第3章 场效晶体管及场效晶体管放大电路

沟道变窄 沟道电阻变大 ID变小 UGS继续减小，沟道继续变窄， G ID继续变小 当沟道夹断时,ID减小至0，此时 对应的栅源电压UGS称为夹断电压 UGS(off) 。
UGS
对于N沟道的JFET，UPGS(off) <0。
S
二、结型场效应管工作原理
② UDS对沟道的控制作用
当UGS=0时， UDS ID G、D间PN结的反向电 压增加，使靠近漏极处的耗 尽层加宽，沟道变窄，从上 至下呈楔形分布。 D ID N G UGS S P+ P+ UDS
iD(mA)
3. N沟道耗尽型MOS场效应管特性曲线
iD(mA)
UP 转移特性曲线
UGS(V) 输出特性曲线
3.2.3 场效应管的主要参数
一、直流参数
1. 开启电压UT：MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启 电压的绝对值,场效应管不能导通。 2. 夹断电压UP：是耗尽型FET的参数，当UGS=UP 时,漏极电流 为零。 3. 饱和漏极电流IDSS
UGS(off)
# JFET有正常放大作用时，沟道处于什么状态？
结 型 场 效 应 管
N 沟 道 耗 尽 型
P 沟 道 耗 尽 型
3. 2 绝缘栅型场效应管MOSFE
Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
由金属、氧化物和半导体制成。称为金属-氧化物-半 导体场效应管，或简称 MOS 场效应管。 特点：输入电阻可达1010(有资料介绍可达1014）以上。 增强型 N 沟道 耗尽型 类型 增强型 P 沟道 耗尽型
D DS
uGS/V
iD I D 0 ( uGS 1)2 ( uGS UT ) UT
电阻区
变化。
I D 0是uGS 2UT时的iD
3.2.2 N沟道耗尽型MOS场效应管 1. 结构
耗尽型MOS管存在 原始导电沟道
+++++++

