1、回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出3.1 3.1 金属金属-氧化物氧化物-半导体半导体(MOS)场效应管场效应管3.2 3.2 MOSFET放大电路放大电路3.3 3.3 结型场效应管结型场效应管(JFET)(JFET)回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出 场效应管是一种利用电场效应来控制其电流大小的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。它不仅体积小、重量轻、耗电省、寿命半导体器件。它不仅体积小、重量轻、耗电省、寿命长，且输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能长，且输入阻抗高、噪声低、热稳定性
2、好、抗辐射能力强、制造工艺简单，因而应用广泛。力强、制造工艺简单，因而应用广泛。场效应管按场效应管按结构结构分为：分为：MOSFET和和JFET。MOSFET从从导电载流子的带电极性导电载流子的带电极性看，有看，有N(电子电子型型)沟道沟道和和P(空穴型空穴型)沟道沟道MOSFET；按按导电沟道形成机理导电沟道形成机理不同，不同，NMOS管和管和PMOS管又管又各有各有增强型增强型(E型型)和耗尽型和耗尽型(D型型)。MOSFET有四种：有四种：E型型NMOS管管、D型型NMOS管管、E型型PMOS、D型型PMOS。回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出金
3、属金属(Metal)-(Metal)-氧化物氧化物(Oxide)-(Oxide)-半导体半导体(SemiConductor)(SemiConductor)场效应场效应管管(MOSFET),FET只有一种载流子只有一种载流子(电子或空穴电子或空穴)导电，它为导电，它为单极型器件，而三极管是双极性。单极型器件，而三极管是双极性。三极管三极管发射极发射极(E)基极基极(B)集电极集电极(C)MOS场效应管场效应管源极源极(S)栅极栅极(G)漏极漏极(D)三极管三极管饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区MOS场效应管场效应管可变电阻区可变电阻区饱和区饱和区/恒流区恒流区截止区截止区回主页回主页 总目录
4、总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出3.1.1 N沟道增强型沟道增强型MOSFET 结构结构漏极漏极D铝电极铝电极栅极栅极G源极源极SSiO2绝缘层绝缘层P P型硅衬底型硅衬底 高掺杂高掺杂N N区区由于金属由于金属(铝铝)栅极和半导体之间的绝缘层目前常用栅极和半导体之间的绝缘层目前常用二氧化硅，故称金属二氧化硅，故称金属-氧化物氧化物-半导体场效应管，简称半导体场效应管，简称MOS场效应管场效应管。栅极与源极、漏栅极与源极、漏极均无电接触，极均无电接触，故称故称绝缘栅极绝缘栅极。电路符号电路符号gdsU(U(衬底衬底)动画N沟道增强型MOSFET回主页回主页 总目录总目录
5、 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出 工作原理工作原理 vGS=0，没有导电沟道，没有导电沟道 由于栅极是绝缘的，栅极电流几乎为零，输入电阻由于栅极是绝缘的，栅极电流几乎为零，输入电阻很高，最高可达很高，最高可达10101414 。当当vGS=0V时，漏源之间相时，漏源之间相当于两个背靠背的二极管。当于两个背靠背的二极管。sgdiD=0sd总有一个总有一个PN结是反向偏置的，反向电阻很高，即结是反向偏置的，反向电阻很高，即d、s之间没有形成导电沟道之间没有形成导电沟道，因此，因此iD=0=0。不管不管vDS的极性如何，其中的极性如何，其中回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录
