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教學(xué)內(nèi)容:本章首先介紹了各類場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、工作原理、特性曲線及參數(shù),然后介紹場效應(yīng)管放大電路和各種放大器件電路性能的比較。第四章場效應(yīng)管放大電路
教學(xué)要求:本章需要重點掌握場效應(yīng)管的模型與特性,場效應(yīng)管基本法大電路靜態(tài)工作點的確定和輸入電阻、輸出電阻、電壓放大倍數(shù)得計算。
場效應(yīng)管是一種利用電場效應(yīng)來控制其電流大小的半導(dǎo)體器件。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同,場效應(yīng)管可分為兩大類:結(jié)型場效應(yīng)管(JFET)和金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET)。每一類又有N溝道和P溝道兩種類型。MOSFET簡稱MOS管,每一類又可分成增強型和耗盡型。4.1.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理1.結(jié)構(gòu)JFET的結(jié)構(gòu)如圖所示,在一塊N型半導(dǎo)體材料兩邊擴散高濃度的P型區(qū),形成兩個PN結(jié)。其電極分別為柵極g,源極s,漏極d。
2.工作原理N溝道JFET工作時,在柵極與源極間需加一負電壓(VGS<0),使柵極、溝道間的PN結(jié)反偏,柵極電流iG≈0,場效應(yīng)管呈現(xiàn)高達107以上的輸入電阻。在漏極與源極間加一正電壓(VDS>0)使N溝道中的多數(shù)載流子(電子)在電場作用下由源極向漏極運動,形成電流iD。
(1)VGS對iD的控制作用改變VGS的大小,可以有效的控制溝道電阻的大小。若在漏源極間加上固定的正向電壓VDS,則由漏極流向源極的電流iD將受VGS的控制,|VGS|增大時,溝道電阻增大,iD將減小。
之間的電位差是不相等的,離源極愈遠,電位差越大,加到該處PN結(jié)的反向電壓也越大,耗盡層越向N型半導(dǎo)體中心擴展,使靠近漏極處的導(dǎo)電溝道比靠近源極要窄,導(dǎo)電溝道呈楔形,所以增加VDS,又產(chǎn)生了阻礙漏極電流iD提高的因素。但在VDS較小時,這個因素是次要的,故iD隨VDS升高幾乎成正比的增大。
當(dāng)VDS繼續(xù)增加,使漏柵間的電位差加大時,靠近漏斷電位差最大,耗盡層也最寬。當(dāng)耗盡層在A點相遇時,稱為預(yù)夾斷,此時,A點耗盡層兩邊的電位差用夾斷電壓VP來描述。具體變化如圖所示。而:VP=VGD=VGS-VDSVGS=0,VDS=0時VGS=0,VDS<|VP|時VGS=0,VDS=|VP|時VGS=0,VDS>|VP|時
4.1.2JEFT的特性曲線及參數(shù)1.輸出特性(見例題)iD=f(VDS)|vGS=常數(shù)
如圖中,管子的工作情況可分為三個區(qū)域:可變電阻區(qū)、飽和區(qū)(恒流區(qū))、擊穿區(qū)。此外,當(dāng)VGS<VP,iD=0時稱為截止區(qū)(圖中未畫出)。VDS/VIDSSiD/
mAVGS=0預(yù)夾斷0|Vp|V(BR)DSVDS/ViD/
mA0.20.40.60.804812162010預(yù)夾斷點預(yù)夾斷軌跡vGD=vGS-vDS=VpvGS=0v-0.4-0.8ABⅡ區(qū)Ⅰ區(qū)Ⅲ區(qū)N溝道JEFT的輸出特性(a)VGS=0時(b)柵源電壓VGS改變時
2.轉(zhuǎn)移特性iD=f(VGS)|vDS=常數(shù)實驗表明,在飽和區(qū)內(nèi),iD隨VGS的增加(負數(shù)減少)近似按平方律上升,因而有:
(當(dāng)VPVGS0時)3.主要參數(shù)(見例題)(1)夾斷電壓VP:令VDS為某一固定值,使iD等于一個微小的電流時,柵源之間所加的電壓。(6)最大耗散功率PDM:PDM=VDSiD(7)低頻互導(dǎo)(跨導(dǎo))gm:在VDS等于常數(shù)時,漏極電流的微變量和引起這個變化的柵源電壓的微變量之比。即:
(8)輸出電阻rd:4.2金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管
MOSFET是利用半導(dǎo)體表面的電場效應(yīng)進行工作的,也稱為表面場效應(yīng)器件。MOS管也有N溝道和P溝道兩類,其中每一類又分為增強型和耗盡型。(見例題)增強型:是VGS=0時,沒有導(dǎo)電溝道,iD=0。耗盡型:是VGS=0時,存在導(dǎo)電溝道,iD0。
4.2.1N溝道增強型MOSFET1.結(jié)構(gòu)N溝道增強型MOSFET的結(jié)構(gòu)和符號如圖所示,其三個電極分別為:柵極g、源極s和漏極d。3.特性曲線與JEFT一樣,同樣可分為:可變電阻區(qū)、恒流區(qū)和擊穿區(qū)。在恒流區(qū)內(nèi),N溝道增強型MOSFET的iD可近似的表示為:
(VGS>VT)
式中Do是VGS=2VT時的iD值。
4.參數(shù)與JFET不同的
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