场效应管及其基本放大电路

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1、3.2.3场效应管及其基本放大电路3.2.3.1场效应管（FET）1.场效应管的特点场效应管诞生于20世纪60年代，它主要具有以下特点：①它几乎仅靠半导体中的多数载流子导电，故又称为单级型晶体管。②场效应管是利用输入回路的电场效应来控制输出回路的电流，并以此命名。③输入回路的内阻高达107-1012Ω；另外还具有噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、耗电小，体积小、重量轻、寿命长等特点，因而广泛地应用于各种电子电路中。场效应管分为结型和绝缘栅型两种不同的结构，下面分别加以介绍。2.结型场效应管⑴结型场效

2、应管的符号和N沟道结型场效应管的结构结型场效应管（JFET）有N沟道和P沟道两种类型，图3-62(a)所示为它们的符号。N沟道结型场效应管的结构如图3-62(b)所示。它在同一块N型半导体上制作两个高掺杂的P区，并将它们连接在一起，引出电极，称为栅极G；N型半导体的两端分别引出两个电极，一个称为漏极D，一个称为源极S。P区与N区交界面形成耗尽层，漏极与源极间的非耗尽层区域称为导电沟道。(a)符号(b)N沟道管的结构示意图图3-62结型场效应管的符号和结构示意图⑵结型场效应管的工作原理为使N沟道结型场

3、效应管正常工作，应在其栅-源之间加负向电压（即）,以保证耗尽层承受反向电压；在漏-源之间加正向电压,以形成漏极电流。下面通过栅-源电压和漏-源电压对导电沟道的影响，来说明管子的工作原理。①当=0V（即D、S短路）时，对导电沟道的控制作用ⅰ当=0V时，耗尽层很窄，导电沟道很宽，如图3-63(a)所示。11ⅱ当增大时，耗尽层加宽，沟道变窄（图(b)所示），沟道电阻增大。ⅲ当增大到某一数值时，耗尽层闭合，沟道消失（图(c)所示）,沟道电阻趋于无穷大，称此时的值为夹断电压。(a)=0V(b)<<0V(c)≤

4、图3-63=0V时对导电沟道的控制作用②当为夹断电压至0V中某一固定值时，对漏极电流的影响(a)>0V(b)=(c)<图3-64<<0且>0的情况ⅰ若=0V时，则虽有导电沟道存在，但多子不会产生定向移动，因而漏极电流为0.11ⅱ若>0V时，则有电流从漏极流向源极，从而使沟道中各点的电位与栅极电位不再相等，而是沿沟道从源极到漏极逐渐升高，造成靠近漏极一边的耗尽层比靠近源极一边的宽，见图3-64(a)所示。ⅲ若增大，则电流将随的增大而线性增大；D-S间呈现电阻特性，但阻值随栅-源电压确定。ⅳ若的增大使等

5、于，则漏极一边的耗尽层就会出现夹断区，（见图(b)所示），称=为予夹断。ⅴ若继续增大，则<（注意：和均为负值，即），耗尽层闭合部分将沿沟道方向延伸，即夹断区加长，见图(c)所示。这时，一方面电流所受阻力加大，只能从夹断区的窄缝以较高速度通过，从而导致减小；另一方面，随着的增大，使漏-源间的纵向电场增强，也必然导致增大。实际上，上述的两种变化趋势相抵消，使几乎不变，表现出的恒流特性。这时，仅仅决定于。③当<时，对的控制作用由于对导电沟道有控制作用，因此漏极电流必受受栅-源电压的控制，可以通过改变来控制

6、的大小；故称场效应管为电压控制元件。与晶体管用来描述动态情况下基极电流对集电极电流的控制作用相类似，场效应管用来描述动态的栅-源电压对漏极电流的控制作用，称为低频跨导。(3-75)综合以上讨论可知：ⅰ在>时，未出现夹断现象，对应于不同的，D-S间等效成不同阻值的电阻。ⅱ当增大使=时，D-S之间予夹断。11ⅲ当继续增大，夹断区加长时，漏极电流几乎仅仅决定于。⑶结型场效应管的特性曲线①输出特性曲线输出特性曲线描述当栅-源电压为常量时，漏极电流与漏-源电压之间的函数关系，即（3-76）对应于每一个，都有一

7、条曲线，因此输出特性为一族曲线，如图3-65所示。图3-65场效应管的输出特性场效应管有三个工作区域：ⅰ可变电阻区（或非饱和区）：图中的虚线为予夹断轨迹，它是各条曲线上使=的点连接而成的。予夹断轨道的左边区域称为可变电阻区，该区域中曲线近似为不同斜率的直线。当确定时，直线的斜率也唯一地被确定，直线斜率的倒数为D-S间等效电阻。因而在此区域中，可以通过改变的大小（即压控的方式）来改变漏-源电阻的阻值，故称之为可变电阻区。ⅱ横流区（或饱和区）：图中予夹断轨迹的右边区域为横流区。当<时，各曲线近似为一族横

8、轴的平行线。当增大时，仅略有增大。因而可将近似为电压11控制的电流源，故称该区域为横流区。利用场效应管作放大管时，应使其工作在该区域。ⅲ夹断区：当<时（和均为负值），导电沟道被夹断，≈0，即图中靠近横轴的部分，称为夹断区。一般将使等于某一个很小电流（如5微安）时的定义为夹断电压。另外，当增大到一定程度时，漏极电流会骤然增大，管子将被击穿。由于这种击穿是因栅-漏间耗尽层破坏而造成的，因而若栅-漏击穿电压为,则漏-源击穿电压=-,所以当增大时，漏-源击穿电压将增大，如图3