场效应晶体管和基本放大电路

第3章 场效应晶体管和基本放大 电路
3.1 场效应晶体管 3.2 场效应管放大电路
3.1 场效应晶体管
场效应管（FET）：是利用输入回路的电场 效应来控制输出回路电流的一种半导体器件。
仅靠多数载流子导电，又称单极型晶体管。
场效应管输入回路内阻很高(107~1015)，热稳定 性好，噪声低，比晶体管耗电小，应用广泛。
2）ｇ、ｓ间短路，ｄ、ｓ间加正向电压
当 UDS =0时，虽有导 电沟道，但ID为零。
当UDS 0时，产生ID， 但沟道中各点和栅极之 间电压不再相等，近漏 极电压最大，近源极电 压最小。
导电沟道宽度不再相 等，近漏极沟道窄，近 源极沟道宽。
d g
s
ID UDS
2）ｇ、ｓ间短路，ｄ、ｓ间加正向电压
s
此时的ID称为“饱和漏极 电流IDSS”
3）ｇ、ｓ间加负向电压，ｄ、ｓ间加正向电压
UGS 增加，使导电沟道
d
ID
变窄，ｄ、ｓ间的正电压使
沟道不等宽。
g
UDS
导电沟道夹断后，ID几乎
仅仅决定于UGS而与UDS 基 UGS 本无关。
s
3）ｇ、ｓ间加负向电压，ｄ、ｓ间加正向电压
当UGS一定时，ID表现出
当UGS=0时， 耗尽层很窄, 导电沟道宽。
随| UGS |增大， 耗尽层增宽，沟
道变窄，电阻增 大。
| UGS |增加到某一数 值,耗尽层闭和,沟道 消失,沟道电阻趋于无 穷大。
1)当UDS=0时，UGS对导电沟道的控制 | UGS |增加到某一数值，耗尽层闭和，沟道 消失，沟道电阻趋于无穷大。定义此时UGS的 值为夹断电压UGS（off） 由于PN结反偏，栅极电流基本为0，消耗很小。
2. 工作原理－－电压控制作用
d
g N
导电沟道
耗尽层 P+
正常工作时： 在栅-源之间加负向电压， (保证耗尽层承受反向电压) 漏-源之间加正向电压，(以 形成漏极电流）
s 结构示意图
这样既保证了栅-源之间
的电阻很高，又实现了UGS 对沟道电流ID的控制。
1)当UDS=0时，UGS对导电沟道的控制
分类：结型(JFET) 绝缘栅型(IGFET)
3.1.1 结型场效应管
1. 结型场效应管的结构
源极S 栅极G 漏极D SiO2
NP N N P
N沟道结构示意图
N沟道结型场效应管是 在同一块N型半导体上制 作两个高掺杂的P区。
将它们连接在一起引出 电极栅极G。N型半导体 分别引出漏极D、源极S。
P区和N区的交界面形成 耗尽层。源极和漏极之间 的非耗尽层称为导电沟。
பைடு நூலகம்
d
ID
恒流特性。此时可以把ID近
似看成UGS控制的电流源。
g
UDS
称场效应管为电压控制
元件。
UGS
s
通过以上分析有：
1）UGD> UGS（off） 时（未出现夹断前），对于不 同的UGS ，漏源之间等效成不同阻值的电阻， ID随UDS 的增加 线性增加。（对应可变电组区）
2）UGD= UGS（off） 时，漏源之间预夹断。 3）UGD< UGS（off） 时， ID几乎只决定于UGS，而与
UDS 无关，可以把ID近似看成UGS控制的电流源。 （对应恒流区，即放大区）
3.结型场效应管的特性（输出特性 和转移特性）
（因场效应管栅极电流几乎 ID 为零，不讨论输入特性。）
（1）输出特性曲线
ID = f (UDS ) UGS = 常数
场效应管工作区域：
可变电阻区（非饱和区）
UDS
恒流区（电流饱和区、放大区）
UDS
3)夹断区（截止区）
导电沟道全部夹断。
ID
条件：｜UGS ｜ UGS（off） 特点： ID 0
4)击穿区
UDS增加到一定程度，电流
UDS
急剧增大。
(2)转移特性曲线
ID = f (uGS ) UDS = 常数
ID /mA
IDSS
由半导体物理分析可得恒
流区ID近似表达式为：
ID IDS(S1UG uG S(oSff) )2 UGS(off)
夹断区（截止区）
击穿区（电流突然增大）
1)可变电阻区
ID
条件： UGD> UGS（off）。 特点：可通过改变UGS 来改变漏源间电阻值。
（预夹断轨迹：通过连接
UDS
各曲线上UGD= UGS（off）的 点而成。）
2)恒流区
ID
条件： UGD< UGS（off） 特点： ID只受UGS 控制。
ID为UGS 控制的电流源。
IDSS UGS=0时产 3 生预夹断时 的漏极电流
2
1
–4 –3 –2 –1 0
(2)转移特性曲线
N沟结型场效应管，栅源之 间加反向电压。
ID /mA
P沟结型场效应管，栅源之
IDSS
间加正向电压。
（管子工作在可变电阻区 时，不同的uDS ，转移特性 曲线有很大差别。）
3
UGS(off)
2
1
–4 –3 –2 –1 0
结型场效应管的符号
结型场效应管有N沟道和P沟道两种类型。
d
d
g
s N沟道符号
g
s P沟道符号
2. 工作原理－－电压控制作用
d
在N型硅材料两端加上
耗尽层 一定极性的电压，多子在
g N
P+
电场力的作用下形成电流
ID。
导电沟道
s 结构示意图
若将G、S间加上不同的 反偏电压，即可改变导电 沟道的宽度，便实现了利 用电压所产生的电场控制 导电沟道中电流强弱的目 的。
随着UDS增加，栅-漏电 压|UGD|增加，近漏端沟 道进一步变窄。
只要漏极附近的耗尽区 不出现相接，沟道电阻基 本决定于UGS。
随着UDS 的增加， ID线 性增加。
d—s间呈电阻特性。
d g
s
ID UDS
2）ｇ、ｓ间短路，ｄ、ｓ间加正向电压
d
ID
随着UDS增加，当UGD
A
= UGS - UDS = UGS（off）时,
g
靠近漏极出现夹断点。
UDS
称UGD= UGS（off）为预 夹断。
预夹断时，导电沟道
s
内仍有电流ID 。
2）ｇ、ｓ间短路，ｄ、ｓ间加正向电压
d
ID
预夹断之后，UDS 再增加，
预夹断延伸,夹断区长度增
A
加（AA'）。夹断区的阻
g
UDS
力增大。
A'
由于UDS的增加几乎全部 落在夹断区，漏极电流ID基 本保持不变。
IDSS UGS=0时产 生预夹断时
的漏极电流
转移特性曲线与输出特性曲线有严格的对应关系
4 iD /mA UGS =0V
– 1V
3
2
–2
1
–3V
–4V
0
4
8
12
输出特性
iD /mA
4 3
2 1
–4–3–2 –1 0 UGs(off)
转移特性
3.1.2 绝缘栅型场效应管（MOS管)
绝缘栅型场效应管采用sio2绝缘层隔离，栅极为 金属铝，又称为MOS管。 MOS管分类：