模电结型场效应管介绍

gm Rd 则 AVm 1 gm R
输出电压与输入电压反相。
V Vgs ( gs rgs V
gs
（3）输入电阻
V Ri i Ig
)R gmV gs rgs
rgs (1 rgs gm ) R
Ri Ri // [ Rg3 ( Rg1 // Rg2 )]
对于N沟道的JFET，VP <0。
D
N
iD VDS P
G
P
VGS S
② VDS对沟道的控制作用
当VGS=0时，VDS 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。
VDS=0V时 iD
N VDS N P
D
N P G
VGS
S
当VDS增加到使VGD=VP 时， 在紧靠漏极处出现预夹断。
输出电阻： CE：
CD： Rg3 ( Rg1 // Rg2 )
（1）输出特性曲线 iD
iD f ( vDS ) vGSconst.
击穿区 可变电阻区 恒流区 VGS>0
Байду номын сангаас
0
V DS
3.增强型N沟道MOS管的特性曲线
(2)转移特性曲线 iD f ( vGS ) vD Sconst.
iD
vDS=10V
vGS
0
VT
vGS 2 1) VT (vGS VT )
CB：
( Rc // RL )
rbe
CG： gm ( Rd // RL )
4.4 结型 场效应管
3. 三种基本放大电路的性能比较
BJT Rb // rbe FET CS： Rg3 ( Rg1 // Rg2 )
输入电阻： CE：
CC： Rb //rbe (1 )( Re // RL ) rbe Re // CB： 1
VGS = - IDR
VDS = VDD - ID (Rd + R )
VGS 2 I D I DSS (1 ) VP
可解出Q点的VGS 、 ID 、 VDS
如知道FET的特性曲线，也可采用图解法。
4.4 结型 场效应管
4.4.2 FET放大电路的小信号模型分析法
1. FET小信号模型
（1）低频模型
当VDS不太大 时，导电沟 道在两个N区 间是均匀的。
N P
VGS S
VDS
D
G N
当VDS较大 时，靠近D 区的导电沟 道变窄。
VDS增加，VGD=VT 时， 靠近D端的沟道被夹断， 称为予夹断。
VGS S
VDS
D iD
G N P
N
夹断后，即使VDS 继续增加，iD仍 呈恒流特性。
3.增强型N沟道MOS管的特性曲线
iD gm vGS
VDS
2 I DSS (1
或
gm
vGS ) VP
VP
（ 当VP vGS 0时 ）
④ 输出电阻rd：
rd
vDS iD
VGS
4.1 结型 场效应管
3. 主要参数
⑤ 直流输入电阻RGS： 对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107Ω。 ⑥ 最大漏源电压V(BR)DS ⑦ 最大栅源电压V(BR)GS ⑧ 最大漏极功耗PDM
VP
# JFET有正常放大作用时，沟道处于什么状态？
4.1 结型 场效应管
3. 主要参数
① 夹断电压VP (或VGS(off))： 漏极电流约为零时的VGS值 。 ② 饱和漏极电流IDSS： VGS=0时对应的漏极电流。 ③ 低频跨导gm： 低频跨导反映了vGS对iD的控制作用。gm 可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子)。
G
D 栅源端加正电压 漏源端加负电压 S
vGS
夹断电压
饱和漏极电流
IDSS
P沟道结型场效应管 输出特性曲线
夹断区 iD 0 v DS
5V
4V
3V 2V 1V
vGS=0V
恒流区
可变电阻区
予夹断曲线
结型场效应管的缺点：
1. 栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在 某些场合仍嫌不够高。 2. 在高温下，PN结的反向电流增大，栅源 极间的电阻会显著下降。 3. 栅源极间的PN结加正向电压时，将出现 较大的栅极电流。
4.1 结型场效应管