6、上一页上一页 下一页下一页退出退出 vGSVT时，出现时，出现N型沟道型沟道sgdiD=0VGS 当当vDS=0，若在栅源之间加上正向电压，若在栅源之间加上正向电压vGS，则栅极，则栅极(铝层铝层)和和P型硅片相当于以二氧化硅为介质的平板电容型硅片相当于以二氧化硅为介质的平板电容器，在器，在vGS作用下，介质中便产生了一个垂直于半导体作用下，介质中便产生了一个垂直于半导体表面的由栅极指向表面的由栅极指向P型衬底的电场。型衬底的电场。该电场排斥空穴而吸引电子，该电场排斥空穴而吸引电子，留下不能移动的负离子，形成留下不能移动的负离子，形成耗尽层。当耗尽层。当vGS达到一定数值达到一定数值时，电子在
7、栅极附近的时，电子在栅极附近的P型硅型硅表面便形成了一个表面便形成了一个N型薄层，型薄层，即即反型层反型层，它组成了源漏两极，它组成了源漏两极间的间的N型型(感生感生)导电沟道导电沟道。回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出 vGS越大越大，则吸引到，则吸引到P型硅表面的电子就愈多，感生型硅表面的电子就愈多，感生沟道将愈厚，沟道电阻的阻值将愈小。沟道将愈厚，沟道电阻的阻值将愈小。这种在这种在vGS=0时无导电沟道，而必须依靠时无导电沟道，而必须依靠vGS的作用，的作用，才形成感生沟道的才形成感生沟道的FET称为称为增强型增强型FET。增强型增强型FET的电
8、路符号中的的电路符号中的短画线即反映了短画线即反映了vGS=0时沟道时沟道是断开的特点。是断开的特点。一旦出现感生沟道，原来被一旦出现感生沟道，原来被P P型衬底隔开的两个型衬底隔开的两个N+型区就型区就被感生沟道连通了。此时若有被感生沟道连通了。此时若有漏源电压漏源电压vDS，则将有漏极电流，则将有漏极电流iD产生。产生。sgdiDVGSVDS动画vGS对沟道的影响回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出 可变电阻区和饱和区的形成机制可变电阻区和饱和区的形成机制 当当vGS=VGSVTh，外加较小的，外加较小的vDS时，漏极电流时，漏极电流iD将随将随vD
9、S上升迅速增大，图示上升迅速增大，图示OA段。段。OiD/mAvDS/VA可变电阻区可变电阻区饱和区饱和区截止区截止区vGSVTh 一般把在漏源电压一般把在漏源电压vDS作用下开始导电时的栅源电压作用下开始导电时的栅源电压vGS叫做叫做开启电压开启电压VTh。因此。因此vGSVTh时，时，iD0。sgdiD迅迅速速增增大大VGSVDS回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出sgdiD迅迅速速增增大大VGSVDS 随着随着vDS上升，由于沟上升，由于沟道存在电位梯度，因此沟道厚度道存在电位梯度，因此沟道厚度不均匀，靠近漏端薄，靠近源端厚，沟道呈楔形。不均匀，靠
10、近漏端薄，靠近源端厚，沟道呈楔形。sgdiDVGSVDS 当当vDS增加到一定数值时，将形成一增加到一定数值时，将形成一夹断区夹断区(反型层消反型层消失后的耗尽区失后的耗尽区)，即，即预夹断预夹断，夹断点向源极方向移动。，夹断点向源极方向移动。回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出sgdiD饱饱和和VGSVDS 预夹断预夹断的临界条件为的临界条件为vGD=vGS-vDS=VTh或或vDS=vGS-VTh。当当vDS继续增加时，继续增加时，vDS增加的部分主要降落在夹断区，增加的部分主要降落在夹断区，降落在导电沟道上的电压基本不变，因而降落在导电沟道上的电压
11、基本不变，因而vDS上升，上升，iD趋于饱和。趋于饱和。OiD/mAvDS/VA可变电阻区可变电阻区饱和区饱和区截止区截止区vGSVT动画vDS对沟道的影响回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出 V-I 特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程 输出特性及大信号特性方程输出特性及大信号特性方程2468O5101520iD/mAvDS/VABCDEvGS=3V4V5V6V7V可变电阻区可变电阻区饱和区饱和区截止区截止区常数GSDSDvvfi预夹断预夹断的临界条件的临界条件为为vGD=vGS-vDS=VTh或或vDS=vGS-VTh 预夹断轨迹如绿虚线
