第三章授课教案.doc

场效应管放大电路 〖本章主要内容〗 本章重点讲述场效应管的基本结构和工作原理，由场效应管构成的放大电路的分析方法。 〖学时分配〗 本章有6讲，每讲两个学时。 第十讲 场效应管 一、主要内容 １、效应管及其类型 效应管FET是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件。根据结构不同可分为两大类：结型场效应管（JFET）和金属－氧化物－半导体场效应管（MOSFET简称MOS管）。每一类又有N沟道和P沟道两种类型。其中MOS管又可分为增强型和耗尽型两种。 2、N沟道增强型MOS管结构 N沟道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是在P型半导体上生成一层SiO2 薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出两个电极，漏极D，和源极S。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。P型半导体称为衬底，用符号B表示。因为这种MOS管在VGS=0V时ID=0；只有当UGS＞UGS(th) 后才会出现漏极电流，所以称为增强型MOS管。如P42图1.44所示。 3、N沟道增强型MOS管的工作原理 1）夹断区工作条件 UGS=0时，D与S之间是两个PN结反向串联，没有导电沟道，无论D与S之间加什么极性的电压，漏极电流均接近于零；当0﹤UGS﹤UGS(th时，由柵极指向衬底方向的电场使空穴向下移动，电子向上移动，在P型硅衬底的上表面形成耗尽层，仍然没有漏极电流。 2）可变电阻区工作条件 当UGS UGS(th) 时，栅极下P型半导体表面形成N型导电沟道(反型层)，若D、S间加上正向电压后可产生漏极电流ID。若uDS＜uGS- UGS(th)，则沟道没夹断，对应不同的uGS，ds间等效成不同阻值的电阻，此时，FET相当于压控电阻。 3）恒流区（或饱和区）工作条件 当uDS=uGS- UGS(th) 时，沟道预夹断；若uDS＞uGS - UGS(th)，则沟道已夹断，iD仅仅决定于uGS，而与uDS无关。此时，iD近似看成uGS控制的电流源，FET相当于压控流源。 可见，对于N沟道增强型MOS管，栅源电压VGS对导电沟道有控制作用，即当UGS UGS(th)时，才能形成导电沟道将漏极和源极沟通。如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流ID。 当场效应管工作在恒流区时，利用栅－源之间外加电压uGS所产生的电场来改变导电沟道的宽窄，从而控制多子漂移运动所产生的漏极电流ID。此时，可将ID看成电压uGS控制的电流源。 4、N沟道耗尽型MOSFET N沟道耗尽型MOSFET是在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子，所以当UGS=0时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。如P45图1.48所示。于是，只要有漏源电压，就有漏极电流存在。当UGS＞0时，将使ID进一步增加。UGS＜0时，随着UGS的减小漏极电流逐渐减小，直至ID=0。对应ID=0的UGS称为夹断电压，用符号UGS(off)表示， 5、P沟道增强型和耗尽型MOSFET P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。 6、场效应管的伏安特性 场效应三极管的特性曲线类型比较多，根据导电沟道的不同以及是增强型还是耗尽型可有四种转移特性曲线和输出特性曲线，其电压和电流方向也有所不同。 以增强型N沟MOSFET为例， 输出特性：iD＝f (uDS)︱UGS =常数 反映UGS＞UGS(th) 且固定为某一值时，UDS对ID的影响； 转移特性：iD＝f (uGS)︱UDS =常数 反映UGS对漏极电流的控制关系； 输出特性和转移特性反映了场效应管工作的同一物理过程，因此，转移特性可以从输出特性上用作图法一一对应地求出。 场效应管的输出特性可分为四个区：夹断区、可变阻区、饱和区（或恒流区）和击穿区。在放大电路中，场效应管工作在饱和区。 7、场效应管的主要参数： 直流参数 （1）开启电压UGS(th)：开启电压是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。 （2）夹断电压UGS(off)：夹断电压是耗尽型FET的参数，当UGS=UGS(off) 时，漏极电流为零。 （3）饱和漏极电流IDSS：IDSS是耗尽型FET的参数，当UGS=0时所对应的漏极电流。 （4）直流输入电阻RGS（DC）：FET的栅源输入电阻。对于JFET，反偏时RGS约大于107Ω；对于MOSFET，RGS约是109～1015Ω。 交流参数 （1）低频跨导gm：低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用，这一点与电子管的控制作用十分相像。gm可以在转移特性曲线上求取，单位是mS(毫西门子)。 （2）级间电容：FET的三