*4.2 砷化镓金属-半导体场效应管
4.3 金属-氧化物-半导体场效应管
4.4 场效应管放大电路
4.5 各种放大器件电路性能比较
场效应管是一种利用电场效应来控制其 电流大小的半导体器件。
特点：输入电阻高、噪声低、热稳定性 能好、抗辐射能力强。 主要用于大规模和超大规模集成电路中。
① VGS对沟道的控制作用
PN结反偏，VGS 越负,则耗尽区越 宽，导电沟道越 窄。
G D
vDS=0V时
iD
N vDS N P
N P
VGS
S
VGS继续减小 VGS达到一定值时耗尽 区碰到一起，DS间的 导电沟道被夹断。
当沟道夹断时，对 应的栅源电压VGS称为 夹断电压VP （ 或 VGS(off) ）。
(3)计算公式 iD I DO (
4.参数
见表4.1.1
P 沟道增强型
s
g
d d
P
N
P
漏源端加负电压
g s
栅源端加负电压
4.3.2 耗尽型MOSFET 1.N 沟道耗尽型
s
g
d g
d
N e e e N P
s
予埋了导电沟道 （正离子），在P型衬底表面
形成反型层（N型）。∴在vGS ＝0时，就有感生
小结（JFET管）
1.N沟道结型场效应管的特性曲线
转移特性曲线
iD
IDSS
饱和漏极电流
夹断电压 vGS VP 0
N沟道结型场效应管的特性曲线 输出特性曲线
iD 予夹断曲线
vGS=0V
击穿区 -1V
可变电阻区 恒流区
-2V
-3V
-4V 0 夹断区 -5V vDS
2 P沟道结型场效应管 符号 转移特性曲线 iD 0 VP
（3）输入电阻
Ri Rg3 ( Rg1 // Rg2 )
例题
（4）输出电阻
由图有
V I T I R gmVgs T gmV gs R V V gs T
所以
V 1 1 T Ro R // 1 IT gm gm R
4.4 结型 场效应管
单极型晶体管 常用于数字集成电路
场效应管分类：
N沟道
FET 场效应管
JFET 结型 MOSFET (IGFET) 绝缘栅型
（耗尽型） N沟道 P沟道 N沟道 P沟道
P沟道
增强型
耗尽型
(Junction type Field Effect Transisstor)
4.1 结型场效应管
4.1.1 JFET的结构和工作原理
# 为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？
4.1 结型 场效应管
4.1.2 JFET的特性曲线及参数
iD f ( vDS ) vGSconst. iD f ( vGS ) vD Sconst. vGS 2 iD I DSS (1 ) VP
(VP vGS 0)
1. 输出特性 2. 转移特性
结构 工作原理
4.1.2 JFET的特性曲线及参数
输出特性 转移特性 主要参数
4.1 结型 场效应管
4.1.1 JFET的结构和工作原理
栅极，用G 或g表示 源极，用S或s表示
漏极，用 D或d表示
1. 结构
N型导电沟道
符号
P P型区 型区 # 符号中的箭头方向表示什么？
2.工作原理（以N沟道为例）
4.4 结型 场效应管
（2）高频模型
4.4 结型 场效应管
2. 动态指标分析
（1）中频小信号模型
4.4 结型 场效应管
2. 动态指标分析
由输入输出回路得
（2）中频电压增益
忽略 rd
g V V V gs m gs R Vgs (1 gm R) i R gmV V gs d o
4.3.3各种FET的特性比较及使用注意事项。（见P173－P175）
vGS<0
vDS
4.4 场效应管放大电路
4.4.1 FET的直流偏置及静态分析 直流偏置电路 静态工作点 4.4.2 FET放大电路的小信号模型分析法 FET小信号模型 动态指标分析
三种基本放大电路的性能比较
则 Ri Rg3 ( Rg1 // Rg2 )
通常 rgs (1 rgs gm ) R [ Rg3 ( Rg1 // Rg2 )]
（4）输出电阻
Ro Rd
例题
例4.4.2 共漏极放大电路如图 示。试求中频电压增益、输入电阻 和输出电阻。 解： （1）中频小信号模型
（2）中频电压增益
