P,+,P,+,N,G,S,D,导电沟道,源极,，,用S或s表示source,N型导电沟道,漏极,，,用D或d表示drain,1.4.1 结型场效应管,栅极,，,用G或g表示gate,1、结型场效应管（JFET)结构P+P+NGSD导电沟道 源,结型,场效应管（JFET),符号,结型场效应管（JFET)符号,V,GS,对沟道的控制作用（,V,DS,=0）等宽,当,V,GS,0,时PN结反偏,当沟道夹断时,I,D,减小至0，此时对应的栅源电压,V,GS,称为,夹断电压,V,GS(off),。,对于N沟道的JFET,，,V,GS(off),U,GS,(th),时,沟道加厚，沟道电阻减少，,在相同,V,DS,的作用下，,i,D,将进一步增加。,开始时无导电沟道，当在,V,GS,U,th,时才形成沟道,这种类型的管子称为,增强型,MOS,管,MOSFET是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。,二、,N沟道,增强型MOS场效应管工作原理,当VGS=UGS(th)时,在P型衬底表面形成一层电子层,漏源电压,V,DS,对漏极电流,I,D,的控制作用,当,V,GS,U,GS,(th),，且固定为某一值时，来分析漏源电压,V,DS,的不同变化对导电沟道和漏极电流,I,D,的影响。,V,DS,=,V,DG,V,GS,=,V,GD,V,GS,V,GD,=,V,GS,V,DS,当,V,DS,为0或较小时，,相当,V,GD,U,GS,(th),，,此时,V,DS,基本均匀降落在沟道中，沟道呈斜线分布。在,V,DS,作用下形成,I,D,漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用 当VGS,当,V,DS,增加到使,V,GD,=,U,GS,(th),时，,当,V,DS,增加到,V,GD,U,GS,(th),时，,这相当于,V,DS,增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况，称为,预夹断,。此时的,漏极电流,I,D,基本饱和。,此时预夹断区域加长，伸向S极。,V,DS,增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，,I,D,基本趋于不变。,当VDS增加到使VGD=UGS(th)时，当VDS增加到VG,i,D,=,f,(,v,GS,),v,DS,=C,转移特性曲线,i,D,=,f,(,v,DS,),v,GS,=C,输出特性曲线,v,DS,(V),i,D,(,mA,),当,v,GS,变化时，,R,ON,将随之变化，因此称之为可变电阻区,恒流区(饱和区)：,v,GS,一定时，,i,D,基本不随,v,DS,变化而变化。,v,GS,/V,三、,N沟道,增强型MOS场效应管特性曲线,夹断区,iD=f(vGS)vDS=C,一、,N沟道,耗尽型MOS场效应管结构,+,耗尽型MOS管存在,原始导电沟道,耗尽型MOS场效应管,一、N沟道耗尽型MOS场效应管结构+,当,V,GS,=0,时，,V,DS,加正向电压，产生漏极电流,i,D,。,当,V,GS,0,时,将使,i,D,进一步增加。,当,V,GS,0,时，随着,V,GS,的减小漏极电流逐渐,减小,，直至,i,D,=0,，对应,i,D,=0的,V,GS,称为夹断电压，用符号,V,GS(off),表示。,u,GS,(V),i,D,(mA),V,off,N沟道,耗尽型MOS管可工作在,V,GS,0或,V,GS,0,N沟道,增强型MOS管只能工作在,V,GS,0,二、,N沟道,耗尽型MOS场效应管工作原理,当VGS=0时，VDS加正向电压，产生漏极电流iD。,输出特性曲线,V,GS,(V),i,D,(mA),V,off,转移特性曲线,三、,N沟道,耗尽型MOS场效应管特性曲线,夹断区,输出特性曲线VGS(V)iD(mA)Voff转移特性曲线三、,绝缘栅场效应管,N,沟,道,增,强,型,P,沟,道,增,强,型,各类绝缘栅场效应三极管的特性曲线,绝缘栅场效应管NP各类绝缘栅场效应三极管的特性曲线,绝缘栅场效应管,N,沟,道,耗,尽,型,P,沟,道,耗,尽,型,绝缘栅场效应管 NP,2.夹断电压,U,GS(off),：是耗尽型FET的参数，当,V,GS,=,U,GS(off),时,漏极电流为零。,3.饱和漏极电流,I,DSS,耗尽型场效应三极管当,V,GS,=0时所对应的漏极电流。,1.开启电压,U,GS,(,th,),：,MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通。,4.直流输入电阻,R,GS,:栅源间所加的恒定电压V,GS,与流过栅极电流I,GS,之比。结型:,大于10,7,，绝缘栅:,10,9,10,15,。,5.漏源击穿电压V,(BR)DS,:使I,D,开始剧增时的V,DS,。,6.栅源击穿电压V,(BR),GS,JFET：反向饱和电流剧增时的栅源电压,MOS：使SiO,2,绝缘层击穿的电压,1.4.3 场效应管的主要参数,（P50）,2.夹断电压UGS(off)：是耗尽型FET的参数，当V,7.,低频跨导,g,m,：,低频跨导反映了栅源压对漏极电流的控制作用。,g,m,可以在转移特性曲线上求得，单位是,mS(毫西门子)。,8.,输出电阻,r,ds,9.,极间电容高频电路,C,gs,栅极与源极间电容，约13pF；,C,ds,漏极与源极间电容，约0.11pF;,C,gd,栅极与漏极间电容,。,7.