4-场效应管放大电路.pptVIP

第四章 场效应管放大电路 ;2.场效应管的分类 根据结构和工作原理的不同，场效应管可分为两大类： (1)结型场效应管(JFET) (2)绝缘栅型场效应管(IGFET)。 3.本章内容 (1)结型场效应管的结构、工作原理、特性曲线和主要参数 (2)绝缘栅型场效应管的结构、工作原理、特性曲线和主要参数 (3)场效应管放大电路。 ;4.1 结型场效应管 ;N沟道结型场效应管的电路符号如图1(b)所示。其中，栅极上的箭头表示栅极电流的方向（由P区指向N区）。由结型场效应管代表符号中栅极上的箭头方向，可以确认沟道的类型。N沟道JFET的结构剖面图如图2所示 ;图中衬底和顶部的中间都是P+型半导体，它们连接在一起（图中未画出）作 为栅极g。 两个N+区分别作为源极s和漏极d。 三个电极s、g、d分别由不同的铝接触层引出。 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，??可以制成一个P沟道的结型场效应管。P沟道结型场效应管的结构示意图和它在电路中的代表符号如图3所示。 ;2.结型场效应管的工作原理 ;偏置电压的要求： 1 .栅-源极间加一负电压(vGS＜ 0) 作用：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108W左右)。 2.漏-源极间加一正电压(vDS＞0) 作用：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。 在上述两个电源的作用下,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： （1）讨论栅-源电压vGS对漏极电流iD（或沟道电阻）的控制作用 （2）讨论漏-源电压vDS对漏极电流iD的影响。? (1)．vGS对iD的控制作用 图5所示电路说明了vGS对沟道电阻的控制作用。为便于讨论，先假设漏-源极间所加的电压vDS=0。 (a) 当vGS=0时，沟道较宽，其电阻较小，如图5(a)所示。 (b) 当vGS0，且其大小增加时，在这个反偏电压的作用下，两个P+N结耗尽层将加宽。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，如图5(b)所示。;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，如图2(c)所示。由于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vGS称为夹断电压，用VP表示。如图5(c)所示。 上述分析表明: (a)改变栅源电压vGS的大小，可以有效地控制沟道电阻的大小。 (b)若同时在漏源-极间加上固定的正向电压vDS，则漏极电流iD将受vGS的控制，|vGS|增大时，沟道电阻增大，iD减小。 (c)上述效应也可以看作是栅-源极间的偏置电压在沟道两边建立了电场，电场强度的大小控制了沟道的宽度，即控制了沟道电阻的大小，从而控制了漏极电流iD的大小。 (2)．vDS对iD的影响 设vGS值固定，且VPvGS0。 (a)当漏-源电压vDS从零开始增大时，沟道中有电流iD流过。 (b)在vDS的作用下,导电沟道呈楔形 由于沟道存在一定的电阻，因此，iD沿沟道产生的电压降使沟道内各点的电位不再相等，漏极端电位最高，源极端电位最低。这就使栅极与沟道内各点间的电位差不再相等，其绝对值沿沟道从漏极到源极逐渐减小，在漏极端最大(为 |vGD| )，即加到该处P+N结上的反偏电压最大，这使得沟道两侧的耗尽层从源极到漏极逐渐加宽，沟道宽度不再均匀，而呈楔形，如图6(a)所示。 ;? 图5 VGS对沟道电阻的控制作用 ; ;(c)在vDS较小时，iD随vDS增加而几乎呈线性地增加 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。 (d)当vDS增加到vDS=vGS-VP，即vGD=vGS -vDS=VP(夹断电压)时，沟道预夹断 此时,漏极附近的耗尽层即在A点处合拢，如图6(b)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。 ;(e