电子技术基础（第2版）教学课件作者叶丽第4章.ppt

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1、4.1场效应管4.2场效应管放大电路第4章场效应管放大电路场效应是指半导体材料的导电能力随电场的改变而变化的效应。前面介绍的半导体三极管是通过基极电流控制输出电流的器件为电流控制型器件。场效应管则是利用输入电压产生电场效应来控制输出电流，属于电压控制型器件。4.1.1场效应管的特点和分类三极管在工作时，有两种载流子参与导电（电子与空穴），称为双极型晶体管；而场效应管工作时，只有一种载流子参与导电（电子或空穴），所以称为单极型晶体管。场效应管的外形与三极管相似，如图4-1所示。根据场效应管的结构不同，可以分为结型场效应管（JFET）和绝缘栅型场效应管（MOSFET）两种。结型场效应管是利用半导

2、体内电场效应工作的。根据其体内的导电沟道所用的材料不同，分为N沟道和P沟道两种，它的输入阻抗高达10MΩ。4.1场效应管返回下一页绝缘栅型场效应管又称为金属—氧化物—半导体场效应管（简称MOS管），它是利用半导体表面的电场效应工作的。绝缘栅场效应管分为增强型和耗尽型，而每一种根据其导电沟道的不同又分为N沟道和P沟道两类，如图4-2所示。4.1.2N沟道耗尽型绝缘栅场效应管1.结构及符号图4-3为N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的结构示意图，它以一块低掺杂浓度的P型硅片作衬底，用扩散的办法形成两个高掺杂浓度的N型区（用N+表示），并引出两个电极分别作为漏极D和源极So在P型硅表面上生长一层很薄的Si

3、O2绝缘层，再覆盖一层金属薄层，并引出一个电极作为场效应管的栅极Go另外，从衬底引出一个引线B，引线B一般在制造时就与源极S相连。由于栅极G与源极S、漏极D及P型衬底之间是完全绝缘的，故称为绝缘栅器件。4.1场效应管返回下一页上一页2.工作原理制造管子时，预先在SiO2绝缘层中掺入大量的正离子。在正离子产生的正向电场作用下，P型衬底中的空穴被排斥并移到衬底的下方，电子则被吸引到衬底与SiO2绝缘层的交界面上来，形成N型薄层，称为反型层。反型层将两个N+区连通，形成漏极与源极之间的导电沟道如图4-4所示。此时，若在漏极、源极之间加上正向电压UDS，则电子便从源极经N沟道（反型层）向漏极漂移，形

4、成漏极饱和电流IDSS。当UGS＞0，即栅极、源极之间加上正向电压时，由于管子存在SiO2绝缘层，不会形成栅极电流IG，但会从沟道中感应出更多的负电荷，导电沟道变宽，漏极电流ID大于漏极饱和电流IDSS。当UGS＜0，即栅极、源极之间加上负电压时，N沟道的负电荷减少，导电沟道变窄，从而使ID减少。当UGS负电压增大到某一固定值时，沟道被夹断，ID=0，此时的UGS电压称为夹断电压，用UGS（off)或UP表示。4.1场效应管返回下一页上一页3.特性曲线（1）转移特性曲线。转移特性表示漏极电压UDS为一定值时，漏极电流ID与栅源电压UGS之间的关系，即转移特性表示UGS对ID的控制能力，反映了

5、管子的放大作用。如图4-5（a）所示为N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的转移特性曲线。对于N沟道耗尽型管，当UGS=0时就存在着导电沟道，加上UDS就产生ID。当G极、S极加反向偏压时，就会削弱绝缘层中正离子的电场作用，使ID减少。可见，耗尽型场效应管在UGS为正值或负值时都可以对漏极电流进行控制，这一特性使它在应用时具有极大的灵活性。从特性曲线可知，转移特性是非线性的，管子的跨导gm=ΔID/ΔUGS不是一个常数，ID增大时，gm也增大。4.1场效应管返回下一页上一页（2）输出特性。输出特性是指栅源电压UGS一定时，漏极电流ID与漏源电压UDS的关系曲线，用公式表示为：每取一个UGS值，就有一条

6、ID—UDS曲线与之对应，所以输出特性曲线是一簇曲线，其形状与三极管输出特性曲线相似，如图4-5（b）所示。从输出特性曲线上可划分成可变电阻区、放大区（饱和区）和击穿区三个区域。①可变电阻区：在这个区域内，UDS较小，对导电沟道的宽度影响不大，导电沟道的电阻主要由UGS值来决定。ID随UDS增大而增大，而且曲线的上升很快。这时场效应管的动态电阻很小，其阻值主要由导电沟道决定，也就是由UGS决定，改变UGS的大小，就可以改变输出动态电阻，所以该区称为可变电阻区。4.1场效应管返回下一页上一页②放大区（也称饱和区或恒流区）：当增大时，由于漏极正电场削弱了由正离子感应产生导电沟道中的电场强度，因而

7、在靠近漏极处的导电沟道越来越窄，出现了宽度很窄的导电沟道。UDS再增加，导电沟道宽度不变，但变长了，等效电阻增大，ID基本不变，特性曲线呈水平状，即饱和。只有当场效应管工作在这个区域时管子才有放大作用。③击穿区：当增大到一定值时，漏极电流会突然增大，使管子进入击穿区，如图4-6（b)所示曲线的上翘部分。在击穿区管子会因过热而损坏，使用时应防止管子进入击穿区。N沟道增强型绝缘栅场效应管只能在正栅压下工作，所以其