沟道，当V DS ＞0时，则有iD通过。
2.P 沟道耗尽型
s
g
d
d
P
P
N
g
s
予埋了导电沟道（负离子）
3.耗尽型N沟道MOS管的特性曲线
耗尽型的N沟道MOS管VGS=0时就有导电沟道，加反向电 压才能夹断。
转移特性曲线
iD
VGS VP 0
输出特性曲线
iD
vGS>0 vGS=0
0
栅源电压可正可负。
此时VDS 夹断区延长 沟道电阻 ID基本不变
越靠近漏端，PN 结反压越大 D
iD
VDS
G
P N S
P
VGS
③ VGS和VDS同时作用时
当VP <VGS<0 时， 导电沟道更容易夹断， 对于同样的VDS ， iD的值 比VGS=0时的值要小。 在预夹断处 G D
VGS越小耗尽区越宽，沟道 越窄，电阻越大。iD 减小。
特点：输入电阻很高，最高可达到1015欧姆。
表面场效应器件
MOSFET (IGFET) 绝缘栅型
增强型 耗尽型
N沟道 P沟道 N沟道 P沟道
耗尽型是当vGS=0时，存在导电沟道，iD≠0. 增强型是当vGS=0时，不存在导电沟道， iD=0 。
4.3 金属-氧化物-半导体场效应管:(MOS)
4.3.1 N汮道增强型MOSFET 1 结构和电路符号
绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。
*4.2 砷化镓金属-半导体场效应管
（Metal-Smeiconductor Field-Effect Transistor) MESFET 以N沟道为主
4.3 金属-氧化物-半导体场效应管
MOSFET
(Metal-Oxide-semiconductor type Field Effect Transistor)
3. 三种基本放大电路的性能比较
BJT CE CC CB BJT CE：

组态对应关系：
FET CS CD CG FET CS： gm ( Rd // RL )
gm ( R // RL ) CD： 1 g ( R // R ) m L
电压增益：
( Rc // RL )
rbe
(1 ) ( Re // RL ) CC： r (1 )( R // R ) be e L
( R // R ) V 1 g ( R // R ) g V V 由 V m gs L gs m L gs i ( R // R ) gmV V gs L o
gm ( R // RL ) V o 得 AVm 1 Vi 1 gm ( R // RL )
d g
s
g
d
金属铝 两个N区
s
N
P
N
三个铝电极
栅极与漏极、源极无电接触。
P型硅衬底
SiO2绝缘层
2 工作原理
VGS=0时
以N 沟道增强型为例
(1) VGS 改变感生沟道电阻以控制iD的大小。
VGS S
VDS
D
iD=0
G N P
对应截止区
N
D-S 间相当于 两个反接的 PN结
VGS>0时
VGS S N 感应出电子 P G VDS D N
4.4.1 FET的直流偏置电路及静态分析
1. 直流偏置电路
（1）自偏压电路 （2）分压式自偏压电路
vGS
VGS = - IDR
VGS VG VS Rg2 VDD I D R Rg1 Rg2
4.4 结型 场效应管
2. 静态工作点
Q点： VGS 、 ID 、 VDS
已知VP ，由
VGS足够大时 （VGS>VT）感 应出足够多电子， 这里出现以电子 导电为主的N型 导电沟道。
VT称为阈值电或开启电压：在VDS 作用下开始导电的VGS 。
VDS>0时
iD
VGS S
VDS
D
G N P
VGS较小时，导 电沟道相当于电 阻将D-S连接起 来，VGS越大此 电阻越小。 N
（2）VDS改变iD
iD
VDS
P
VGS
P
VGD=VGS-VDS =VP
N
S
4.1 结型 场效应管
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vGS控制 • 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后， iD趋于饱和。