第四章 场效应晶体管及其放大电路

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1、第四章场效应晶体管及其放大电路2021/9/714.1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

2、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。简介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。4.1.1场效应管的结构和外部特性1.N沟道增强型绝缘栅场效应管的结构图4-1（1）工作原理增强型MOS管的源区(N+)、衬底(P型

3、)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。1)导电沟道的形成当足够大时，由于静电场作用，管子的漏极和源极之间将产生一个导电通道(称为沟道)，极间等效电阻较小。越大，导电沟道宽度越宽，等效电阻越小。产生导电沟道所需的最小栅源电压我们称为开启电压。改变栅源电压，就可以改变导电沟道的宽度。

4、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。图4-22）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4-3a)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。图4-32）漏源间电压好栅源电压对漏极电流的影响而且的增大部分几乎全部用于克服夹断区对漏极电流的阻力。此时，

5、几乎不因的增大而变化，管子进入恒流区，几乎仅决定于。在时，对应于每一个就有一个确定的。此时，可将视为电压控制的电流源。（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4-4a)所示。1)转移特性曲线图4-4当时，；当时，通电沟道开始形成，随着的增大，沟道加宽，也增大。与的关系，可用下式近似表示其中是时的值。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。图4-4①可变电阻区很小时，可不考虑对沟道

6、的影响。于是一定时，沟道电阻也一定，故与之间基本上是线性关系。越大，沟道电阻越小，故曲线越陡。在这个区域中，沟道电阻由决定，故称为可变电阻区。2)输出特性曲线②恒流区③截止区图中所示曲线近似水平的部分即是恒流区，它表示当时，与漏极电流间的关系。该区的特点是几乎不随的变化而变化，已趋于饱和，具有恒流性质。所以这个区域又称饱和区。当增大一定值以后，漏源之间会发生击穿，漏极电流急剧增大。时以下的区域。（夹断区）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

7、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。图4-5与增强型相比，它的结构变化了，使其控制特性有明显变化。在为常数的条件下，当时，漏、源极间已经导通，流过的是原始导电沟道的漏极电流。当时，即加反向电压时，导电沟道变窄，减小；负值愈高、沟道愈窄，也就愈小。当达到一定负值时，导电沟道被夹断，，这时的称为夹断电压，用表示。图4-6可见，耗尽型绝缘栅场效应管不论栅－源电压是正是负或零，都能控制漏极电流，这个特点使它的应用具有较大的灵活性。一般情况下，这类管子还是工作在负栅－源电压的状态。实验表明，

8、在范围内，耗尽型场效应管的转移特性可近似用下式表示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4-7a)、b)分别为Ｎ沟道和Ｐ沟道的结型场效应管图形符号。图4-7使用结型场效应管时，应使栅极与源极间加反偏电压，漏极与源极间加正向电压。对于Ｎ沟道的管子来说，栅源电压应为负值，漏源电压为正值。在漏源电压作用下，形成了漏极电流。栅源电压增大时，导通沟道变窄，从而在一定的作用下变小。所以，改变也可实现对的控制。当增大到一定值时，