第三章 场效应管及其应用ppt课件.ppt

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1、第三章场效应管场效应管（简称FET）是利用输入电压产生的电场效应来控制输出电流的，所以又称之为电压控制型器件。它工作时只有一种载流子（多数载流子）参与导电，故也叫单极型半导体三极管。因它具有很高的输入电阻，能满足高内阻信号源对放大电路的要求，所以是较理想的前置输入级器件。它还具有热稳定性好、功耗低、噪声低、制造工艺简单、便于集成等优点，因而得到了广泛的应用。根据结构不同，场效应管可以分为结型场效应管（JFET）和绝缘栅型场效应管（IGFET）或称MOS型场效应管两大类。根据场效应管制造工艺和材料的不同，又可分为N型沟道场效应管和P型沟道场

2、效应管。3.1结型场效应管1.结构和符号1）结构结型场效应管（JFET）结构示意图如图3.1（a）所示。图3.1N沟道结型场效应管（a）结构示意图;（b）图形符号;（c）外形图图3.2P沟道结型场效应管（a）结构示意图;（b）图形符号2.工作原理现以N沟道结型场效应管为例讨论外加电场是如何来控制场效应管的电流的。如图3.3所示，场效应管工作时它的两个PN结始终要加反向电压。对于N沟道，各极间的外加电压变为UGS≤0，漏源之间加正向电压，即UDS＞0。当G、S两极间电压UGS改变时，沟道两侧耗尽层的宽度也随着改变，由于沟道宽度的变化，导致

3、沟道电阻值的改变，从而实现了利用电压UGS控制电流ID的目的。图3.3场效应管的工作原理1）UGS对导电沟道的影响当UGS＝０时，场效应管两侧的PN结均处于零偏置，形成两个耗尽层,如图3.4（ａ）所示。此时耗尽层最薄，导电沟道最宽，沟道电阻最小。当

4、UGS

5、值增大时，栅源之间反偏电压增大，PN结的耗尽层增宽，如图3.4（b）所示。导致导电沟道变窄，沟道电阻增大。当

6、UGS

7、值增大到使两侧耗尽层相遇时，导电沟道全部夹断，如图3.4（c）所示。沟道电阻趋于无穷大。对应的栅源电压UGS称为场效应管的夹断电压，用UGS(off)来表示。图3.4U

8、GS对导电沟道的影响（a）导电沟道最宽;（b）导电沟道变窄;（c）导电沟道夹断2）UDS对导电沟道的影响设栅源电压UGS=0,当UDS=0时，ID=0，沟道均匀，如图3.4（a）所示。当UDS增加时，漏极电流ID从零开始增加，ID流过导电沟道时，沿着沟道产生电压降，使沟道各点电位不再相等，沟道不再均匀。靠近源极端的耗尽层最窄，沟道最宽;靠近漏极端的电位最高，且与栅极电位差最大，因而耗尽层最宽，沟道最窄。由图1.35可知，UDS的主要作用是形成漏极电流ID。3）UDS和UGS对沟道电阻和漏极电流的影响设在漏源间加有电压UDS，当UGS变化时

9、，沟道中的电流ID将随沟道电阻的变化而变化。当UGS=0时，沟道电阻最小，电流ID最大。当

10、UGS

11、值增大时，耗尽层变宽，沟道变窄，沟道电阻变大，电流ID减小，直至沟道被耗尽层夹断，ID=0。当0

12、关系曲线，即图3.5为特性曲线测试电路。图3.6为转移特性曲线。从转移特性曲线可知，UGS对ID的控制作用如下：图3.5场效应管特性测试电路图3.6转移特性曲线当UGS=0时，导电沟道最宽、沟道电阻最小。所以当UDS为某一定值时，漏极电流ID最大，称为饱和漏极电流,用IDSS表示。当

13、UGS

14、值逐渐增大时，PN结上的反向电压也逐渐增大，耗尽层不断加宽，沟道电阻逐渐增大，漏极电流ID逐渐减小。当UGS=UGS(off)时，沟道全部夹断，ID=0。2）输出特性曲线（或漏极特性曲线）输出特性曲线是指在一定栅极电压UGS作用下，ID与UDS之间

15、的关系曲线，即图3.7所示为结型场效应管的输出特性曲线，可分成以下几个工作区。图3.7结型场效应管的输出特性曲线（1）可变电阻区。当UGS不变，UDS由零逐渐增加且较小时，ID随UDS的增加而线性上升，场效应管导电沟道畅通。漏源之间可视为一个线性电阻RDS，这个电阻在UDS较小时，主要由UGS决定，所以此时沟道电阻值近似不变。而对于不同的栅源电压UGS，则有不同的电阻值RDS，故称为可变电阻区。（2）恒流区（或线性放大区）。图1.29中间部分是恒流区，在此区域ID不随UDS的增加而增加，而是随着UGS的增大而增大，输出特性曲线近似平行于

16、UDS轴，ID受UGS的控制，表现出场效应管电压控制电流的放大作用，场效应管组成的放大电路就工作在这个区域。（3）夹断区。当UGS