电子科大课堂讲义-模拟电路-第4章.PPT.ppt

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1、第四章场效应管（FET）及基本放大电路FET是另一种半导体器件。主要特点：输入电阻高；温度稳定性好；工艺简单，便于集成。它们在现代集成电路中得到了非常广泛的应用。按结构分为：结型N沟道（N-JFET）P沟道（P-JFET）绝缘栅型（IGFET→MOSFET）N沟道P沟道按特性（工作方式）分为：耗尽型JFETMOSFET增强型MOSFETFET分类4-1JFET两类N-JFETP-JFET电路符号如下（箭头指向：P→N）以箭头指向区别类型；靠近栅极(G)为源极(S)端。N-JFETP-JFET一、JFET的结构和工作原理（N

2、-JFET）引出三个电极：源极（S极）→类似于BJT的E极漏极（D极）→C极栅极（G极）→B极导电沟道为N沟道。工作原理：利用外加电压（uGS、uDS）改变导电沟道宽度，从而控制漏极电流iD的大小。即利用半导体内电场效应，通过改变耗尽层宽度来改变导电沟道的宽窄，从而控制iD的大小。（1）uGS的控制作用（uDS=0）对于N沟道，uGS应为负电压，即P+N结应处于反偏状态。当vGS绝对值↑→耗尽层宽度↑→导电沟道变窄当uGS=UP时，沟道被耗尽层夹断，导电沟道不存在。这种现象称为“全夹断”。UP：夹断电压，沟道刚处于全夹断对

3、应的uGS值。过程见图：（2）uDS的控制作用（uGS=0）(a)(b)(c)沟道电位由D→S逐渐↓，故其特点为：导电沟道为不等宽的非均匀沟道，见(a)图。D处耗尽层最宽，导电沟道最窄；S处耗尽层最窄，导电沟道最宽。沟道内电子在uDS作用下形成iD（D→S）。iD和uDS的关系与uDS大小有关：当uDS较小(＜200mV)时，iD随uDS近似成比例增加；当↑uDS时，随着UDS↑，耗近层加宽，沟道变窄，使iD随uDS↑的速度变缓(非线性)；当再↑uDS时，使uGD=UP时，耗尽层在靠近D处合拢（点接触），见图(b)。这种靠

4、近D处的导电沟道刚刚消失的状态称为“预夹断”。此时对应的iD称为饱和漏电流IDSS。此时↑uDS，沟道对应的状态是由一点接触（预夹断）到一段接触（部分夹断），见图(c)。iD基本不变（饱和）。当uDS↑至某值(BUDS），iD↑↑（击穿）。此时的漏源电压即PN结击穿电压,称为漏源击穿电压。在iD～uDS坐标系中描述iD随uDS变化的关系曲线OA段：UDS较小时，iD∝UDS（电阻性质）；AH段：iD随UDS↑的速度变慢（非线性）；HB段：预夹断后,iD基本不随UDS的↑而↑(饱和)；＞B段：GD间PN结反向击穿，iD急剧↑

5、。（3）uGS、uDS同时作用uGS为反偏，使导电沟道比uGS=0时更窄，相同uDS下iD更小，但iD随uDS变化的规律不变。随着uGS的不同，曲线不同，故曲线为一簇。此时预夹断条件：uGD=uGS-uDS=UP即：uDS=uGS-UP二、N-JFET特性曲线及参数用转移特性曲线和输出特性曲线描述。1、输出特性曲线分为四个区（1）可变电阻区：对应预夹断以前的未夹断状态（uDS＜uGS-uP）。在该区，DS间等效为一个受uGS控制的电阻RDS。（2）恒流区（线性放大区）：对应预夹断后的部分夹断状态（uDS＞uGS-uP）。在

6、该区，DS等效为一个受uGS控制的电流源（VCCS）。（3）夹断区：对应uGS＜UP的区域，此时沟道全夹断，iD=0。在该区，DS间相当于开路。（4）击穿区：uDS过大，会使DG间P+N击穿，使用时，不能工作于此区。2、转移特性曲线UP＜uGS＜0（放大区内）由输出特性曲线可作出转移特性曲线：3、转移特性方程（放大区内）（平方律关系）4、P-JFET归纳(1)外加直流电源极性与N-JFET相反：uGS＞0，uDS＜0；(2)Up＞0；(3)iD：流出漏极为真实方向，即iD由S→D；(4)输出特性中的参变量uGS为正值，曲线

7、在第三象限；(5)转移特性曲线在四象限。练习1N-JFET的UP=-4V，要保证该管工作于放大区，静态UGS取值范围应是（）。（1）＞-4V（2）＜-4V（3）-4V与0V之间（4）＜4V练习2电路如图，IDSS=2mA，UP=-4V；求iD=？练习3（例4-1）（a）∵uGS=-5V＜UP=-4V；∴沟道处于全夹断状态，管子工作于截止区。（b）uGS=-3V＞UP=-4V，存在导电沟道；且uDS=7V＞uGS-UP=1V，沟道部分夹断，故管子工作在恒流区（放大区）。（c）uGS=0V＞Up=-4V，存在导电沟道；而uDS

8、=0.5V＜uGS-UP=1V,沟道未夹断，管子工作在可变电阻区。4-2MOSFET目前应用较多的绝缘栅场效应管是以SiO2作为金属（铝）和半导体材料之间的绝缘层，称为金属-氧化物-半导体场效应管（简称MOS管）。MOSFET分为N沟道耗尽型增强型P沟道耗尽型增强型耗尽型：uGS=0时管子内部已存在导电