模电复习第三章

2014/2/2

如果信号源的电压小到只有几V u （微伏），而内阻又比较高，我们想对其电压进行放大，要求信号源的电压尽量降落在放大电路上，则可以采用场效应管，其输入电阻可以达到几兆Ω甚至上百兆Ω。

1、场效应管的结构和特性（以N 沟道为例）

场效应管有三个极：源极（s ）、栅极（g ）、漏极（d ），对应于晶体管的e 、b 、 c 极；有三个工作区域：截止区、恒流区、可变电阻区，对应于晶体管的截 止区、放大区、饱和区。

场效应管是在g-s （栅-源）之间加电场来控制d-s （漏-源）之间电流的， I 、结型场效应管

在半导体器件的符号中，箭头总是沿着 PN 结正偏的方向。

栅源电压对导电沟道的控制（d-s 短路）：

栅-源之间PN 结反偏（加反向电压），改变加在PN 结两侧的反向偏置电压的大小就可以改变耗尽层的宽度，也就改变对导电沟道的宽度，这样就实现了利用电场控制导电沟道中电流强弱的目的。GS u 可以控制导电沟道的宽度，为什么g-s

必须加负电压？这是为了利用

符号

结构示意图

导电沟道（载流子通过漏-源两极的路径）

沟道最宽

沟道变窄

沟道消失称为夹断

UGS （off ）

P 型半导体

PN 结对反向电压的电阻效应大的特点，从而能够引入足够大的输入电阻。

工作原理：

①当

d-s 短路，g-s 间加反向电压时，随着|GS U |的增大，即PN

结反向偏置电压的增大，耗尽区加宽，并向沟道中扩展，使沟道变窄，沟道电阻加大。当|GS U |增大到一定值时，两侧的耗尽区几乎碰上，导电沟道放佛被夹断，d-s 间导电沟道的电阻将趋于无穷大，这时的

GS U 称为夹断电压）（off GS U ，之后若再增大|GS U |，耗尽区将不再有明显

变化，但是若|GS U |太大会出现反向击穿现象。

场效应管在应用时，控制信号加在g 、s 所在的电路上，当GS U 在负值范围内变化时，由于PN 结反向偏置，栅极电流基本不存在，体现了控制信号能量消耗小的特点。

若GS U 为正时，PN 结处于正向偏置，会产生栅极电流，上述优点将不复存在，如不采取限流措施将会烧坏管子。

②当

g-s 间短路，d-s 间加正向电压时，将有正向电流（漏极电流

D I ）由漏极经导电沟道流向源极，D I 沿沟道产生的电压降使沟道上各

点与栅极间的电压不再相等，在漏极附近最强（为DS U ）。这使得沟道两侧的耗尽层从源极到漏极逐渐加宽，结果使沟道逐渐变窄，随着DS U 的增大，D I 逐渐增大，沟道不等宽的现象越明显，沟道在漏极附近越来越窄。当DS U 增大到|）（off GS U |时，在漏极附近两侧的耗尽区开始靠拢，这种情况称为预夹断。当DS U 继续增大时，耗尽区沿沟道加长它们的接触部分（称为夹断区）。值得指出的是，夹断区的加长并不意

味着D I 将下降为0或者比DS U 较低时更小。因为若D I 为0，图中的夹断区也不复存在。实际情况是，夹断区并不是完全将沟道夹断，而是允许电子在它的窄缝中以较高的速度流过，在源极一侧的速度则较低，以保证沟道内电流的连续性。当DS U 继续增加时，夹断区的长度也随之增加，从而限制了D I 的增加，形成了D I 虽略有增加但基本恒定的特点。这时的电流称为饱和漏极电流DSS I 。当然DS U 也不能无限制的增加，当其增大到一定值时，会引起靠拢部分耗尽区的击穿。

③g-s

间加负电压，d-s 间加正电压，这时上面两种情况的综合。

g-s 间的负电压使耗尽区变宽，导电沟道变窄；d-s 间的正电压使耗尽区和导电沟道进一步变得不等宽。随着|GS U |的增大，导电沟道变窄，电阻增大，在同样的DS U 作用下产生的D I 减小，发生预夹断时所需的DS U 也减小（因为发生预夹断时，)(OFF GS DS GS GD U U U U =-=,即

)(OFF GS GS DS U U U -=)，所以通过改变GS U 的大小可以控制D I 的强弱。

结型场效应管工作在恒流区的条件：

I 、|GS u |

要足够大，）（off GS U ≤GS u <0； II 、GD u <）（off GS U 。

恒流区。DD V 的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻，D i 几乎不变，进入恒流区，D i 几乎仅仅决定于GS u 。

转移特性曲线：

以DS u 为参变量时，D I 和GS u 之间的关系：

场效应管工作在恒流区，GS u >）（off GS U 且DS u <）（off GS U 。

输出特性曲线：

低频跨导（不考虑结电容效应，不在一个回路的电流与电压的关系）：

场效应管是利用电场效应来控制电流的一种半导体器件器件，并以此来命名。其特点是控制端基本不需要电流，且受温度、辐射等外界条件影响小，便于集成，因此应用广泛。场效应管分为结型场效应

常量

==DS )(GS D U u f i 漏极饱和电

夹断电压

2

GS(off)

GS DSS D )1(U u I i -

=在恒流区时常量

==GS )(DS D U u f i 击 穿 区

预夹断轨迹，uGD ＝UGS （off ）

可变电阻区

恒 流 区 近似于直线，g-s 间的电压可以对d-s 间的电阻实现阻值控制

夹断区（截止区）

夹断电压

DSS

I

常量

=∆∆=

DS GS

D

m U u i g