模拟电子教案 第四章.doc

第4章 场效应管放大电路 场效应管（FET）：是一种具有PN结的有源半导体器件，它利用电场效应来控制输出电流的大小。 场效应管的特点：①输入电阻高；输入端PN结一般工作反偏或绝缘状态。 ②内部噪声小； ③功耗低； ④热稳定性及抗辐射能力强； ⑤工艺简单、易于集成化。 场效应管的分类： 结型FET（JFET）：? N沟道、P沟道 MOSFET（IGFET）： 增强型：N沟道、P沟道 ???????????????????? ???????????? ?耗尽型：N沟道、P沟道 ? 4.1? 结型场效应管 4.1.1? JFET的结构和工作原理 1. JFET的结构和符号?????? ? ???????? ?????????? ??????????????? N沟道JFET??????????????????? P沟道JFET??? 2. 工作原理（以N沟道JFET为例） N沟道JFET工作时，必须在栅极和源极之间加一个负电压——VGS 0，在D-S间加一个正电压—— VDS0. 栅极—沟道间的PN结反偏，栅极电流iG?0，栅极输入电阻很高（高达107?以上）。 N沟道中的多子（电子）由S向D运动，形成漏极电流iD。iD的大小取决于VDS的大小和沟道电阻。改变VGS可改变沟道电阻，从而改变iD 。 ? ?????? ???? ??? 主要讨论VGS对iD的控制作用以及VDS对iD的影响。 ?①栅源电压VGS对iD的控制作用 当VGS＜0时，PN结反偏，耗尽层变宽，沟道变窄，沟道电阻变大，ID减小；VGS更负时，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VGS称为夹断电压VP。 ? ? ?②漏源电压VDS对iD的影响 在栅源间加电压VGS ＜ 0 ，漏源间加正电压VDS 0。则因漏端耗尽层所受的反偏电压为VGD=VGS-VDS，比源端耗尽层所受的反偏电压VGS大,(如:VGS=-2V, VDS =3V, VP=-9V,则漏端耗尽层受反偏电压为VGD=-5V，源端耗尽层受反偏电压为-2V),使靠近漏端的耗尽层比源端宽，沟道比源端窄，故VDS对沟道的影响是不均匀的，使沟道呈楔形。 当VDS增加到使VGD=VGS-VDS =VP 时，耗尽层在漏端靠拢,称为预夹断。 当VDS继续增加时，预夹断点下移，夹断区向源极方向延伸。由于夹断处电阻很大，使VDS主要降落在该区，产生强电场力把未夹断区的载流子都拉至漏极，形成漏极电流ID。预夹断后ID基本不随VDS增大而变化。 ? ? ? ①??????? VGS对沟道的控制作用 ?? 当VGS＜0时，PN结反偏?耗尽层加厚?沟道变窄。 VGS继续减小，沟道继续变窄。当沟道夹断时，对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP （ 或VGS(off) ）。对于N沟道的JFET，VP 0。 ②??????? VDS对沟道的控制作用 ??? 当VGS=0时，VDS ? ID , G、D间PN结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。 ??? 当VDS增加到使VGD=VP 时，在紧靠漏极处出现预夹断。此时VDS ?夹断区延长?沟道电阻?ID基本不变。 ③? VGS和VDS同时作用时 ?? 当VP VGS0 时，导电沟道更容易夹断，对于同样的VDS ， ID的值比VGS=0时的值要小。在预夹断处, VGD=VGS-VDS =VP (或VDS=VGS - VP). ???????????????????????? ?综上分析可知 ?? 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电， 所以场效应管也称为单极型三极管。 ?? JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因此iG?0，输入电阻很高。 ?? JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制。 ?? 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。 4.1.2? JFET的特性曲线及参数 1. 输出特性曲线? ? ??? （1）恒流区：(又称饱和区或放大区） 特点: ??(1)受控性：输入电压vGS控制输出电流iD。 ? (2)恒流性：输出电流iD 基本不受输出电压vDS的影响。 用途:?? 可做放大器和恒流源 条件:?? (1)源端沟道未夹断 ? ?????? ? (2)漏端沟道予夹断 ? ? （2）可变电阻区： 特点:（1）当vGS 为定值时, iD 是 vDS 的线性函数，管子的漏源间呈现为线性电阻，其阻值受 vGS 控制。 ??? ? （2）管压降vDS 很小。 用途：做压控线性电阻和无触点的、