第3章 场效应管及其放大电路

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1、第3章场效应管及其放大电路3.1结型场效应管3.2绝缘栅型场效应管3.3场效应管放大电路分析3.4场效应管和三极管性能比较3.5场效应管使用注意事项3.6场效应管Multism仿真实例下一页上一页教学目标了解场效应管器件基础知识，掌握结型场效应管的结构、特性和主要参数，掌握绝缘栅型场效应管的结构、特性和主要参数，理解场效应管放大电路静态分析和小信号模型分析法下一页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3.1.2结型场效应管的特性上一页下一页3.1.1结型场效应管的结构及工作原理1结型场效应管的结构如图3.1(a)所示，在一块N型半导

2、体材料的两边各扩散一个高杂质浓度的P+区,就形成两个不对称的P+N结，即耗尽层。把两个P+区并联在一起，引出一个电极g，称为栅极，在N型半导体的两端各引出一个电极，分别称为源极s和漏极d。栅极、源极s和漏极d与三极管的基极b、发射极e和集电极c相对应。夹在两个PN结中间的N区是电流的通道，称为导电沟道（简称沟道）。这种结构的管子称为N沟道结型场效应管，它在电路中用图3.1(b)所示的符号表示。上一页下一页3.1.1结型场效应管的结构及工作原理上一页下一页3.1.1结型场效应管的结构及工作原理如果在一块P型半导体的两边各扩散一个高杂质浓度的N+区，就可

3、以制成一个P沟道的结型场效应管。图3.2（a）图给出了P沟道的结型场效应管的结构示意图，图3.1.2（b）图给出了它在电路中的代表符号。上一页由结型场效应管代表符号中栅极上的箭头方向，可以确认沟道的类型。下一页3.1.1结型场效应管的结构及工作原理2结型场效应管的工作原理N沟道结型场效应管工作时，在栅-源极间加一负电压(＜0)，使栅-源极间的P+N结反偏，栅极电流场效应管呈现很高的输入电阻(高达108W左右)。在漏-源极间加一正电压(＞0)，使N沟道中的多数载流子电子在电场作用下由源极向漏极作漂移运动，形成漏极电流。的大小主要受栅-源电压控制，同时也

4、受漏-源电压的影响。因此，讨论场效应管的工作原理就是讨论栅-源电压对沟道电阻及漏极电流的控制作用，以及漏-源电压对漏极电流的影响。上一页下一页3.1.1结型场效应管的结构及工作原理(1)对沟道电阻及的控制作用在图3.3所示情况下，因为漏极和源极之间没有外加电源电压，即=0，所以当变化时虽然导电沟道随之发生变化，但漏极电流总是等于零。（c）图3.3当=0时， 对耗电层和导电沟道的影响上一页下一页3.1.1结型场效应管的结构及工作原理(2)对的影响当加到该处P+N结上的反偏电压最大时，这时使得沟道两侧的耗尽层从源极到漏极逐渐加宽，沟道宽度不再均匀，而呈楔

5、形，如图3.4(a)所示。当增加到，即(夹断电压)时，漏极附近的耗尽层即在A点处合拢，如图3.4(b)所示。若继续增加，使,即时，耗尽层合拢部分会有增加，即自A点向源极方向延伸，如图3.4(c)上一页下一页3.1.1结型场效应管的结构及工作原理图3.4对的影响上一页下一页3.1.1结型场效应管的结构及工作原理从结型场效应管正常工作时的原理可知：①结型场效应管栅极与沟道之间的P+N结是反向偏置的，因此，栅极电流，输入阻抗很高。②漏极电流受栅-源电压控制，所以场效应管是电压控制电流器件。③预夹断前，即较小时，与间基本呈线性关系；预夹断后，趋于饱和。P沟道

6、结型场效应管工作时，电源的极性与N沟道结型场效应管的电源极性相反。上一页下一页3.1.2结型场效应管的特性通常用转移特性和漏极特性来描述场效应管的电流和电压之间的关系。测试场效应管特性曲线的电路图如图3.5所示图3.5场效应管特性曲线测试电路上一页下一页3.1.2结型场效应管的特性1转移特性当场效应管的漏源之间的电压保持不变时，漏极电流与栅源之间电压的关系称为转移特性，其表达式如下：(3.1.1)愈负，则愈小。当等于夹断电压时，。从转移特性上还可以得到场效应管的两个重要参数：夹断电压也可用表示，即转移特性与横坐标轴交点处的电压。饱和漏极电流用表示，即

7、转移特性与纵坐标轴交点处的电流。上一页下一页3.1.2结型场效应管的特性图3.6(a)中结型场效应管的转移特性曲线可近似用以下公式表示：(3.1.2)由图3.6可知与之间不是线性关系，而是平方律关系。故JFET也是一种非线性器件。当为不同值时，可得一簇转移特性曲线，但由于工作在II区即恒流区，几乎与无关。各曲线基本重合。上一页下一页3.1.2结型场效应管的特性III区IDSSI区II区6V(a)图3.6(a)的转移特性(b)的漏极特性上一页下一页3.1.2结型场效应管的特性2漏极特性场效应管的漏极特性表示当栅源之间的电压不变时，漏极电流与漏源之间的电

8、压的关系，即（3.1.3）N沟道结型场效应管的漏极特性曲线如图3.6(b)所示。可以看出，它们与双极型三极管