12、，该预夹断轨迹如绿虚线，该虚线是可变电阻区和饱和区虚线是可变电阻区和饱和区的分界线。的分界线。截止区截止区 当当vGSVTh时相时相似，能在似，能在P型衬底上感应型衬底上感应出较多的电子，形成出较多的电子，形成N型型沟道，将源区和漏区连通沟道，将源区和漏区连通起来。起来。电路符号电路符号gdsB衬底衬底 回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出 因此在栅源电压为零时，在正的因此在栅源电压为零时，在正的vDS作用下，也有较作用下，也有较大的漏极电流大的漏极电流iD由漏极流向源极。由漏极流向源极。当当vGS0时，由于绝缘层的存在，并不会产生栅极电时，由于绝缘层的
13、存在，并不会产生栅极电流流 iG，而是在沟道中感应出更多的负电荷，使沟道变，而是在沟道中感应出更多的负电荷，使沟道变宽。在宽。在vDS作用下，作用下，iD将具有更大的数值将具有更大的数值。如果所加的如果所加的vGS为负，则沟道中感应的电子减少，沟为负，则沟道中感应的电子减少，沟道变窄，从而使漏极电流减小。道变窄，从而使漏极电流减小。当当vGS为负电压到达某值时，以至感应的电子消失，为负电压到达某值时，以至感应的电子消失，耗尽区扩展到整个沟道，沟道完全被夹断。这时即使耗尽区扩展到整个沟道，沟道完全被夹断。这时即使有漏极电压有漏极电压vDS，也不会有漏极电流，也不会有漏极电流iD，此时的栅源电，此
14、时的栅源电压称为压称为夹断电压（截止电压）夹断电压（截止电压）VP。回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出 V-I 特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程 耗尽型耗尽型MOSFET的重要特点之一：可在正或负的栅的重要特点之一：可在正或负的栅源电压下工作，且基本上无栅流。源电压下工作，且基本上无栅流。2468O36912iD/mAvDS/VvGS=0V-2V-4V2V4V可变可变电阻区电阻区饱和区饱和区截止区截止区15vDS=vGS-VP输出特性曲线输出特性曲线2680-6-2iD/mAvGS/V-424VPIDSS4vDS(vGS-VP)时的转移
15、特性时的转移特性 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管管的夹断电压的夹断电压VP为负值；为负值；N沟道增强型沟道增强型MOS管的开启电压管的开启电压VT为正值；为正值；回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出2680-6-2iD/mAvGS/V-424VPIDSS4vDS(vGS-VP)时的转移特性时的转移特性 耗尽型耗尽型MOS管管的电流方程同的电流方程同增强型增强型MOS管的电流方管的电流方程，但需用程，但需用VP取代取代VT。在饱和区内，当在饱和区内，当vGS=0，vDS(vGS-VP)时时(即进入预夹即进入预夹断后断后)，有，有DSS2PnDIVKi ID
16、SS为零栅压的漏极电流，成为零栅压的漏极电流，成为为饱和漏极电流饱和漏极电流。其下标第二。其下标第二个个S表示栅源极间短路的意思。表示栅源极间短路的意思。2PGSDSSD1VvIi回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出3.1.3 P沟道沟道MOSFET P沟道沟道MOSFET的工作原理与的工作原理与N沟道沟道MOSFET完全完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有而已。这如同双极型三极管有NPN型和型和PNP型一样。型一样。SiO2绝缘层绝缘层加电压才形成加电压才形成 P型导
17、电沟道型导电沟道P沟道增强型结构沟道增强型结构gdsB电路符号电路符号电路符号电路符号gdsB予埋了予埋了P型型 导电沟道导电沟道SiO2绝缘层中绝缘层中掺有负离子掺有负离子P沟道耗尽型结构沟道耗尽型结构回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出 P沟道增强型沟道增强型MOS管沟道产生的条件为：管沟道产生的条件为：vGSV。可变电阻区与饱和区的界线为可变电阻区与饱和区的界线为：vDS=vGS-V。为正常工作，为正常工作，PMOS管外加的管外加的vDS必须是负值，开启必须是负值，开启电压电压V也是负值，实际的电流方向为流出漏极。也是负值，实际的电流方向为流出漏极
