场效应管及其基本放大电路

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1、第3章场效应管及其基本放大电路3.1结形场效应管3.2砷化镓金属-半导体场效应管3.3金属-氧化物-半导体场效应管3.4场效应管放大电路3.5各种放大器件电路性能比较3.1场效应晶体管(FET）分类和结构：结型场效应晶体管JFET绝缘栅型场效应晶体管IGFETNPPN结耗尽层PN沟道G门极D漏极S源极P衬底NN源极门极漏极SGDJFET结构IGFET结构N沟道3.1结型场效应晶体管JFET1)P沟道和N沟道结构及电路符号N沟道G门极D漏极S源极gdsN沟道结构及电路符号P沟道G门极D漏极S源极gdsP沟道结构及电路符号2)工作等效（以P沟道为例）UgsIsId1）PN结不加反向电压（

2、Ugs)或加的电压不足以使沟道闭合时。沟道导通，电阻很小，并且阻值随沟道的截面积减少而增大。称可变电阻区；ID=UDs/RDsRDSPNNGIDIS=IDPN结PN结++-UGS增大耗尽层加厚。UGS=0：ID=IDSS电路图等效图2）恒流工作（电压控制电流源）GID+RDVDDDSPN结加反向电压（Ugs)使沟道微闭合时电流ID与UDS无关，称恒流区。ID=IDSS（1-）2ugsvPPNNGIDIS=IDPN结PN结++-耗尽层闭合时UGS=VPRDVDDUGS电路图等效图3）截止工作PNNGID=0IS=IDPN结PN结++-RDVDDUGS耗尽层完全闭合，沟道夹断，电子过不去

3、栅极电压UGS大于等夹断电压UP时，ID=0相当一个很大的电阻3)、JFET的主要参数1）夹断电压VP:手册给出是ID为一微小值时的VGS2）饱和漏极电流IDSS;VGS=0，时的IDudsidvgs=常数vgsidUds=常数∂uGS∂id5)极限参数：V（BR）DS、漏极的附近发生雪崩击穿。V（BR）GS、栅源间的最高反向击穿。PDM最大漏极允许功耗，与三极管类似。3)、电压控制电流系数gm=4）交流输出电阻rds=4）特性曲线：与三极管相同，场效应管也有输入和输出的特性曲线。称为转移特性曲线和输出特性曲线。以N型JFET为例：0ugs(v)-4-3-2-1idmA54321VP

4、IDSSN型JFET的转移曲线UDS可变电阻区截止区IB≤0UDS=UGS-VPN型JFET的输出特性曲线-4V-2.0V-1VUGS=0Vma（V）ID放大区0击穿区Sect3.3MOSFET增强型MOSFET耗尽型MOSFETN沟道增强型MOS场效应管结构3.3.1增强型MOS场效应管漏极D→集电极C源极S→发射极E栅极G→基极B衬底B电极—金属绝缘层—氧化物基体—半导体因此称之为MOS管Sect当UGS较小时，虽然在P型衬底表面形成一层耗尽层，但负离子不能导电。当UGS=UT时,在P型衬底表面形成一层电子层，形成N型导电沟道，在UDS的作用下形成ID。UDSID++--++-

5、-++++----UGS反型层当UGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的PN结，无论UDS之间加上电压不会在D、S间形成电流ID,即ID≈0.当UGS>UT时,沟道加厚，沟道电阻减少，在相同UDS的作用下，ID将进一步增加开始无导电沟道，当在UGSUT时才形成沟道,这种类型的管子称为增强型MOS管SectN沟道增强型MOS场效应管特性曲线增强型MOS管UDS一定时，UGS对漏极电流ID的控制关系曲线ID=f(UGS)UDS=C转移特性曲线UDS>UGS-UTUGS(V)ID(mA)UT在恒流区，ID与UGS的关系为ID≈K(UGS-UT)2沟道较短时，应考虑UDS对沟道长度的调

6、节作用：ID≈K(UGS-UT)2（1+UDS)K—导电因子（mA/V2)—沟道调制长度系数n—沟道内电子的表面迁移率COX—单位面积栅氧化层电容W—沟道宽度L—沟道长度Sn—沟道长宽比K'—本征导电因子SectN沟道增强型MOS场效应管特性曲线UGS一定时，ID与UDS的变化曲线，是一族曲线ID=f(UDS)UGS=C输出特性曲线1.可变电阻区：ID与UDS的关系近线性ID≈2K(UGS-UT)UDSUGS=6VUGS=4VUGS=5VUGS=3VUGS=UT=3VUGS(V)ID(mA)当UGS变化时，RON将随之变化因此称之为可变电阻区当UGS一定时，RON近似为一常

7、数因此又称之为恒阻区SectN沟道增强型MOS场效应管特性曲线输出特性曲线2.恒流区：该区内，UGS一定，ID基本不随UDS变化而变3.击穿区：UDS增加到某一值时，ID开始剧增而出现击穿。当UDS增加到某一临界值时，ID开始剧增时UDS称为漏源击穿电压。UGS=6VUGS=4VUGS=5VUGS=3VUGS=UT=3VUGS(V)ID(mA)Sect漏源电压UDS对漏极电流ID的控制作用UDS=UDG＋UGS=－UGD＋UGSUGD=UGS－UDS当