《场效应管及其基本》PPT课件

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1、第3章场效应管及其基本电路3–1结型场效应管3–2绝缘栅场效应管(IGFET)3–3场效应管的参数和小信号模型3–4场效应管放大器3–1结型场效应管3–1–1结型场效应管的结构及工作原理结型场效应管(JunctionFieldEffectTransistor)简称JFET，有N沟道JFET和P沟道JFET之分。图3–1给出了JFET的结构示意图及其表示符号。图3–1结型场效应管的结构示意图及其表示符号(a)N沟道JFET；(b)P沟道JFETN沟道JFET，是在一根N型半导体棒两侧通过高浓度扩散制造两个

2、重掺杂P++型区，形成两个PN结，将两个P++区接在一起引出一个电极，称为栅极(Gate)，在两个PN结之间的N型半导体构成导电沟道。在N型半导体的两端各制造一个欧姆接触电极，这两个电极间加上一定电压，便在沟道中形成电场，在此电场作用下，形成由多数载流子——自由电子产生的漂移电流。我们将电子发源端称为源极(Source)，接收端称为漏极(Drain)。在JFET中，源极和漏极是可以互换的。如图3–2所示，如果在栅极和源极之间加上负的电压UGS，而在漏极和源极之间加上正的电压UDS，那么，在UDS作用下，电子将

3、源源不断地由源极向漏极运动，形成漏极电流ID。因为栅源电压UGS为负，PN结反偏，在栅源间仅存在微弱的反向饱和电流，所以栅极电流IG≈0，源极电流IS=ID。这就是结型场效应管输入阻抗很大的原因。当栅源负压UGS加大时，PN结变厚，并向N区扩张，使导电沟道变窄，沟道电导率变小，电阻变大，在同样的UGS下，ID变小；反之，

4、UGS

5、变小，沟道变宽，沟道电阻变小，ID变大。当

6、UGS

7、加大到某一负压值时，两侧PN结扩张使沟道全部消失，此时，ID将变为零。我们称此时的栅源电压UGS为“夹断电压”，记为UGSoff。

8、可见，栅源电压UGS的变化，将有效地控制漏极电流的变化，这就是JFET最重要的工作原理。图3–2栅源电压UGS对沟道及ID的控制作用示意图(a)UGS=0，沟道最宽，ID最大；(b)UGS负压增大，沟道变窄，ID减小；(c)UGS负压进一步增大，沟道夹断，ID=0图3–2栅源电压UGS对沟道及ID的控制作用示意图(a)UGS=0，沟道最宽，ID最大；(b)UGS负压增大，沟道变窄，ID减小；(c)UGS负压进一步增大，沟道夹断，ID=0图3–2栅源电压UGS对沟道及ID的控制作用示意图(a)UGS=0，

9、沟道最宽，ID最大；(b)UGS负压增大，沟道变窄，ID减小；(c)UGS负压进一步增大，沟道夹断，ID=03–1–2结型场效应管的特性曲线一、转移特性曲线转移特性曲线表达在UDS一定时，栅源电压uGS对漏极电流iD的控制作用，即(3–1)理论分析和实测结果表明，iD与uGS符合平方律关系，即(3–2)式中：IDSS——饱和电流，表示uGS=0时的iD值；UGSoff——夹断电压，表示uGS=UGSoff时iD为零。转移特性曲线如图3–3(a)所示。为了使输入阻抗大(不允许出现栅流iG)，也为了使栅源电压对沟

10、道宽度及漏极电流有效地进行控制，PN结一定要反偏，所以在N沟道JFET中，uGS必须为负值。图3–3JFET的转移特性曲线和输出特性曲线(a)转移特性曲线；(b)输出特性曲线图3–3JFET的转移特性曲线和输出特性曲线(a)转移特性曲线；(b)输出特性曲线二、输出特性曲线输出特性曲线表达以UGS为参变量时iD与uDS的关系。如图3–3(b)所示，根据特性曲线的各部分特征，我们将其分为四个区域：1.恒流区恒流区相当于双极型晶体管的放大区。其主要特征为：(1)当UGSoff

11、，iD与uGS符合平方律关系，uGS对iD的控制能力很强。(2)UGS固定，uDS增大，iD增大极小。说明在恒流区，uDS对iD的控制能力很弱。这是因为，当uDS较大时，UDG增大，靠近漏区的PN结局部变厚，当

12、uDS-uGS

13、>

14、UGSoff

15、(3–3)时，沟道在漏极附近被局部夹断(称为预夹断)，如图3–4(b)所示。此后，uDS再增大，电压主要降到局部夹断区，而对整个沟道的导电能力影响不大。所以uDS的变化对iD影响很小。2.可变电阻区当uDS很小，

16、uDS-uGS

17、<

18、UGSoff

19、时，即预夹断前(如图

20、3–4(a)所示)，uDS的变化直接影响整个沟道的电场强度，从而影响iD的大小。所以在此区域，随着uDS的增大，iD增大很快。与双极型晶体管不同，在JFET中，栅源电压uGS对iD上升的斜率影响较大，随着

21、UGS

22、增大，曲线斜率变小，说明JFET的输出电阻变大。如图3--3(b)所示图3–4uDS对导电沟道的影响3.截止区当

23、UGS

24、>

25、UGSoff

26、时，沟道被全部夹断，iD=0，故此区为截止区