18、。在在可变电阻区内：可变电阻区内：vGSV，vDSvGS-V，电流的假，电流的假定正向为流入漏极时，则定正向为流入漏极时，则iD为为P沟道增强型沟道增强型MOS管特性曲线管特性曲线2DSDSTGSpD2vvVvKi 在在饱和区内：饱和区内：vGSV，vDSvGS-V，电流，电流iD为为2TGSDOD1VvIi2TpDOVKI回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出3.1.4 沟道长度调制效应沟道长度调制效应 在理想情况下，当在理想情况下，当MOSFET工作于饱和区时，漏极工作于饱和区时，漏极电流电流iD与漏源电压与漏源电压vDS无关。无关。而实际而实际MOS
19、管在饱和区的输出特性曲线还应考虑管在饱和区的输出特性曲线还应考虑vDS对对沟道长度沟道长度L的调制作用，当的调制作用，当vGS固定，固定，vDS增加时，增加时，iD会有所增加。即输出特性的每根曲线会向上倾斜，因会有所增加。即输出特性的每根曲线会向上倾斜，因此，常用此，常用沟道长度调制参数沟道长度调制参数对描述输出特性的公式进对描述输出特性的公式进行修正。例行修正。例N沟道增强型沟道增强型MOS管考虑沟道调制效应后：管考虑沟道调制效应后：DS2TGSnD1vVvKiDS2TGSDO11vVvI对于典型器件：对于典型器件：，L单位为单位为 。1V1.0Lm3.1.5四种四种 MOS 场效应管比较场
20、效应管比较q 电路符号及电流流向电路符号及电流流向SGUDIDSGUDIDUSGDIDSGUDIDNEMOSNDMOSPDMOSPEMOSq 转移特性转移特性IDVGSOVGS(th)IDVGSOVGS(th)IDVGSOVGS(th)IDVGSOVGS(th)第第 3 章场效应管章场效应管q 饱和区饱和区(放大区放大区)外加电压极性及数学模型外加电压极性及数学模型 VDS 极性取决于沟道类型极性取决于沟道类型N 沟道：沟道：VDS 0，P 沟道：沟道：VDS|VGS(th)|，|VDS|VGS VGS(th)|VGS|VGS(th)|，q 饱和区饱和区(放大区放大区)工作条件工作条件|VDS
21、|VGS(th)|，q 非饱和区非饱和区(可变电阻区可变电阻区)数学模型数学模型DSGS(th)GSOXnD)(VVVlWCI 第第 3 章场效应管章场效应管q FET 直流简化电路模型直流简化电路模型(与三极管相对照与三极管相对照)场效应管场效应管 G、S 之间开路之间开路，IG 0。三极管发射结由于正偏而导通，等效为三极管发射结由于正偏而导通，等效为 VBE(on)。FET 输出端等效为输出端等效为压控压控电流源，满足平方律方程：电流源，满足平方律方程：三极管输出端等效为三极管输出端等效为流控流控电流源，满足电流源，满足 IC=IB。2GS(th)GSOXD)(2VVlWCI SGDIDV
22、GSSDGIDIG 0ID(VGS)+-VBE(on)ECBICIBIB+-第第 3 章场效应管章场效应管3.1.6小信号电路模型小信号电路模型q MOS 管简化小信号电路模型管简化小信号电路模型(与三极管对照与三极管对照)gmvgsrdsgdsidvgs-vds+-rds 为为场效应管场效应管输出电阻：输出电阻：由于场效应管由于场效应管 IG 0，所以输入电阻，所以输入电阻 rgs。而三极管发射结正偏，而三极管发射结正偏，故输入电阻故输入电阻 rb e 较小。较小。与三极管与三极管输出电阻表达式输出电阻表达式 rce 1/(ICQ)相似。相似。)/(1DQdsIr rb ercebceibi
23、c+-+vbevcegmvb e第第 3 章场效应管章场效应管（沟道长度调制系数，沟道长度调制系数，=1/|VA|）MOS 管跨导管跨导QGSDmvig 2GS(th)GSOXD)(2 VVlWCI 利利用用DQOXQGSDm22 IlWCvig 得得CQeQEBCm5.38 Irvig 三三极极管管跨跨导导通常通常 MOS 管的跨导比三极管的跨导要小一个数管的跨导比三极管的跨导要小一个数量级以上，即量级以上，即 MOS 管放大能力比三极管弱。管放大能力比三极管弱。第第 3 章场效应管章场效应管q 计及衬底效应的计及衬底效应的 MOS 管简化电路模型管简化电路模型（衬底与源极（衬底与源极不相连
