场效应晶体管（fet）放大器的设计

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1、电子技术阅读资料资料提供罗宇飞1-11-22-12-22-32-43-13-23-34-15-05-15-25-35-45-52-2场效应晶体管（FET）放大器的设计本章学习目的与内容这一章与在第4章介绍的晶体管工作原理不同，本章叙述使用场效应晶体管（FET）放大器的基本思路。本章用的FET不是IC和LSI中多用的MOS型FET，是以结型FET（JFET）作为对象。单独使用的MOSFET主要用于大功率开关电路，而不是本章中作为介绍对象的放大器。但是不管怎么说MOSFET还是IC、LSI用的基本器件。有关IC的基本知识本书未涉及。虽说FET的工作原理不同，

2、从设计放大器的立场考虑，到前章为止所述的偏置方法、工作点的选择方法等，在基本思路方面通用的部分较多。本章对关于用JFET的放大器的基本结构、性能加以叙述，请弄清与前章讲述内容的不同点。5.1FET的特征场效应晶体管（FieldEffectTransistor,简称FET）是与前章讲的晶体管（为与FET区别称为双极性晶体管）工作原理不同的半导体元件。双极性晶体管是在两种电流载体动作基础上制造的利用基极电流控制集电极电流，电流控制型的放大元件。带有正电荷的空穴及负电荷的电子，具有放大功能的意义，故称为双极性。FET是在称为门极端子（相当于双极性晶体管的基极）

3、上加电压来控制漏极电流（相当于双极性晶体管的集电极电流）的电压控制型的放大元件。FET的特征是在低频带有极高的输出阻抗为1011～1012Ω（MOSFET更高）。流经门极端子的电流由于pn结的反偏为漏电流，该电流值非常小，FET按电压控制型元件分类，其原因就在于此。另外，JFET比双极性晶体管噪音小，由于JFET、MOSFET的畸变都小，在音频用前置放大器、电容式话筒用放大电路等使用外，也可作为功率放大器使用。5.2FET的分类和结构FET根据门极结构分为如上两大类。　其结构如图5.1所示。各种结构的FET均有门极、源极、漏极3个端子，将这些与双极性晶体

4、管的各端子对应如表5.1所示。JFET是由漏极与源极间形成电流通道(channel)的p型或n型半导体，与门极形成pn结的结构。另外，门极绝缘型FET是通道部分(Semiconductor)上形成薄的氧化膜（Oxide），并且在其上形成门极用金属薄膜(Metal)的结构。从制造门极结构材质按其字头顺序称为MOSFET。根据JFET、MOSFET的通道部分的半导体是p型或n型分别有p沟道元件，n沟道元件两种类型。图5.1均为n沟道型结构图。MOSFET是微机和存储器等的为造形LSI的基本元件，是目前使用最广的半导体元件。但是为了详细说明，需要叙述某种程度的

5、集成电路基础，这已超过本书的范围。再有，非IC或LSI的单体MOSFET也有许多产品在相关数据手册中已有刊载。其中有许多用在VHF带以上的高频电路、斩波电路、开关电路等，在本书中以不加说明其用途而使用为前提。因此，本书中用为低频放大电路而开发的JFET的使用方法及其基本结构、性能为目标进行如下说明。5.3JFET的主要特性和工作原理图5.2表示JFET的概念图(a)及符号(b)。图(b)门极的箭头指向p→n方向，分别表示内向为n沟道JFET，外向为p沟道JFET。5.2表示n沟道JFET的特性例。以此图为基础看看JFET的电气特性的特点。首先，门极-源极

6、间电压以0V时考虑（VGS=0）。在此状态下漏极-源极间电压VDS从0V增加，漏电流ID几乎与VDS成比例增加，将此区域称为非饱和区。VDS达到某值以上漏电流ID的变化变小，几乎达到一定值。此时的ID称为饱和漏电流（有时也称漏电流），用IDSS表示。与此IDSS对应的VDS称为夹断电压VP，此区域称为饱和区。其次在漏极-源极间加一定的电压VDS（例如0.8V），VGS值从0开始向负方向增加，ID的值从IDSS开始慢慢地减少，对某VGS值ID=0。将此时的VGS称为门极-源极间遮断电压或者截止电压，用VGS(off)表示。N沟道JFET的情况则VGS(of

7、f)值带有负的符号，测量实际的JFET对应ID=0的VGS因为很困难，在放大器使用的小信号JFET时，将达到ID=0.1～?μA的VGS定义为VGS(off)的情况多些。关于JFET为什么表示这样的特性，用图5.2(a)及图5.4作以下简单的说明。JFET的工作原理用一句话说，就是“漏极-源极间流经沟道的ID，用以门极与沟道间的pn结形成的反偏的门极电压控制ID”。更正确地说，ID流经通路的宽度，即沟道载面积，这是由pn结反偏的变化，产生耗尽层扩展变化来控制的缘故。在VGS=0的非饱和区域，图5.2(a)表示的过渡层的扩展因为不很大，根据漏极-源极间所加

8、VDS的电场，源极区域的某些电子被漏极拉去，即从漏极向源极有电流ID流动。达到饱