低频跨导gm：低频跨导反映了栅源压对漏极电流的控制作,各种场效应管的符号对比,各种场效应管的符号对比,各种场效应管的符号对比,各种场效应管的符号对比,图 场效应管的符号及特性P49,图 场效应管的符号及特性P49,1.4.4 场效应管与晶体管三极管的比较,场效应管 晶体三极管,单极性：多子 双极型：多子和少子,压控型 流控型,R,i,很大,R,i,较小,跨导较小,大,JFET,的d,s可互换 c,e互换,很小,温度稳定性好 温度稳定性差,可作压控电阻,1.4.4 场效应管与晶体管三极管的比较 场效应管,1.6 集成电路中的元件P60,集成电路（,IC,）：制造工艺、许多元件、同一块,半导体基片上，封装。具有完整功能,特点：,（1）元件密度高（集成度高）,（2）体积小,（3）功能强,（4）功耗低,（5）外部连线及焊点少,（6）,集成电路中的元件具有良好的对称性,（7）集成电路中的电阻和电容数值有限,（8）复合管,可靠性、灵活性，,实现了元件、电路和系统的紧密结合,1.6 集成电路中的元件P60特点：（1）元件密度高（集,复合管,：,（1）各管的电流方向不矛盾、工作在放大区,P123,（2）,=,1,2,（3）等效管子的类型与第一只管子的类型相同,复合管：（1）各管的电流方向不矛盾、工作在放大区 P,P144 2.18,不能,不能,NPN,不能,不能,PNP,NPN,P144 2.18不能不能NPN不能不能PNPNPN,2.7.1 场效应管的三种接法,共源放大电路*,共漏放大电路*,共栅放大电路,2.7 场效应管放大电路,2.7.1 场效应管的三种接法2.7 场效应管放大电路,2.7.2 场效应管放大电路的静态设置,场效应管偏置电路,与晶体管放大器相似，静态工作点的设置对放大器的性能至关重要。在场效应管放大器中，由于结型场效应管与耗尽型MOS场效应管,u,GS,=0时，,i,D,0，故可采用自偏压方式。而对于增强型MOSFET，则一定要采用分压式偏置或混合偏置方式。,我们可以用两种办法确定直流工作点，一种是图解法，另一种是解析法。,2.7.2 场效应管放大电路的静态设置场效应管偏置电路,图 场效应管偏置方式,(a)自偏压方式；(b)分压式偏置方式,V,DD,=20V,u,o,R,S,u,i,C,S,C,2,C,1,R,1,R,D,R,G,R,2,R,L,150k,50k,1M,10k,10k,g,d,s,10k,图 场效应管偏置方式VDD=20V,解析法,已知电流方程及各自电路的栅源电压方程，联立求解即可求得工作点。例如：,(a),(b),将式(b)代入式(a)，解一个,i,D,的二次方程，有两个根，舍去不合理的一个根，留下合理的一个根便是,I,DQ,。,解析法已知电流方程及各自电路的栅源电压方程，联立求解即可求得,V,DD,=20V,u,o,R,S,u,i,C,S,C,2,C,1,R,1,R,D,R,G,R,2,R,L,150k,50k,1M,10k,10k,g,d,s,10k,场效应管的共源极放大电路,VDD=20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL1,场效应管的微变等效电路,g,s,d,跨导,漏极输出电阻,u,GS,i,D,u,DS,2.7.3 场效应管放大电路的动态分析,场效应管的微变等效电路gsd跨导漏极输出电阻uGSiDuDS,很大，,可忽略。,g,s,d,u,GS,i,D,u,DS,s,g,d,u,gs,g,m,u,gs,u,ds,s,g,d,r,DS,u,gs,g,m,u,gs,u,ds,场效应管的微变等效电路,很大，gsduGSiDuDSsgdugsgmugsudssg,u,o,U,DD,=20V,R,S,u,i,C,S,C,2,C,1,R,1,R,D,R,G,R,2,R,L,150k,50k,1M,10k,10k,g,d,s,10k,s,g,R,2,R,1,R,G,R,L,d,R,L,R,D,微变等效电路,动态分析,uoUDD=20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL1,s,g,R,2,R,1,R,G,R,L,d,R,L,R,D,R,o,=,R,D,=10k,sgR2R1RGRLdRLRDRo=RD=10k,u,o,+,U,DD,R,S,u,i,C,1,R,1,R,G,R,2,R,L,150k,50k,1M,10k,d,s,C,2,g,2.7.4 共漏放大电路源极输出器,u,o,+,U,DD,R,S,u,i,C,1,R,1,R,G,R,2,R,L,150k,50k,1M,10k,C,2,uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M1,R,i,R,o,g,R,2,R,1,R,G,s,d,R,L,R,S,微变等效电路,动态分析,u,o,+,U,DD,R,S,u,i,C,1,R,1,R,G,R,2,R,L,150k,50k,1M,10k,d,s,C,2,g,RiRogR2R1RGsdRLRS微变等效电路动态分析uo+,输入电阻,R,i,R,i,R,o,g,R,2,R,1,R,G,s,d,R,L,R,S,微变等效电路,输入电阻 RiRiRogR2R1RGsdRLRS微变等效电路,输出电阻,R,o,加压求流法,R,o,g,R,2,R,1,R,G,s,d,R,S,微变等效电路,/,R,S,输出电阻 Ro加压求流法RogR2R1RGsdRS微变等效电,(1)场效应管放大器输入电阻很大
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