24、）不相连）考虑到衬底电压考虑到衬底电压 vus 对漏极电流对漏极电流 id 的控制作用，小信的控制作用，小信号等效电路中需增加一个压控电流源号等效电路中需增加一个压控电流源 gmuvus。gmvgsrdsgdsidvgs-vds+-gmuvusgmu 称背栅跨导，称背栅跨导，工程上工程上mQusDmugvig 为常数，为常数，一般一般 =0.1 0.2。第第 3 章场效应管章场效应管q MOS 管高频小信号电路模型管高频小信号电路模型当高频应用、需考虑管子极间电容影响时，应采用当高频应用、需考虑管子极间电容影响时，应采用如下高频等效电路模型。如下高频等效电路模型。gmvgsrdsgdsidvg
25、s-vds+-CdsCgdCgs栅源极间栅源极间平板电容平板电容漏源极间电容漏源极间电容(漏衬与源漏衬与源衬之间的势垒电容衬之间的势垒电容)栅漏极间栅漏极间平板电容平板电容第第 3 章场效应管章场效应管回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出3.2.1 MOSFET放大电路放大电路 直流偏置及静态工作点的计算直流偏置及静态工作点的计算FET是电压控制器件，它需要有合适的栅源电压。是电压控制器件，它需要有合适的栅源电压。简单的共源极放大电路简单的共源极放大电路dRg1RDDVg2RgdsDiB直流通路直流通路+dRg1RDDViv+ovb1Cb2Cg2Rgds
26、DiBNMOS共源极放大电路共源极放大电路回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出DDg2g1g2GSVRRRV 假设场效应管的开启电压为假设场效应管的开启电压为VT，NMOS管工作于饱管工作于饱和区，则漏极电流为和区，则漏极电流为2TGSnDVVKI栅源电压为栅源电压为dDDDDSRIVV漏源电压为漏源电压为 若若VDS(VGS-VT），则管子工作在饱，则管子工作在饱和区，假设正确；和区，假设正确；若若VDSVT，为使场效应管工作，为使场效应管工作在饱和区，在饱和区，VDD足够大。足够大。Rd的的作用是将漏极电流作用是将漏极电流iD的变化转的变化转换成电压
27、换成电压vDS的变化，从而实的变化，从而实现电压放大。现电压放大。回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出 小信号模型分析小信号模型分析 如果输入信号很小，场效应管工作在饱和区时，可如果输入信号很小，场效应管工作在饱和区时，可以将场效应管看成一个双口网络，栅极与源极看成入以将场效应管看成一个双口网络，栅极与源极看成入口，漏极与源极看成出口。口，漏极与源极看成出口。以以N沟道增强型沟道增强型MOS管为例，栅极电流为零，栅源管为例，栅极电流为零，栅源之间只有电压之间只有电压vGS 存在。设在饱和区内，可近似看成存在。设在饱和区内，可近似看成iD不随不随vDS变化
28、，则工作在饱和区的漏极电流为：变化，则工作在饱和区的漏极电流为：2gsngsTGSQn2TGSQn2TgsGSQn2TGSnD2 vKvVVKVVKVvVKVvKi直流电流直流电流IDQ漏极信号电流漏极信号电流id回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出2gsngsTGSQn2TGSQnD2vKvVVKVVKi漏极信号电流漏极信号电流id 在工作点在工作点Q处有处有vGS=VGSQ，同时，同时TGSnm2VvKggsmgsTGSQnd2vgvVVKi2gsnvK 第三项第三项 ，当，当 为正弦时，平方项将使输出为正弦时，平方项将使输出电压产生谐波或非线性失真
29、。电压产生谐波或非线性失真。gsivv 因此要求第三项远小于第二项，因此要求第三项远小于第二项，即即TGSQgs2VVv上式就是线性放大器必须满足的小信号条件。上式就是线性放大器必须满足的小信号条件。回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出2gsngsTGSQn2TGSQnD2vKvVVKVVKi若忽略若忽略 ，则，则2gsvdDQgsmDQgsTGSQn2TGSQnD2iIvgIvVVKVVKi 考虑到考虑到NMOS管的管的iG=0，栅源间的电阻很大，可看，栅源间的电阻很大，可看成开路，而成开路，而id=gmvgs，因此共源极，因此共源极NMOS管的低频小
