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1、模拟电子技术基础第讲结型场效应管第1页，本讲稿共17页 场效应管是通过改变外加电压产生的电场强度来控制其导电能力的半导体器件。它不仅具有双极型三极管的体积小、重量轻、耗电少、寿命长等优点，而且还具有输入电阻高、热稳定性好、抗辐射能力强、噪声低、制造工艺简单、便于集成等特点。因而，在大规模及超大规模集成电路中得到了广泛的应用。根据结构和工作原理不同,场效应管可分为两大类:结型场效应管(JFET)和绝缘栅型场效应管(IGFET).主要内容:(1)结型场效应管的结构及工作原理(2)金属-氧化物-半导体场效应管的结构及工作原理(3)场效应管放大电路的静态及动态性能分析 学习指导学习指导第2页，本讲稿共
2、17页学习目标：学习目标：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 第3页，本讲稿共17页学习方法：学习方法：学习本章内容时，应特别注意使用比较和归纳的方法：1.与三极管及其放大电路进行比较（两种管子的结构、工作原理、外特性、主要参数、小信号模型等的比较；两种器件组成的放大电路的直流偏置电路及静态、动态分析方法的比较；共射与共源、共集与共漏等放大电路性能的比较）。2.不同类型（结型与绝缘栅型）、不同沟道的各种场效应管之间
3、的比较与归纳（工作原理、电压极性、主要参数的比较等）。第4页，本讲稿共17页概概 述述场效应管与晶体管的区别场效应管与晶体管的区别1.晶体管是晶体管是电流控制元件电流控制元件；场效应管是；场效应管是电压控制元件电压控制元件。2.晶体管参与导电的是晶体管参与导电的是电子电子空穴空穴，因此称其为双极型器件；，因此称其为双极型器件；场效应管是电压控制元件，参与导电的只有场效应管是电压控制元件，参与导电的只有一种载流子一种载流子，因此称其为单极型器件。因此称其为单极型器件。3.晶体管的晶体管的输入电阻较低输入电阻较低，一般，一般102104；场效应管的场效应管的输入电阻高输入电阻高，可达，可达1091
4、014 场效应管的分类场效应管的分类结型场效应管结型场效应管JFETMOS型场效应管型场效应管JFET第5页，本讲稿共17页N沟道沟道P沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)场效应管的分类场效应管的分类第6页，本讲稿共17页4.1 4.1 结型场效应管结型场效应管结型场效应管的结构结型场效应管的结构结型场效应管的工作原理结型场效应管的工作原理结型场效应管的特性曲线及参数结型场效应管的特性曲线及参数第7页，本讲稿共17页1 1、结型、结型场效应管（场效应管（JFE
5、T)JFET)结构结构P+P+NGSD导电沟道导电沟道结型场效应管结型场效应管动画一 源极源极，用用S或或s表示表示N型导电沟道型导电沟道漏极漏极，用用D或或d表示表示P型区型区P型区型区栅极栅极，用用G或或g表示表示栅极栅极，用用G或或g表示表示符号符号符号符号第8页，本讲稿共17页4.1 结型结型场效应管场效应管 V VGSGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当当VGS0时时 当沟道夹断时当沟道夹断时,ID减小至减小至0 0，此时，此时对应的栅源电压对应的栅源电压VGS称为称为夹断电压夹断电压VP(或或VGS(off)。对于对于N N沟道的沟道的JFETJFET，VP 0。PNPN结反偏结
6、反偏耗尽层加厚耗尽层加厚沟道变窄沟道变窄 VGS继续减小，沟道继续变继续减小，沟道继续变窄，窄，I ID D继续变小继续变小DP+P+NGSVDSIDVGS 当当V VGSGS=0=0时，时，沟道最宽沟道最宽，沟道电阻最小，沟道电阻最小，在在V VDSDS的作用下的作用下N N沟道内的电子定向运动形成沟道内的电子定向运动形成漏极电流漏极电流I ID D,此时最大。此时最大。沟道电阻变大沟道电阻变大I ID D变小变小2 2、结型、结型场效应管（场效应管（JFET)JFET)的工作原理的工作原理 根据其结构，它只能工作在根据其结构，它只能工作在反偏反偏条件下，条件下，N N沟道管加沟道管加负负栅
