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1、4.1 4.1 结型场效应管结型场效应管 1.1.结型场效应管的结构（以结型场效应管的结构（以N N沟为例）：沟为例）：两个两个PN结夹着一个结夹着一个N型沟道。型沟道。三个电极：三个电极：G：栅极栅极D：漏极漏极S：源极源极符号：符号：4场效应管放大电路场效应管放大电路P区浓度高区浓度高2.2.结型场效应管的工作原理结型场效应管的工作原理（1）栅源电压对沟道的控制作用）栅源电压对沟道的控制作用在栅源间加负电压在栅源间加负电压VGS，令令VDS=0当当VGS=0时，为平衡时，为平衡PN结，导电结，导电沟道最宽。沟道最宽。当当VGS时，时，PN结反偏，形成结反偏，形成耗尽层，导电沟道变窄，沟道电
2、耗尽层，导电沟道变窄，沟道电阻增大。阻增大。当当VGS到一定值时到一定值时，沟道会完，沟道会完全合拢。全合拢。定义：定义：夹断电压夹断电压Vp使导电沟道完全使导电沟道完全合拢（消失）所需要的栅源电压合拢（消失）所需要的栅源电压VGS。（2 2）漏源电压对沟道的控制作用）漏源电压对沟道的控制作用在漏源间加电压在漏源间加电压VDS，令令VGS=0由于由于VGS=0，所以导电沟道最宽。所以导电沟道最宽。当当VDS=0时，时，ID=0。VDSID靠近漏极处的耗尽层加宽，靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，呈楔形分布。沟道变窄，呈楔形分布。当当VDS，使使VGD=VGS-VDS=VP时，时，在靠漏极处夹断
3、在靠漏极处夹断预夹断。预夹断。预夹断前，预夹断前，VDSID。预夹断后，预夹断后，VDSID几乎不变。几乎不变。VDS再再，预夹断点下移。，预夹断点下移。（3 3）栅源电压）栅源电压V VGSGS和漏源电压和漏源电压V VDSDS共同作用共同作用可用输入输出两组特性曲线来可用输入输出两组特性曲线来描绘。描绘。ID=f（V VGS GS、V VDSDS）（1）输出特性曲线：）输出特性曲线：ID=f（V VDS DS）VGS=常数常数3 结型场效应三极管的特性曲线四个区：四个区：可变电阻区：预夹断前。可变电阻区：预夹断前。电流饱和区（恒流区）：电流饱和区（恒流区）：预夹断后。预夹断后。特点：特点：
4、ID/V VGS GS 常数常数=g gm m 即：即：ID=g gm m V VGSGS（放大原理）放大原理）击穿区。击穿区。夹断区（截止区）。夹断区（截止区）。VGSVT且为一确定且为一确定值时，正向电压值时，正向电压vDS对对导电沟道及电流导电沟道及电流ID的影的影响与结型场效应管相似。响与结型场效应管相似。当当vDS较小（较小（vDSvGSVT）时）时iD随随vDS近似呈线性变化近似呈线性变化当当vDS增加到增加到vGD=vGS-vDS=VT(或或vDS=vGS-VT)时时沟道在漏极一端出现预夹断沟道在漏极一端出现预夹断继续增大继续增大vDS，夹断点将向，夹断点将向源极方向移动源极方向
5、移动iD不随不随vDS增大而增加，增大而增加，ID仅仅由由vGS决定。决定。（3）N沟道增强型沟道增强型MOS管的特性方程管的特性方程特性曲线和电流方程特性曲线和电流方程(vGSVT)IDO是是vGS=2VT时，时，的漏极电流的漏极电流iD二、二、N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管管N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管与管与N沟道增强型沟道增强型MOS管相似，管相似，区别仅在于栅源极电压区别仅在于栅源极电压vGS=0时，耗尽型时，耗尽型MOS管管中的漏源极间已有导电沟中的漏源极间已有导电沟道产生。道产生。在在SiO2绝缘层中掺绝缘层中掺入了大量的金属入了大量的金属正离正离子子Na+或或K+N沟道沟道P沟
6、道沟道vGS=0时，漏源极间的时，漏源极间的P型衬底表面也能感应生型衬底表面也能感应生成成N沟道沟道(称为称为初始沟道初始沟道)，加上正向电压，加上正向电压vDS，就有电流就有电流iD。加上正的加上正的vGS，沟道加宽，沟道电，沟道加宽，沟道电阻变小，阻变小，iD增大。增大。vGS为负时，沟道变窄，沟道为负时，沟道变窄，沟道电阻变大，电阻变大，iD减小减小。当。当vGS负向增加到某一数值负向增加到某一数值时，导电沟道消失，时，导电沟道消失，iD趋于零，管子截止，故称趋于零，管子截止，故称为为耗尽型耗尽型。沟道消失时的栅源电压称为。沟道消失时的栅源电压称为夹断电夹断电压，仍用压，仍用VP表示表示
7、。结型场效应管只能在结型场效应管只能在vGS0，VPvGS0。三、场效应管的主要参数三、场效应管的主要参数(1)(1)开启电压开启电压VTVT是是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通。场效应管不能导通。（2）夹断电压）夹断电压VPVP是是MOS耗尽型和结型耗尽型和结型FET的参数，当的参数，当VGS=VP时时,漏极电流漏极电流为零。为零。（3）饱和漏极电流）饱和漏极电流IDSSMOS耗尽型和结型耗尽型和结型FET,当当VGS=0时所对应的漏极电流。时所对应的漏极电流。（4）输入电阻）输入电阻RGS结型场效应管，结型场效