30、信管的低频小信号模型如图。号模型如图。dsv+-digsv+-gdsgsmvg=0，rds=DSv+-DiGSv+-gdsN沟道增强型沟道增强型MOS管管dsv+-digsv+-gdsgsmvgdsr0，rds为有限值为有限值回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出例例3.2.43.2.4 如图，设如图，设 场场效应管的参数为效应管的参数为 当当MOS管工作于饱和区，试确定电路的小信号电压管工作于饱和区，试确定电路的小信号电压增益。增益。,V1TV,0.02V ,V0.8mA 12nK,k9.3,V2,V5dGSDDRVV+dRDDVivovgdsDiBGG
31、V+解：解：mA8.0mA128.022TGSnDQVVKI求静态值求静态值V88.19.38.05dDQDDDSQRIVVV112 TGSDSVVV所以所以MOS管工作在饱和区。管工作在饱和区。回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出求求FET的互导和输出电阻的互导和输出电阻1.6mSmS128.022TGSnmVvKgk5.621D12TGSndsiVvKr+dRDDVivovgdsDiBGGV+ddsgsmo/Rrvgv求电压增益求电压增益87.5/ddsmioRrgvvAvov+-diiv+-gdsgsmvgdsrdR 由于场效应管的由于场效应管的g
32、m较低，因此较低，因此其电压增益也较低。共源极电路其电压增益也较低。共源极电路属倒相电压放大电路。属倒相电压放大电路。回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出解：解：例例3.2.53.2.5 如图所示，如图所示，MOS管的参数为管的参数为 电路参数为电路参数为 试确定电路试确定电路的电压增益、源电压增益、输入电阻和输出电阻。的电压增益、源电压增益、输入电阻和输出电阻。,V1TV,VA500 2nK,k10 V,5 V,5dSSDDRVV,0,k4,k47,k150,k5.0sg2g1RRRR+dRg1RDDViv+ovb1Cb2Cg2RgdsDiBSSVRs
33、vsR+-SSDQSSSSDDg2g1g2SGGSQVRIVVVRRRVVVRRIVVVdDQSSDDDSQ2TGSQnDQVVKI解得解得V75.4mA5.0V2DSQDQGSQVIV回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出1mSmS125.022TGSQnmVvKg小信号互导小信号互导12TGSQndsVvKr场效应管输出电阻场效应管输出电阻ov+-digsv+-gdsgsmvgdR小信号等效电路小信号等效电路Rg1RsR+-g2Riv+sv-iRoR67.65.011101gsmgsdgsmioRvgvRvgvvAv+dRg1RDDViv+ovb1Cb
34、2Cg2RgdsDiBSSVRsvsR+-回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出ov+-digsv+-gdsgsmvgdR小信号等效电路小信号等效电路Rg1RsR+-g2Riv+sv-iRoRk79.35/g2g1iRRR输入电阻输入电阻k10doRR输出电阻输出电阻isisiiososRRRAvvvvvvAvv999.579.35479.3567.6svA回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出3.3.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理 1.结构结构 在在N型半导体材料两边扩散型半导体材料两边扩散高浓度的高浓
35、度的P型区，形成两个型区，形成两个PN结，两边结，两边P型区引出的电极相型区引出的电极相连为栅极连为栅极g，N型硅两端各引型硅两端各引出一个电极，分别为源极出一个电极，分别为源极s和和漏极漏极d。两个两个PN结中间的结中间的N型区域为型区域为导电沟道导电沟道。N沟道沟道JFET的栅极电流方向是由的栅极电流方向是由P指向指向N。动画N沟道JFET结构回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出 2.工作原理工作原理 vGS对导电沟道及对导电沟道及iD的控制作用的控制作用 N沟道沟道JFET工作时，在栅极与源极间需加一负电压工作时，在栅极与源极间需加一负电压(vGS
