《模拟电子技术》第1章33场效应管fv0403周一12节

1.4场效应管场效应管FET(FieldEffectTransistor)类型：结型JFET(JunctionFieldEffectTransistor)绝缘栅型IGFET(InsulatedGateFET)场效应管利用电场效应控制电流大小。•用栅极电位控制电流大小（类似电子管）•只有一种载流子（多数载流子）导电，故称单极性器件•而晶体三极管有两种载流子（多数载流子和少数载流子）导电优点：（1）体积小、重量轻、耗电少、寿命长；（2）输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、制造工艺简单；分类：（1）结型场效应管（JFET）（2）金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）1.4场效应管(JunctionFieldEffectTransister)MetalOxideSemIConductorFETN沟道JFETP沟道JFET一、结型场效应管用两块P型半导体控制N型半导体导电沟道的宽窄（控制沟道电阻大小）实现放大功能PNPN用两块N型半导体控制P型半导体导电沟道的宽窄（控制沟道电阻大小）实现放大功能•栅源反偏：N沟道JFET工作时，在栅极与源极之间加一负电压（栅负源正）：VGS0，使栅极（P）和沟道（N）之间的PN结反偏，栅极电流为零，场效应管呈现大的输入电阻。•在漏极和源极之间加一正电压（漏正源负）:VDS0，使N沟道中的多数载流子(电子)在电场的作用下由源极向漏极运动，形成漏极电流iD。•漏极电流iD受与漏源电压VDS影响，被栅源电压VGS控制。N沟道场效应管结束（1）d、s间短路，在g、s间加反向电压时的情况夹断电压UGS(off)（或VP)：当增加到某一电压UGS(off)时，两侧耗尽层将在中间合龙，沟道被夹断，d、s之间的电阻趋向无穷大。GS（2）d、S间加正向电压的情况：offGSDSGSGDU在漏极附近的耗尽区开始靠拢，这种情况称为预夹断。当再增加时，耗尽区沿沟道加长它们的接触部分，这时略有增加但基本恒定。这时的电流称漏极饱和电流，用表示。DSDiDSSI（3）g、s间加负电压，d、S间加正电压的情况：（1）JFET栅极和沟道间的PN结是反偏的，因此其，输入电阻很高；（2）JFET是电压控制电流器件，受控制。（3）预夹断前，与呈近似线性关系；预夹断后趋于饱和。0GiDiGSDiDSDi•固定栅源电压VGS，漏极电流ID与漏源电压VDS之间的关系曲线。即常数GSDSDfi)(Ⅰ区（可变电阻区）Ⅱ区（饱和区或恒流区）Ⅲ区（击穿区）夹断区（或截止区）它是指在一定漏源电压下，栅源电压对漏极电流的控制特性，即常数DSGSDfi)()0()1(2时当GSPPGSDSSDVVIi转移特性曲线与输出特性曲线有严格的对应关系。当管子工作在恒流区时，由于对的影响很小，所以不同的所对应的转移特性曲线基本上重合在一起。这时可近似地表示为DSDiDSDiN沟道：增强型、耗尽型P沟道：增强型、耗尽型增强型-正偏压工作：当υGS=0时，没有导电沟道，即iD=0。耗尽型-反偏压工作：当υGS=0时，存在导电沟道，即iD≠0。二、绝缘栅型场效应管thGSTUV或)()1(2TGSTGSDODVVIi如果在制造MOS管时，在SiO2绝缘层中掺人大量正离子，那么即使υGS=0，在正离子作用下P型衬底表层也存在反型层，即漏—源之间存在导电沟道，只要在漏—源间加正向电压，就会产生漏极电流，并且υGS为正时，反型层变宽，沟道电阻变小，iD增大；反之，υGS为负时，反型层变窄，沟道电阻变大，iD减小。而当υGS从零减小到一定值时，反型层消失，漏—源之间导电沟道消失，iD=0。