第四章场效管放大电路13545.doc

PAGE PAGE 1 第四章 场效应管放大电路 由于半导体三极管工作在放大状态时，必须保证发射结正偏，故输入端始终存在输入电流。改变输入电流就可改变输出电流，所以三极管是电流控制器件，因而三极管组成的放大器，其输入电阻不高。 场效应管是通过改变输入电压(即利用电场效应)来控制输出电流的，属于电压控制器件，它不吸收信号源电流，不消耗信号源功率，因此输入电阻十分高，可高达上百兆欧。除此之外，场效应管还具有温度稳定性好，抗辐射能力强、噪声低、制造工艺简单、便于集成等优点，所得到广泛的应用。 场效应管分为结型场效应管(JFET)和绝缘栅场效应管(IGFET)，目前最常用的MOS管。 由于半导体三极管参与导电的两种极性的载流子，电子和空穴，所以又称为半导体三极管双极性三极管。场效应管仅依靠一种极性的载流子导电，所以又称为单极性三极管。 FET－Field Effect transistor JFET－Junction Field Effect transistor IGFET－Insulated Gate Field Effect Transistor MOS－Metal-Oxide-Semiconductor （一）课程内容 1 结型场效应管和绝缘栅型场效应管。 2 场效应管的主要参数。 3 场效应管的特点。 4 场效应管放大电路。 （二）教学基本要求 1 了解结型和绝缘栅型场效应管的结构，工作原理及伏安特性。 2 理解场效应管的主要参数。 3 理解场效应管的特点。 4 了解场效应管放大电路的结构，工作原理，静态和动态分析。 （三）本章重点 1 场效应管的结构。 2 工作原理及其特点。 第四章 场效应管放大电路 §1 结型场效应管 一、结构 结型场效应管有两种结构形式。N型沟道结型场效应管和P型沟道结型场效应管。以N沟道为例。在一块N型硅半导体材料的的两边，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。电路符号如图所示，箭头方向可理解为两个PN结的正向导电方向。 二、工作原理 从结型场效应管的结构可看出，我们在D、S间加上电压UDS，则在源极和漏极之间形成电流ID。我们通过改变栅极和源极的反向电压UGS，则可以改变两个PN结阻档层(耗尽层)的宽度。由于栅极区是高掺杂区，所以阻挡层主要降在沟道区。故|UGS|的改变，会引起沟道宽度的变化，其沟道电阻也随之而变，从而改变了漏极电流ID。如|UGS|上升，则沟道变窄，电阻增加，ID下降。反之亦然。所以改变UGS的大小，可以控制漏极电流。这是场效应管工作的基本原理，也是核心部分。下面我们详细讨论。 1．UGS对导电沟道的影响 为了便于讨论，先假设UDS=0。 (a)UGS=0 (b)UGS0 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。 (c)UGS=–Up 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，我们称沟道被“夹断”了，UP称为夹断电压，此时ID=0。 ? 2．ID与UDS、UGS之间的关系 假定：栅、源电压|UGS||Up|，如UGS=–1V，Up=–4V。 ⑴ 当UDS=2V时，沟道中将有电流ID通过。此电流将沿着沟道方向产生一个电压降，这样沟道上各点的电位就不同，因而沟道内各点的电位就不同，因而沟道内各点与栅极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，源极端为最低，如：USG=–UGS=1V，两个PN结阻挡层将出现楔形，使得靠近源极端沟道较宽，而靠近漏极端的沟道较窄。如下图(a)所示。此时再增大UDS，由于沟道电阻增长较慢，所以ID随之增加。 ⑵预夹断 当进一步增加UDS，当栅、漏间电压UGD等于Up时，即 UGD=UGS–UDS=Up 则在D极附近，两个PN结的阻挡层相遇，如下图(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。 ⑶ 当UGS=Up时，沟道被全部夹断，I