36、0)，使，使N沟道中的多数沟道中的多数 假设假设vDS=0，当，当vGS由零往负向增由零往负向增大时，在反偏电压大时，在反偏电压vGS作用下，两作用下，两个个PN结的耗尽层将加宽，使导电结的耗尽层将加宽，使导电沟道变窄，沟道电阻增大。沟道变窄，沟道电阻增大。gdsNP+P+耗尽层耗尽层vGS=0载流子载流子(电子电子)在电场作用下由源极向在电场作用下由源极向漏极运动，形成受漏极运动，形成受vGS控制的控制的电流电流iD。回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出gdsNP+P+耗耗尽尽层层VPvGS0+-vGSgdsNP+P+耗耗尽尽层层vGSVP+-vGS耗
37、耗尽尽层层 当当 进一步增大到某一定值进一步增大到某一定值 时，两侧耗尽层在中间合拢，时，两侧耗尽层在中间合拢，沟道全部被夹断，此时漏源极间沟道全部被夹断，此时漏源极间的电阻将趋于无穷大，相应的栅的电阻将趋于无穷大，相应的栅源电压称为源电压称为夹断电压夹断电压VP。GSvPV 改变改变vGS的大小可有效控制沟道的大小可有效控制沟道电阻的大小。若在漏源极间加上电阻的大小。若在漏源极间加上固定的正向电压固定的正向电压vDS，则由漏极流，则由漏极流向源极的电流向源极的电流iD将受将受vGS控制，控制，增大时，沟道电阻增大，增大时，沟道电阻增大，iD减小。减小。GSv回主页回主页 总目录总目录 章目录
38、章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出 vDS对对iD的影响的影响 假设假设vGS=0，当，当vDS=0时，时，iD=0。gdsNP+P+耗尽层耗尽层vGS=0 随着随着vDS的接入并逐渐增加，一方面沟道电场强度加的接入并逐渐增加，一方面沟道电场强度加大，有利于漏极电流大，有利于漏极电流iD增加；增加；N沟道的电位从源端到漏端是逐沟道的电位从源端到漏端是逐渐升高的，所以在从源端到漏端的渐升高的，所以在从源端到漏端的不同位置上，栅极与沟道之间的电不同位置上，栅极与沟道之间的电位差不等，离位差不等，离源极越远，电位差越源极越远，电位差越大，加到该处大，加到该处PN结的反向电压也结的反向电压也越
39、大，耗尽层越向越大，耗尽层越向N型硅中心扩展。型硅中心扩展。另一方面，在由源极经沟道到漏极组成的另一方面，在由源极经沟道到漏极组成的N型半导体型半导体区域中，产生了一个沿沟道的电位梯度。区域中，产生了一个沿沟道的电位梯度。回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出gdsNP+P+耗尽层耗尽层vGS=0，vDS|VP|时的情况时的情况+-vDSVDDiD饱和饱和A回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出 由于夹断处场强也增高，仍能将电子拉过夹断区由于夹断处场强也增高，仍能将电子拉过夹断区(即即耗尽层耗尽层)，形成漏极电流，形成
40、漏极电流iD。在从源极到夹断处的沟道。在从源极到夹断处的沟道上，沟道内电场基本上不随上，沟道内电场基本上不随vDS改变而变化。因此，改变而变化。因此，iD基本上不随基本上不随vDS增加而上升，漏极电流趋于饱和。增加而上升，漏极电流趋于饱和。iD/mAvDS/VIDSS|VP|0vGS=0预夹断预夹断iD/mAvDS/V0vGD=vGS-vDS=VP预夹断点预夹断点0.20.60.80.448121620-0.8-0.4vGS=0预夹断轨迹预夹断轨迹 若栅源极间接一可调负电源，则改变栅源电压若栅源极间接一可调负电源，则改变栅源电压vGS，可得一族曲线。可得一族曲线。回主页回主页 总目录总目录 章
41、目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出 JFET栅极、沟道之间的栅极、沟道之间的PN结是反向偏置的，因结是反向偏置的，因此，其此，其iG0，输入电阻的阻值很高。，输入电阻的阻值很高。JFET是电压控制电流器件，是电压控制电流器件，iD受受vGS控制。控制。预夹断前，预夹断前，iD与与vDS呈近似线性关系；预夹断后，呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。趋于饱和。P沟道沟道JFET工作时的电源极性与工作时的电源极性与N沟道沟道JFET相反。相反。结论结论动画vGS 和vDS对沟道的控制作用动画N沟道JFET的输出特性动画N沟道JFET的转移特性回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录
