场效应管及其基本放大电路

第3章 场效应管及其基本 放大电路

内容导航3.0 教学基本要求 3.1 结型场效应管

3.2 绝缘栅场效应管3.3 场效应管的主要参数、 特点及使用注意事项 3.4 场效应管基本放大电路 习题解答

教学基本要求单极型半导体三极管的外特性；共源、共漏放大电路的工作原理，静态工作 掌握: 点估算继永建华笑信号模型电路分析 电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。

单极型半导体三极管的工作原理，主 熟悉:要参数及使用方法；共源、共漏放大 电路的主要特点和用途。

3.1 结型场效应管场效应管是一种由输入信号电压来控制其电流 大小的半导体三极管，所以是电压控制器件。

场效应管的分类根据结构不同分类：结型场效应管和绝缘栅场效应管结 型 场效应管：

N沟道 P沟道增强型 N沟道 P沟道

耗尽型增强型 耗尽型

MOS型

场效应管的特点：1. 输入端基本上不取电流，一次输入电阻非常高， 一般可 达108~1015 ; 2. 具有噪声低，受温度、辐射影响小，制造工艺简单，便 于大规模集成等优点，已被广泛应用于集成电路中。

3.场效应管都是仅由一种载流子(多数载流子)参与导电的半导体器件，故又称为单极型三极管。从参与导电的 载流子来划分，它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴

作为载流子的P沟道器件。

3.1.1结型场效应管(JFET)的结构结型场效应管是一种利用耗尽层宽度改变导电沟道的宽窄 来控制漏极电流的大小的器件。它是在N型半导体硅片的两侧 各制造一个PN结，形成两个PN结夹着一个N型沟道的结构。P区 即为栅极g(G),N型硅的一端是漏极d(D),另一端是源极s(S)。

3.1.2 JFET的工作原理和特性曲线N沟道场效应管工作时，在栅极与源极之间加负电，

栅极与沟道之间的PN结为反偏。极向漏极漂移，形成iD。 iD的大小受uGS的控制。 P沟道场效应管工作 时，极性相反，沟道 中的多子为空穴

在漏极、源极之间

加一定正电压，使N沟道中的多数载流子(电子)由源N沟道

PN结

一、uGS对导电沟道的影响当uGS<0时，PN结反 偏，耗尽层变厚，沟道变

窄，沟道电阻变大，iD减小； uGS更负，沟道更窄，iD 更小；直至沟道被耗尽 层全部覆盖，沟道被夹

断， iD≈0。这时所对应的栅源电压uGS称为夹断 电压UGS(off)。

动画动作： 播放

在栅源间加电压uGS>UGS(off), 夹断点向源极方向伸长为预 漏源间加电压uDS。则因漏端耗尽 夹断区。由于预夹断区电阻 层所受的反偏电压为uGD=uGS很大，使主要uDS降落在该 uDS,比源端耗尽层所受的反偏电 区，由此产生的强电场力能 压uGS大,使靠近漏端的耗尽层比 把未夹断区漂移到其边界上 源端厚，沟道比源端窄

,故uDS对 的载流子都扫至漏极，形成 沟道的影响是不均匀的，使沟道 漏极饱和电流。 呈楔形。 随u 增大，这种DS

二、uDS对导电沟道的影响

当uDS继续增加时，预

不均匀性越明显。 动画动作：

播放

当uDS增加到使uGD=uGS-uDS =UGS(off) 时，在紧靠漏极处出现 预夹断点，

一般情况下，夹断区仅占沟道长度的很小部分，因此UDS的 增大而引起夹断点的移动可忽略，夹断点到源极间的沟道长度 可以认为近似不变，同时，夹断点到源极间的电压又为一定值，

所以可近似认为ID是不随UDS而变化的恒值。

JFET伏安特性曲线

iu

iD f (u DS ) U

GS

C

根据管子的工作状态， 可将输出特性曲线族分为 四个区域：

u

(1)可变电阻区是uDS较小，管子尚未预夹断时 的工作区域。虚线为不同uGS是预夹 断点的轨迹，故虚线上各点 uGD=UGS(off),则虚线上各点对应的

i u

uDS=uGS-UGS(off)。

u

特点：1、iD几乎与uDS成线性关系，管子相当于线性电阻。 2、改变uGS时，特性曲线斜率变化，因此管子漏极欲源极之间 可以看成一个由uGS控制的线性电阻，即压控电阻。uGS愈负,特 性曲线斜率愈小,等效电阻愈大。

(2)恒流区(饱和区)

i u

特性曲线近似水平的部分，它是JFET预夹断后所对应的工 作区域。

特点：故特性曲线是一族近乎平行于uDS轴的水平线。

u

1、输出电流iD 基本上不受输出电压uDS的影响，仅取决于uGS,

2、输入电压uGS控制输出电流

u GS 1 i D I DSS U GS ( off )

2

(3)击穿区特性曲线上翘部分。uDS>U(BR)DS,管子不允许工作在 这个区域。

iu

(4)夹断区(截止区)

u

输出特性曲线靠近横轴的部分。它是发生在uGS≤ UGS(off) 时，管子的导电沟道完全被夹断。

特点：iD≈0

三、转移特性曲线指JFET漏源电压uGS一定时，输出电流iD与输入电压uGS的 关系曲线，即

i

D

f (uGS ) u

DS

C

下图为一条uDS=10V时的转移特性曲线

当管子工作在恒流区，uDS对iD的影响很小。实验证明，当管子工作在恒流区，iD可近似表示 为：

uGS 2 iD I DSS (1 ) UGS ( off )

IDSS是在uGS = 0, uDS > |UGS(off) |时的漏极电流

3.2 绝缘栅场效应管绝缘栅型(IGFET)场效应管又称金属氧化物场效应管

MOSFET( Metal Oxide Semiconductor FET),简称MOS管是一种利用半导体表面的电场效应，由感应电荷的多少 改变导电沟道来控制漏极电流的器件，它的栅极与半导体 之间是绝缘的，其电阻大于109 .它也有N沟道和P沟道两 种，其中每类又分为增强型和耗尽型两种。

增强型：uGS=0时，漏源之间没有导电沟道，在uDS作用下无iD。

耗尽型：uGS=0时，漏源之间有导电沟道，在uDS作用下有iD。