模电4-场效应管解读.doc

4 场效应管放大电路 学习： 1.?正确理解各种场效应管的工作原理 2.熟练掌握各种场效应管的外特性及主要参数 3.熟练掌握共源、共漏放大电路的工作原理及直流偏置 4.会用场效应管小信号模型分析法求解共源、共漏放大电路的电压增益、 输入电阻和输出电阻　4.1 结型场效应管 *4.2 砷化镓金属-半导体场效应管 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 4.1 结型场效应管 4.1.1 JFET的结构和工作原理 1、 结构： 在一块N型半导体材料的两边各扩散一个高杂质浓度的P+区,就形成两个不对称的P+N结，即耗尽层。把两个P+区并联在一起，引出一个电极g，称为栅极，在N型半导体的两端各引出一个电极，分别称为源极s和漏极d。它们分别与三极管的基极b、发射极e和集电极c相对应。夹在两个P+N结中间的N区是电流的通道，称为导电沟道（简称沟道）。这种结构的管子称为N沟道结型场效应管，如果在一块P型半导体的两边各扩散一个高杂质浓度的N+区，就可以制成一个P沟道的结型场效应管。图给出了这种管子的结构示意图和它在电路中的代表符号。 N沟道和P沟道结型场效应管的工作原理完全相同，现以N沟道结型场效应管为例，分析其工作原理。在栅-源极间加一负电压(vGS＜0)，使栅-源极间的P+N结反偏，栅极电流iG≈0，场效应管呈现很高的输入电阻(高达108?左右)。在漏-源极间加一正电压(vDS＞0)，使N沟道中的多数载流子电子在电场作用下由源极向漏极作漂移运动，形成漏极电流iD。iD的大小主要受栅-源电压vGS控制，同时也受漏-源电压vDS的影响。因此，讨论场效应管的工作原理就是讨论栅-源电压vGS对沟道电阻及漏极电流iD的控制作用，以及漏-源电压vDS对漏极电流iD的影响。(1)．vGS对沟道电阻及iD的控制作用由于N区掺杂浓度小于P+区，因此，随着|vGS| 的增加，耗尽层将主要向N沟道中扩展，使沟道变窄，沟道电阻增大当|vGS| 进一步增大到一定值|VP| 时，两侧的耗尽层将在沟道中央合拢，沟道全部被夹断，耗尽层中没有载流子，因此这时漏-源极间的电阻将趋于无穷大，即使加上一定的电压vDS，漏极电流iD也将为零。这时的栅-源电压称为夹断电压，用VP表示。vDS对iD的影响 在vDS较小时，它对iD的影响应从两个角度来分析：一方面vDS增加时，沟道的电场强度增大，iD随着增加；另一方面，随着vDS的增加，沟道的不均匀性 增大，即沟道电阻增加，iD应该下降，但是在vDS较小时，沟道的不均匀性不明显，在漏极附近的区域内沟道仍然较宽，即vDS对沟道电阻影响不大，故iD随vDS增加而几乎呈线性地增加。随着vDS的进一步增加，靠近漏极一端的P+N结上承受的反向电压增大，这里的耗尽层相应变宽，沟道电阻相应增加，iD随vDS上升的速度趋缓。 当vDS增加到vDS=vGS-VP，即vGD=vGS -vDS=VP(夹断电压)时，漏极附近的耗尽层即在A点处合拢，如图所示，这种状态称为预夹断。与前面讲过的整个沟道全被夹断不同，预夹断后，漏极电流iD≠0。因为这时沟道仍然存在，沟道内的电场仍能使多数载流子(电子)作漂移运动，并被强电场拉向漏极。若vDS继续增加，使vDS＞vGS－VP,即vGD＜VP时，耗尽层合拢部分会有增加，即自A点向源极方向延伸，如图，夹断区的电阻越来越大，但漏极电流iD却基本上趋于饱和，iD不随vDS的增加而增加。因为这时夹断区电阻很大，vDS的增加量主要降落在夹断区电阻上，沟道电场强度增加不多，因而iD基本不变。但当vDS增加到大于某一极限值(用V(BR)DS表示)后，漏极一端P+N结上反向电压将使P+N结发生雪崩击穿，iD会急剧增加，正常工作时vDS不能超过V(BR)DS。 从结型场效应管正常工作时的原理可知： 结型场效应管栅极与沟道之间的P+N结是反向偏置的，因此，栅极电流iG≈0，输入阻抗很高。 漏极电流受栅-源电压vGS控制，所以场效应管是电压控制电流器件。 预夹断前，即vDS较小时，iD与vDS间基本呈线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。 4.1.2 JFET的特性曲线及参数 由于结型场效应管的栅极输入电流iG0，因此很少应用输入特性曲线，常用的特性曲线有输出特性曲线和转移特性曲线。 1．输出特性曲线 输出特性曲线用来描述vGS取一定值时，电流iD和电压vDS间的关系，即 它反映了漏-源电压vDS对iD的影响。 由此图可见，结型场效应管的工作状态可划分为四个区域。 (1) 可变电阻区 它表示vDS较小、管子预夹断前，电压vDS与漏极电流iD间的关系。 在此区域内有VP＜vGS≤0，vDS＜vGS－VP。当vGS一定，vDS较小时，vDS对沟道影响不大，沟