42、上一页上一页 下一页下一页退出退出3.3.2 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数 1.输出特性输出特性iD/mAvDS/V0vGD=vGS-vDS=VP预夹断点预夹断点0.20.60.80.448121620-0.8-0.4vGS=0预夹断轨迹预夹断轨迹截止区截止区(夹断区夹断区)可变电阻区可变电阻区(线性区线性区)饱和区饱和区(放大区放大区)截止区截止区(夹断区夹断区)可变电阻区可变电阻区(线性区线性区)饱和区饱和区(放大区放大区)vGSVP，iD=0。VP vGS0，vDSvGS-VP。2DSDSPGSnD2vvVvKiVPvGS-VP。回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一
43、页上一页 下一页下一页退出退出 2.转移特性转移特性2PGSDSS2PGSnD1VvIVvKi2PDSSnVIK DS2PGSDSSD11vVvIi0 0.10.40-2-1iD/mAvGS/V-1.5-0.50.20.30.5vDS=20V10V5V2V1V 当当vDS大于某一数值后大于某一数值后(例如例如5V)，不同不同vDS的转移特性曲线是很接近的，的转移特性曲线是很接近的，此时可认为转移特性重合为一曲线。此时可认为转移特性重合为一曲线。3.主要参数主要参数回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出3.3.3 JFET放大电路的小信号模型分析法放大电路的
44、小信号模型分析法 1.JFET的小信号模型的小信号模型dsv+-digsv+-gdsgsmvgdsr低频模型低频模型DSv+-DiGSv+-gdsFET共源极接法时的共源极接法时的双口网络双口网络 当当FET用在高频或脉冲电路时，极间电容的影响不用在高频或脉冲电路时，极间电容的影响不能忽略，此时能忽略，此时FET需用高频模型表示。需用高频模型表示。回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出 2.应用小信号模型法分析应用小信号模型法分析JFET放大电路放大电路 电压增益电压增益dRg1RDDViv+ovb1Cb2Cg2RgdsTRg3R+-+-ov+digsv+
45、-gdsgsmvgdR小信号等效电路小信号等效电路Rg1R+-g2Riv-g3Rdsr 通常通常rds远大于负载电阻，故此时可认为远大于负载电阻，故此时可认为rds开路。开路。RgRgRvgvRvgvvAvmdmgsmgsdgsmio1回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出ov+digsv+-gdsgsmvgdR小信号等效电路小信号等效电路Rg1R+-g2Riv-g3Rdsr 输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻g2g1g3i/RRRRdoRR 例例5.3.15.3.1 如图，设如图，设 JFETJFET的的 且且 试确定试确定Q Q点。点。,mA 5.0
46、V,1DSSPIV,0,M10,k47,M2g3g2g1RRR V,18,k30,k2DDdVRR解：解：DDDDg2g1g2SGGS24720001847IRIVRRRVVV回主页回主页 总目录总目录 章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页退出退出V78.0122.0V1.8PGSQDSQVVV解得解得设设JFET工作在饱和区工作在饱和区2GS2PGSDSSD115.01vVvIIDGS24720001847IVmA64.095.0DI由于由于ID不应大于不应大于IDSS(=0.5mA)，因此因此ID=0.31mAV1.8,V22.0dDQDDDSQGSQRRIVVV因此因此JFET的确的确工作在饱和区，假设正确。工作在饱和区，假设正确。