2. N沟道耗尽型MOS场效应管工作原理
第3 章 场效晶体管及场效晶 体管放大电路
场效应管是通过改变外加电压产生的电场强 度来控制其导电能力的半导体器件。 它不仅具有双极型三极管的体积小、重量轻、 耗电少、寿命长等优点，而且还具有输入电阻高、 热稳定性好、抗辐射能力强、噪声低、制造工艺 简单、便于集成等特点。因而，在大规模及超大 规模集成电路中得到了广泛的应用。 根据结构和工作原理不同,场效应管可分为 两大类:结型场效应管(JFET)和绝缘栅型场效应 管(IGFET).
4. 栅源击穿电压U(BR)GS 场效应管工作时，栅源间 PN 结处于反偏状态，若 UGS > U(BR)GS ， PN 将 被 击 穿 ， 这 种 击 穿 与 电 容 击 穿的情况类似，属于破坏性击穿。
3.3 场效晶体管的比较
场效晶体 管的分类
N沟道
FET 场效晶体管 MOSFET (IGFET) 绝缘栅型 耗尽型 JFET 结型 P沟道
因此称其为单极型器件。
3. 晶体管的输入电阻较低，一般102~104； 场效晶体管的输入电阻高，可达109~1014
场效晶体管与晶体管的应用
均可用于放大电路和开关电路，构成品种繁多的集成电路。
3.4 场效晶体管放大电路
3.4.1 场效晶体管的直流偏置放大电路及静态分析
耗尽型场效应三极管当UGS=0时所对应的漏极电流。
4. 直流输入电阻RGS(DS):栅源间所加的恒定电压UGS与流过栅极 电流IGS之比。结型:大于107Ω，绝缘栅:109～1015Ω。
3.2.3
场效应管的主要参数
二、交流参数
1. 低频跨导gm ：反映了栅源压对漏极电流的控制作用。
diD gm duGS
开始时无导电沟道，当在UGSUGS(th)时才形成沟 道,这种类型的管子称为增强型MOS管
另一方面，漏源电压UDS对漏极电流ID的控制作用 当UGS＞UGS(th)，且固定为某一值时，来分析漏源电压
UDS的不同变化对导电沟道和漏极电流ID的影响。 UDS=UDG＋UGS =－UGD＋UGS
UGD=UGS－UDS
当UDS为0或较小时，相当UGD ＞UGS(th) ，此时UDS 基本均匀降落 在沟道中，沟道呈斜线分布。在 UDS作用下形成ID。
漏源电压UDS对漏极电流ID的控制作用
UGD=UGS－UDS
增强型MOS管
当UDS增加到使UGD=UGS(th)时，
这相当于UDS增加使漏极处沟道 缩减到刚刚开启的情况，称为预夹断 。此时的漏极电流ID 基本饱和。 当UDS增加到UGDUGS(th)时， 此时预夹断区域加长，伸向S极。
场效应管：一种载流子参与导电，利用输入回路的电场 效应来控制输出回路电流的三极管，又称单极型三极管。
单极型器件(一种载流子导电)； 特点 输入电阻高； 工艺简单、易集成、功耗小、体积小、 成本低。
要求：
1、掌握场效应管的分类、特点、特性曲线及参 数，了解其结构、工作原理。
2、掌握场效应管放大电路的分析方法和指标计 算。
S 源极
二、结型场效应管工作原理
根据其结构，它只能工作在反偏条件下，N沟道管加负 栅源电压， P沟道管加正栅源电压，否则将会出现栅流。 ①
UGS对沟道的控制作用
D ID N P+ P+ UDS
当UGS=0时，沟道最宽，沟道电阻最小，在UDS的 作用下N沟道内的电子定向运动形成漏极电流ID,此 时最大。 当UGS＜0时 PN结反偏 耗尽层加厚
比UGS=0时的值要小。
在预夹断处
UGD=UGS-UDS =UP
S
综上分析可知
• 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，
所以场效应管也称为单极型三极管。
• JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因
此iG0，输入电阻很高。 • JFET是电压控制电流器件，iD受uGS控制 JFET是利用PN结反向电压对耗尽层厚度的控制，来改变导 电沟道的宽窄，从而控制漏极电流的大小。 • 预夹断前iD与uDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于 饱和。
当UDS增加到使UGD=UGS(off) 时，在紧靠漏极处出现预夹 断。 此时UDS 夹断区延长 沟道电阻 ID基本不变
二、结型场效应管工作原理
③UGS和UDS同时作用时
当UP <UGS<0 时，
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D ID N G UGS P+ P+ UDS
导电沟道更容易夹断， 对于同样的UDS ， ID的值
场效晶体管分类：
JFET 结型 MOSFET (IGFET) 绝缘栅型 N沟道 P沟道 增强型 N沟道 P沟道 N沟道 P沟道 （耗尽型）
FET 场效晶体管
耗尽型
第3 章 效晶体管及场效晶体管放大电路
3.1 3.2 3.3 3.4 结型场效晶体管 绝缘栅型场效晶体管 各种场效晶体管的比较 场效晶体管放大电路
UDS增加的部分基本降落在随之加长的 夹断沟道上，ID基本趋于不变。
3、N沟道增强型MOS场效应管特性曲线
输出特性曲线 iD=f(uDS)uGS=C iD(mA) 转移特性曲线 iD=f(uGS)uDS=C
uDS(V) 当uGS变化时，R ON将随之 恒流区 (饱和区)：uGS一定 变化，因此称之为可变 时，i 基本不随u 变化而
# 为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？
三、结型场效应管的特性曲线
1. 转移特性(N 沟道结型场效应管为例) +
mA
iD f (u G S )
iD
U
DS
常 数

G
D
+

VGG
+
V
S V
UDS
VDD
uGS = 0 ，iD 最大； uGS 愈负，iD 愈小； uGS = UP ，iD 0。
G
D S V
+

VGG
+
V
VDD

uGS
O
U P 8V
UGS = 0V -1 -2 -3 -4 -5 -6 夹断区 -7
击穿区
uDS /V
漏极特性也有三个区：可变电阻区、恒流区和夹断区。
(1) 输出特性 i D f ( uDS ) uGS const. (2) 转移特性 i D f ( uGS ) uDS const. uGS i D I DSS ( 1 )2 ( UGS （off） uGS 0 ) UGS （off）
当UGS=0时，UDS加正向电压，产 生漏极电流iD,此时的漏极电流称为 漏极饱和电流，用IDSS表示。 当UGS＞0时,将使iD进一步增加。 当UGS＜0时，随着UGS的减小漏 极电流逐渐减小，直至iD=0，对应 iD=0的UGS称为夹断电压，用符号 UP表示。 UP N沟道耗尽型MOS管可工作在UGS0或UGS>0 N沟道增强型MOS管只能工作在UGS>0 UGS(V)
2. 极间电容
U DS C
Cgs—栅极与源极间电容 Cgd —栅极与漏极间电容 Csd —源极与漏极间电容
三、极限参数
1.最大漏极电流IDM
2.漏源击穿电压 U(BR)DS 当漏极电流 ID 急剧上升产生雪崩击穿时的 UDS 。 3. 漏极最大允许耗散功率 PDM
由场效应管允许的温升决定。漏极耗散功率转化为 热能使管子的温度升高。
（耗尽型）
N沟道
增强型 P沟道
N沟道
P沟道
3.3 各种场效晶体管的比较
N 沟 道 绝 增 缘 强 型
栅 场 效 应 管
P 沟 道 增 强 型
绝 缘 栅 场 效 应 管