此时的υGS称为夹断电压。与N沟道结型场效应管相同，N沟道牦尽型MOS管的夹断电压也为负值。但是，前者只能在υGS0的情况下工作，而后者的υGS可以在正、负值的一定范围内实现对iD的控制，且仍保持栅—源间有非常大的绝缘电阻。（1）夹断电压UGS(off)：为某一固定值（一般为10V），使等于一个微小的电流（一般为5μA）时，栅源之间之间所加的电压。DSDi三、FET的主要参数（2）开启电压UGS(th)：为某一固定值（一般为10V），使大于零电流（一般为5μA）时，栅源之间之间所加的最小电压。DSDi（3）饱和漏电流IDSS：对于耗尽型管子，在的情况下产生预夹断时的漏极电流。它是该管子所能输出的最大电流。通常令υDS=10V，υGS=0V时测出的漏极电流为饱和漏电流。0GS（4）最大漏源电压：它是指PN结发生击穿、开始急剧上升时的值。它与有关。越负，越小。DSBRVDiDSGSGSDSBRV（5）最大栅源电压：是指输入PN结反向电流开始急剧增加时的。GSBRVGS（6）直流输入电阻：在漏源之间短路的条件下，栅源之间加一定电压时的栅源直流电阻。106-109ΩGSRmgDS（7）低频互导（跨导）：在等于常数时，漏极电流的微变量和引起这个变化的栅源电压的微变量之比。即DSVGSDmig)0()1(2)1(2GSPPPGSDSSGSPGSDSSmVVVIdVIdg当GSVDDSdirDi（8）输出电阻：在饱和区，随的变化很小，所以的值很大。约几十千欧姆至几百千欧姆。drDSdr（9）最大耗散功率：它等于和的乘积，即。这些耗散在管子中的功率变为热能，使管子温度升高。为了限制它的温度不要升的太高，就要限制它的耗散功率不能超过最大数值。DMPDiDSDSDDMiPDMP1、衬底引出：在MOS管中，有的产品将衬底引出可让使用者视电路的需要任意连接。2、漏极和源极可以互换：FET通常制成漏极和源极可以互换。但有些产品出厂时将源极和衬底连在一起，这时不能互换。3、JFET的栅源电压不能接反，但可以在开路状态下保存；而MOSFET不使用时，由于它的输入电阻非常高，须将各电极短路，以免外电场作用而使管子损坏。4、焊接时，电烙铁必须有外接地线，以屏蔽交流电场，防止损坏管子。特别是焊接MOSFET时，最好断电后再焊接。四、使用FET的注意事项1、FET是用栅源电压来控制漏极电流，栅极基本不取电流。BJT是用基极电流来控制集电极电流，工作时基极总要索取一定的电流。★要求输入电阻高的电路应选择FET；若信号源可以提供一定的电流，则可选用BJT。2、FET只有多子参与导电，而BJT有多子和少子参与导电。所以FET的温度稳定性比BJT好、抗辐射能力强。★环境条件变化很大的情况应选择FET。五、FET和BJT的比较3、FET的噪声系数很小，所以低噪声放大器的输入级和要求信噪比较高的电路应选用FET。当然也可以选用特制的低噪声BJT。4、FET的漏极和源极可以互换使用，BJT的发射极和集电极不可以互换。5、FET的种类比BJT多。6、FET和BJT都可以构成集成电路，但由于FET集成工艺简单，且具有耗电省、工作电源电压范围宽等优点，因此FET越来越多地应用于大规模和超大规模集成电路之中。★放大电路中的噪声是放大电路中各元件内部载流子运动的不规则所造成的，它实际上是杂乱无规则的变化的电压或电流。nOSOnISIFPPPPN输出端信号噪声比输入端信号噪声比1、晶体管放大电路有三种基本放大电路，分别为共射极、共集电极、共基极放大电路。场效应管放大电路有三种基本放大电路，分别为共源极、共漏极、共栅极放大电路。2、共射极放大电路是反向电压放大器，共集电极放大电路是电压跟随器，共基极放大电路是电流放大器。共源放大电路是反向电压放大器，共漏放大电路是电压跟随器，共栅放大电路是电流放大器。