8、应管，RGS大于大于107，MOS场效应管场效应管,RGS可达可达1091015。（5）低频跨导低频跨导gmgm反映了栅压对漏极电流的控制作用，单位是反映了栅压对漏极电流的控制作用，单位是mS(毫西门毫西门子子)。（6）最大漏极功耗最大漏极功耗PDMPDM=VDS ID，与双极型三极管的与双极型三极管的PCM相当。相当。四、场效应管使用注意事项1、MOS管管栅栅、源源极极之之间间的的电电阻阻很很高高，使使得得栅栅极极的的感感应应电电荷荷不不易易泄泄放放，因因极极间间电电容容很很小小，会会造造成成电电压压过过高高使使绝绝缘缘层层击击穿穿。因因此此，保保存存MOS管管应应使使三三个个电电极极短短接
9、接，避避免免栅栅极极悬悬空空。焊焊接接时时，电电烙烙铁铁的的外外壳壳应应良良好好地地接接地地，或或烧烧热热电电烙烙铁后切断电源再焊。铁后切断电源再焊。2、有有些些场场效效应应晶晶体体管管将将衬衬底底引引出出，故故有有4个个管管脚脚，这这种种管管子子漏漏极极与与源源极极可可互互换换使使用用。但但有有些些场场效效应应晶晶体体管管在在内内部部已已将将衬衬底底与与源源极极接接在在一一起起，只只引引出出3个个电电极极，这这种种管管子子的的漏漏极与源极不能互换。极与源极不能互换。3、使用场效应管时各极必须加正确的工作电压。使用场效应管时各极必须加正确的工作电压。4、在在使使用用场场效效应应管管时时，要要注
10、注意意漏漏、源源电电压压、漏漏源源电电流流及耗散功率等，不要超过规定的最大允许值。及耗散功率等，不要超过规定的最大允许值。五、双极型和场效应型三极管的比较五、双极型和场效应型三极管的比较各类型场效应管的特性比较见各类型场效应管的特性比较见P：1731.直流偏置电路：直流偏置电路：保证管子工作在饱和区，输出信号不失真保证管子工作在饱和区，输出信号不失真二二.场效应管放大电路场效应管放大电路（1）自）自偏压电路偏压电路vGSvGS=-iDR 注意：该电路产生负的栅源电压，所以只能用于需要负栅源电压的电路。注意：该电路产生负的栅源电压，所以只能用于需要负栅源电压的电路。计算计算Q点：点：VGS、ID
11、、VDSvGS=VDS=VDD-ID(Rd+R)已知已知VP，由由-iDR可解出可解出Q点的点的VGS、ID、VDS（2）分）分压式自式自偏压电路偏压电路VDS=VDD-ID(Rd+R)可解出可解出Q点的点的VGS、ID、VDS计算计算Q点：点：已知已知VP，由由该电路产生的栅源电压可正该电路产生的栅源电压可正可负，所以适用于所有的场可负，所以适用于所有的场效应管电路。效应管电路。2.场效应管的交流小信号模型场效应管的交流小信号模型与双极型晶体管一样，场效应管也是一种非线性器件，而在交流小信与双极型晶体管一样，场效应管也是一种非线性器件，而在交流小信号情况下，也可以由它的线性等效电路号情况下，
12、也可以由它的线性等效电路交流小信号模型来代替。交流小信号模型来代替。其中：其中：rgs是是输入电阻，理论值为无穷大。输入电阻，理论值为无穷大。gmvgs是压控电流源，它体现了输入电压对输出电流的控制作用。是压控电流源，它体现了输入电压对输出电流的控制作用。称为低频跨导。称为低频跨导。rd为输出电阻，类似于双极型晶体管的为输出电阻，类似于双极型晶体管的rce。三三.放大电路1.共源放大电路共源放大电路分析：分析：（1）画出共源放大电路的交流小信号等效电路。画出共源放大电路的交流小信号等效电路。（2）求电压放大倍数）求电压放大倍数（3）求输入电阻）求输入电阻（4）求输出电阻）求输出电阻忽略忽略rd
13、由输入输出回路得由输入输出回路得则则则则由于由于rgs=（2）电压放大倍数）电压放大倍数（3）输入电阻）输入电阻得得分析：分析：（1 1）画）画交流小信号等效电路。交流小信号等效电路。由由2.共漏放大电路共漏放大电路（4 4）输出电阻）输出电阻所以所以由图有由图有3、场效应管放大电路与三极管放大电路比较、场效应管放大电路与三极管放大电路比较1、共源电路与共射电路均有电压放大作用，、共源电路与共射电路均有电压放大作用，而且输出电压与输入电压相位相反。而且输出电压与输入电压相位相反。2、共漏电路与共集电路均没有电压放大作、共漏电路与共集电路均没有电压放大作用，且输出电压与输入电压同相位。用，且输出电压与输入电压同相位。3、场效应管电路最突出的优点是，共源、场效应管电路最突出的优点是，共源、共漏和共栅电路的输入电阻高于相应的共共漏和共栅电路的输入电阻高于相应的共射、共集和共基电路的输入电阻。射、共集和共基电路的输入电阻。4、场效应管的低频跨导一般比较小，所以、场效应管的低频跨导一般比较小，所以放大能力比三极管差，因而共源电路的电放大能力比三极管差，因而共源电路的电压增益往往小于共射电路的电压增益。压增益往往小于共射电路的电压增益。