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1、第四章场效应管放大电路4.1结型场效应管4.2绝缘栅场效应管4.3场效应管的主要参数4.4场效应管的特点4.5场效应管放大电路4.1结型场效应管4.1.1结构结型场效应管有两种结构形式。图4－1(a)为N型沟道结型场效应管。图4－1(b)是P型沟道结型场效应管。其电路符号如图4－1(c)、(d)所示。以N沟道为例。在一块N型硅半导体材料的两边,利用合金法、扩散法或其它工艺做成高浓度的P+型区,使之形成两个PN结,然后将两边的P+型区连在一起,引出一个电极,称为栅极G。在N型半导体两端各引出一个电极,分别作为源极S和漏极D。夹在两个PN结中间的N型区是源极与漏极之间的电流通道,称为导电
2、沟道。由于N型半导体多数载流子是电子,故此沟道称为N型沟道。同理,P型沟道结型场效应管中,沟道是P型区,称为P型沟道,栅极与N+型区相连。电路符号中栅极的箭头方向可理解为两个PN结的正向导电方向。图4-1结型场效应管的结构示意图和符号4.1.2工作原理1.UGS对导电沟道的影响为便于讨论,先假设UDS=0。当UGS由零向负值增大时,PN结的阻挡层加厚,沟道变窄,电阻增大，如图4－2(a)、(b)所示。若UGS的负值再进一步增大,当UGS=-UP时两个PN结的阻挡层相遇,沟道消失,我们称为沟道被“夹断”了,UP称为夹断电压,无载流子通道,如图4－2(c)所示。图4-2当UDS=0时
3、UGS对导电沟道的影响示意2.ID与UDS、UGS之间的关系假定栅、源电压
4、UGS
5、＜
6、UP
7、,如UGS=-1V,而UP=-4V,当漏、源之间加上电压UDS=2V时,沟道中将有电流ID通过。此电流将沿着沟道的方向产生一个电压降,这样沟道上各点的电位就不同,因而沟道内各点与栅极之间的电位差也就不相等。漏极端与栅极之间的反向电压最高,如UDG=UDS-UGS=2-(-1)=3V,沿着沟道向下逐渐降低,使源极端为最低,如USG=-UGS=1V,两个PN结的阻挡层将出现楔形,使得靠近源极端沟道较宽,而靠近漏极端的沟道较窄，如图4－3(a)所示。此时,若增大UDS,由于沟道电阻增长较慢,所以ID
8、随之增加。当UDS进一步增加到使栅、漏间电压UDG等于UP时,即UDG=UDS-UGS=UP(4－1)则在D极附近,两个PN结的阻挡层相遇,如图4－3(b)所示,我们称为预夹断。如果继续升高UDS,就会使夹断区向源极端方向发展,沟道电阻增加。由于沟道电阻的增长速率与UDS的增加速率基本相同,故这一期间ID趋于一恒定值,不随UDS的增大而增大,此时,漏极电流的大小仅取决于UGS的大小。UGS越负,沟道电阻越大,ID便越小,直到UGS=UP,沟道被全部夹断,ID=0,如图4－3(c)所示。图4-3UDS对导电沟道和ID的影响4.1.3特性曲线1.输出特性曲线图4－4为N沟道结型场效应管输
9、出特性曲线。以UGS为参变量时,漏极电流ID与漏、源电压UDS之间的关系,称为输出特性,即(4－2)根据工作情况,输出特性可划分为4个区域,即:可变电阻区、恒流区、击穿区和截止区。图4—4 N沟道结型场效应管的输出特性(1)可变电阻区。可变电阻区位于输出特性曲线的起始部分,图中用阴影线标出。此区的特点是:固定UGS时,ID随UDS增大而线性上升,相当于线性电阻；改变UGS时,特性曲线的斜率变化,即相当于电阻的阻值不同。UGS增大,相应的电阻增大。因而在此区域,场效应管可看做一个受UGS控制的可变电阻,即漏、源电阻RDS=f(UGS)。(2)恒流区。该区的特点是:ID基本不随UDS而
10、变化,仅取决于UGS的值,输出特性曲线趋于水平,故称为恒流区或饱和区。当组成场效应管放大电路时,为防止出现非线性失真,应使工作点设置在此区域内。(3)击穿区。位于特性曲线的最右部分,当UDS升高到一定程度时,反向偏置的PN结被击穿,ID将突然增大。由于UGS愈负时,达到雪崩击穿所需的UDS电压愈小,故对应于UGS愈负的特性曲线击穿越早。其击穿电压用BUDS表示,当UGS=0时,其击穿电压用BUDSS表示。(4)截止区。当｜UGS｜≥｜UP｜时,管子的导电沟道处于完全夹断状态,ID=0,场效应管截止。2.转移特性曲线图4－5所示为N沟道结型场效应管的转移特性曲线。当漏、源之间的电压U
11、DS保持不变时,漏极电流ID和栅、源之间电压UGS的关系称为转移特性,即它描述了栅、源之间电压UGS对漏极电流ID的控制作用。由图可见,UGS=0时,ID=IDSS称为饱和漏极电流。随｜UGS｜增大,ID愈小,当UGS=-UP时,ID=0。UP称为夹断电压。(4-3)图4-5N沟道结型场效应管的转移特性曲线结型场效应管的转移特性在UGS＝0~UP范围内可用下面近似公式表示:(4－4)转移特性和输出特性同样是反映场效应管工作时UDS、UGS和I