7、源电压栅源电压，P P沟道管加沟道管加正栅源电压正栅源电压，否则将会出现栅流。，否则将会出现栅流。动画二第9页，本讲稿共17页4.1 结型结型场效应管场效应管 V VDSDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当当V VGSGS=0=0时时，VDS ID G G、D D间间PNPN结的反向电压结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。下呈楔形分布。当当VDS增加到使增加到使VGD=VP 时，在时，在紧靠漏极处出现预夹断。紧靠漏极处出现预夹断。此时此时VDS 夹断区延长夹断区延长沟道电阻沟道电阻 ID基本不变基本不变2
8、2、结型、结型场效应管（场效应管（JFET)JFET)的工作原理的工作原理DP+P+NGSVDSIDVGS第10页，本讲稿共17页4.1 结型结型场效应管场效应管V VGSGS和和V VDSDS同时作用时同时作用时当当VP VGS0 时，时，导电沟道更容易夹断，导电沟道更容易夹断，对于同样的对于同样的VDS，ID的值比的值比VGS=0时的值要小。时的值要小。在预夹断处在预夹断处VGD=VGS-VDS=VP 2 2、结型、结型场效应管（场效应管（JFET)JFET)的工作原理的工作原理DP+P+NGSVDSIDVGS第11页，本讲稿共17页综上分析可知综上分析可知 沟道中只有一种类型的多数载流子
9、参与导电，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。所以场效应管也称为单极型三极管。JFETJFET是电压控制电流器件，是电压控制电流器件，i iD D受受v vGSGS控制控制预夹断前预夹断前i iD D与与v vDSDS呈近似线性关系；预夹断后，呈近似线性关系；预夹断后，i iD D趋于饱和。趋于饱和。4.1 结型结型场效应管场效应管#为什么为什么为什么为什么JFETJFET的输入电阻比的输入电阻比的输入电阻比的输入电阻比BJTBJT高得多？高得多？高得多？高得多？JFETJFET栅极与沟道间的栅极与沟道间的PNPN结是反向偏置的，因结是反向偏置的，因 此此i
10、 iG G 0 0，输入电阻很高。，输入电阻很高。JFETJFET是利用是利用PNPN结反向电压对耗尽层厚度的控制，来结反向电压对耗尽层厚度的控制，来改变导电沟道的宽窄，从而控制漏极电流的大小。改变导电沟道的宽窄，从而控制漏极电流的大小。第12页，本讲稿共17页4.1 结型结型场效应管场效应管#JFETJFET有正常放大作用时，沟道处于什么状态？有正常放大作用时，沟道处于什么状态？有正常放大作用时，沟道处于什么状态？有正常放大作用时，沟道处于什么状态？(2)转移特性转移特性 VP(1)输出特性输出特性 3 3、结型、结型场效应管（场效应管（JFET)JFET)的特性曲线及参数的特性曲线及参数动
11、画三动画四第13页，本讲稿共17页 夹断电压夹断电压VP(或或VGS(off)：饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS：低频跨导低频跨导gm：或或4.1 结型结型场效应管场效应管(3)主要参数主要参数漏极电流约为零时的漏极电流约为零时的VGS值值。VGS=0时对应的漏极电流。时对应的漏极电流。低频跨导反映了低频跨导反映了vGS对对iD的控制作用。的控制作用。gm可以在转移特性曲线上求得，单位是可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子毫西门子)。输出电阻输出电阻rd：第14页，本讲稿共17页4.1 结型结型场效应管场效应管(3)主要参数主要参数 直流输入电阻直流输入电阻RGS：对于结型场效应三极管，反偏时对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于约大于107。最大漏极功耗最大漏极功耗PDM 最大漏源电压最大漏源电压V(BR)DS 最大栅源电压最大栅源电压V(BR)GS第15页，本讲稿共17页结型场效应管N沟道耗尽型P沟道耗尽型第16页，本讲稿共17页作业作业P190-4.1.3第17页，本讲稿共17页