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第四章 场效应晶体管及其放大电路 4.1 单极型晶体管 4.2 场效应管基本放大电路 4.3 应用电路介绍 简介 60年代初，出现了一种利用改变电场强弱来控制固体材料的导电能力半导体器件，称为场效应晶体管，简称场效应管。它是电压控制型器件。 与双极型三极管相比，无论是内部的导电机理还是外部的特性曲线，二者都截然不同。 场效应管属于一种新型的半导体器件，尤为突出的是：场效应管具有高达107～1015的输入电阻，几乎不取用信号源提供的电流，因而具有功耗小、噪声小、体积小、抗幅射、热稳定性好、制造工艺简单且易于集成化等优点。 根据结构的不同，场效应管可分为结型和绝缘栅型两大类，它们都只有一种载流子(多数载流子)参与导电，故又称为单极型三极管。其中绝缘栅型应用更为广泛。 4.1 单极型晶体管 （FET） 绝缘栅型场效应管的结构是金属－氧化物－半导体，简称为MOS管。MOS管可分为N沟道和P沟道两种，每一种又可分为增强型与耗尽型两种型式。本节将以N沟道为例，说明绝缘栅型场效应管的结构和工作原理。 （1）工作原理 增强型MOS管的源区(N+)、衬底(P型)和漏区(N+)三者之间形成了两个背靠背的PN+结，漏区和源区被P型衬底隔开。 当栅-源之间的电压 时，不管漏源之间的电源 极性如何，总有一个PN+结反向偏置，此时反向电阻很高，不能形成导电通道。 若栅极悬空，即使漏源之间加上电压 ，也不会产生漏极电流 ，MOS管处于截止状态。 上述这种在时没有导电沟道，因而必须在时才形成导电沟道的场效应管称为增强型场效应管。 2）漏源间电压好栅源电压 对漏极电流 的影响 当 时，若在漏-源之间加上正向电压时，则将产生一定的漏极电流。此时， 的变化会对导电沟道产生影响。 即当 较小时， 的增大使 线性增大，沟道沿源-漏方向逐渐变窄，如图4-3 a)所示。 一旦 增大到使 时，沟道在漏极一侧出现夹断点，称为预夹断，如果 继续增大，夹断区随之延长，如图(b)所示。 2）漏源间电压好栅源电压 对漏极电流 的影响 （2）特性曲线与电流方程 转移特性曲线是描述当 保持不变时，输入电压 对输出电流 的控制关系，所以称为转移特性，如图4-4 a)所示。 2) 输出特性曲线 图4-4b)是N沟道增强型MOS管的输出特性曲线，输出特性曲线可分为下列几个区域。 2) 输出特性曲线 2. N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的结构 上述的增强型绝缘栅场效应管只有当 时才能形成导电沟道，如果在制造时就使它具有一个原始导电沟道，这种绝缘栅场效应管称为耗尽型。 3. 结型场效应管 结型场效应管的特性和耗尽型绝缘栅场效应管类似。图4-7 a)、 b)分别为Ｎ沟道和Ｐ沟道的结型场效应管图形符号。 4.1.2 场效应管的主要参数、特点以及使用注意事项 （2）极限参数 例4-1 电路如图4-10所示，其中管子的输出特性曲线如图(a)所示。 例4-2 电路如图4-11所示，场效应管的夹断电压 ，饱和漏极电流 。 4.1.3 场效应管与晶体管的比较 （1）场效应管用栅-源电压控制漏极电流，栅极基本不取电流。而晶体管工作时基极总要索取一定的电流。因此，要求输入电阻高的电路应选用场效应管；而若信号源可以提供一定的电流，则可选用晶体管。 （2）场效应管几乎只有多子参与导电。晶体管内既有多子又有少子参与导电，而少子数目受温度、辐射等因素影响较大，因而场效应管比晶体管的温度稳定性好、抗辐射能力强。所以在环境条件变化很大的情况下应选用场效应管。 （3）场效应管噪声系数很小，所以低噪声放大器的输入级及要求信噪比较高的电路应选用场效应管。当然也可选用特制的低噪声晶体管。 4.1.3 场效应管与晶体管的比较（续） （4）场效应管的漏极与源极可以互换使用，互换后特性变化不大。而晶体管的发射极与集电极互换后特性差异很大，因此只在特殊需要时才互换。 （5）场效应管比晶体管的种类多，特别是耗尽型MOS管，栅-源电压可正、可负、可零，均能控制漏极电流；因而在组成电路时比晶体管有更大的灵活性。 （6）场效应管和晶体管均可用于放大电路和开关电路，它们构成了品种繁多的集成电路。但