1、图 1-29 结型场效应管的结构示意图和符号 (a) 结构示意图； (b) N沟道JFET符号； (c) P沟道JFET符号,1.4 场 效 应 管,1.4.1 结型场效应管,1.4.2 绝缘栅型场效应管在结型场效应管中，栅极与源极之间PN结是反向偏置，所以栅源之间的电阻很大。但是PN结反偏时总会有反向电流存在，且反向电流随温度升高而增大，这就限制了输入电阻的进一步提高。 如果在栅极与其它电极之间用一绝缘层隔开，则输入电阻会更高，这种结构的管子称为绝缘栅型场效应管。根据绝缘层所用材料的不同，有多种不同类型的绝缘栅型场效应管，目前采用最广泛的一种是以二氧化硅（SiO2）为绝缘层， 称为金属-氧化
2、物-半导体场效应管，简称MOS管。这种场效应管输入电阻约为1081010，高的可达1015，并且制造工艺简单，便于集成。,1 N沟道增强型MOSFET1) 结构和符号,图 1-35 N沟道增强型MOSFET结构示意图和增强型MOS管符号 (a) 结构示意图； (b) N沟道增强型MOS管符号； (c) P沟道增强型MOS管符号,图 1-36,2） 工作原理,uGD=uGS-uDS,uDS=uGS-UGS(th),N型 导电沟道,导电沟道预夹断,导电沟道开启电压,进入饱和（恒流）状态,外加正向栅压,3） 特性曲线,图 1-37 N沟道增强型MOSFET的特性曲线 (a) 输出特性曲线； (b)
3、转移特性曲线,1-4-22,图 1-38 N沟道耗尽型MOSFET结构示意图和耗尽型MOS管符号 (a) 结构示意图； (b) N沟道耗尽型MOS管符号； (c) P沟道耗尽型MOS管符号,2 N沟道耗尽型MOSFET,若uGS 0，则会吸引更多的自由电子，沟道变宽，沟道电阻变小，iD增大；若uGS 0 ，则沟道变窄， 沟道电阻变大，iD减小；当uGS UGS（off）（夹断电压）时，导电沟道消失，iD=0。可见耗尽型MOSFET的栅源电压uGS可正、可负，改变uGS可以改变沟道宽度，从而控制漏极电流iD。,特性曲线,图 1-39 N沟道结型、耗尽型MOSFET的特性曲线 (a) 输出特性曲线
4、； (b) 转移特性曲线,3 P沟道MOSFET与N沟道MOSFET相对应，P沟道增强型MOSFET的漏-源之间应加负电压，当uGS0，改变uGS可实现对漏极电流iD的控制。 ,各种FET的特性比较,1-4-7,1.4.3 场效应管的主要参数1 直流参数（1）夹断电压UGS(off)：实际测试时，uDS为某一固定值，使iD等于一个微小电流（如5A）时的栅源电压uGS。它是JFET和耗尽型MOSFET的参数。 （2）开启电压UGS(th)：uDS为某一固定值，使iD大于零所需的最小|uGS|。一般场效应管手册给出的是在iD为规定的微小电流（如5）时的uGS。 它是增强型MOSFET的参数。 ,（
5、3）饱和漏极电流IDSS：uGS=0, uGD大于夹断电压|UGS(off)|时所对应的漏极电流。 （4）直流输入电阻RGS(DC)：栅源电压与栅极电流的比值。由于场效应管的栅极几乎不取电流，因此其输入电阻很大。一般JFET的RGS(DC)大于107，而MOSFET的RGS(DC)大于109 。,2 交流参数（1） 低频跨导gm：在管子工作于恒流区且uDS为常数时，iD的微变量iD和引起它变化的微变量uGS之比，即,（1-33）,它反映了栅源电压对漏极电流的控制能力，gm愈大, 表示uGS对iD的控制能力愈强。gm的单位是S（西门子）或mS。 通常情况下它在十分之几至几mS的范围内。,（2）极
6、间电容：场效应管的三个电极间存在着极间电容。 通常栅-源间极间电容Cgs和栅-漏间极间电容Cgd约为 13 pF，而漏-源间极间电容Cds约为 0.11 pF。 它们是影响高频性能的微变参数，应越小越好。,3 极限参数（1）最大耗散功率PDM：uDS和iD的乘积，即PDM=uDSiD。PDM受管子最高温度的限制，当PDM确定后，便可在管子的输出特性曲线上画出临界最大功耗线。 （2）漏源击穿电压U(BR)DS：管子进入恒流区后，使iD急剧上升的uDS值，超过此值，管子会烧坏。 （3）栅源击穿电压U(BR)GS：对于JFET，使栅极与沟道间PN结反向击穿的uGS值；对于MOSFET，使栅极与沟道之
7、间的绝缘层击穿的uGS值，约为20V左右。,一. 直流偏置电路：保证管子工作在饱和区，输出信号不失真,2.7 场效应管放大电路,（1）自偏压电路,vGS,vGS =- iDR,注意：该电路产生负的栅源电压，所以只能用于需要负栅源电压的电路。,计算Q点：VGS 、 ID 、VDS,vGS =,VDS =VDD- ID (Rd + R ),已知VGS(off) 和IDSS ，由,- iDR,可解出Q点的VGS 、 ID 、 VDS,（2）分压式自偏压电路,VDS =VDD-ID(Rd+R),可解出Q点的VGS 、 ID 、 VDS,计算Q点：,该电路产生的栅源电压可正可负，所以适用于所有的场效应管
8、电路。,已知VGS(off) 和IDSS ，由,二. 场效应管的交流小信号模型,与双极型晶体管一样，场效应管也是一种非线性器件，而在交流小信号情况下，也可以由它的线性等效电路交流小信号模型来代替。,其中：rgs是输入电阻，理论值为无穷大。gmvgs是压控电流源，它体现了输入电压对输出电流的控制作用。称为低频跨导。rd为输出电阻，类似于双极型晶体管的rce。,三. 放大电路,1.共源放大电路,分析： （1）画出共源放大电路的交流小信号等效电路。,（2）求电压放大倍数,（3）求输入电阻,（4）求输出电阻,忽略rd 、rgs,由输入输出回路得,则,则,由于rgs=,（2）电压放大倍数,（3）输入电阻
9、,得,分析：,（1）画交流小信号等效电路。,由,2.共漏放大电路,（4）输出电阻,所以,由图有,二. 多级放大器的分析, 前级的输出阻抗是后级的信号源阻抗, 后级的输入阻抗是前级的负载,1. 两级之间的相互影响,2. 电压放大倍数,注意：在算前级放大倍数时，要把后级的输入阻抗作为前级的负载。,3-4-10,3. 输入电阻,4. 输出电阻,Ri=Ri（最前级） (一般情况下）,Ro=Ro（最后级） (一般情况下）,作业： 一、电路如图所示，N沟道JFET的 UGS（off）= - 2V、IDSS = 5mA，S 1 处于开路状态。试求：1）说明 C 1 ，C 2 ，C 3 ，C 4 的作用。2）说明 R3 和 R 5 的作用。3）计算电路的 Ri、Ro 和 AU 。4）将 JFET换成NPN型BJT（ = 100），并将S 1 闭合，再计算电路的 Ri、Ro 和 AU 。5）比较JFET放大器和BJT放大器的优缺点。,
