結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路-課件

第八章：場(chǎng)效應(yīng)管一、場(chǎng)效應(yīng)管概述二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)與原理三、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管放大器四、MOS場(chǎng)效應(yīng)管介紹1ppt課件N溝道P溝道增強(qiáng)型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道（耗盡型）FET場(chǎng)效應(yīng)管JFET結(jié)型MOSFET絕緣柵型(IGFET)1、分類：IGFET（InsulatedGateFieldEffectTransistor）MOS（MetalOxideSemiconductor）vGS=0，iD=0，為增強(qiáng)型管；vGS=0，iD0，為耗盡型管（有初始溝道）。PMOS、NMOS、CMOS、VMOS、最新的πMOS

JFET(JunctionFieldEffectTransistor)一、場(chǎng)效應(yīng)管概述2ppt課件2、符號(hào)：一、場(chǎng)效應(yīng)管概述3ppt課件3、場(chǎng)效應(yīng)三極管的型號(hào)命名方法：現(xiàn)行有兩種命名方法第一種命名方法：與雙極型三極管相同，第三位字母J代表結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，O代表絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反型層是N溝道；C是N型硅P溝道。例如：3DJ6D是結(jié)型N溝道場(chǎng)效應(yīng)三極管，3DO6C是絕緣柵型N溝道場(chǎng)效應(yīng)三極管。

第二種命名方法：CS××#，CS代表場(chǎng)效應(yīng)管，××以數(shù)字代表型號(hào)的序號(hào)，#用字母代表同一型號(hào)中的不同規(guī)格。例如：CS14A、CS45G等一、場(chǎng)效應(yīng)管概述4ppt課件

2、判定柵極

用萬(wàn)用表黑表筆碰觸管子的一個(gè)電極，紅表筆分別碰觸另外兩個(gè)電極。若兩次測(cè)出的阻值都很小，說(shuō)明均是正向電阻，該管屬于N溝道場(chǎng)效應(yīng)管，黑表筆接的也是柵極。

制造工藝決定了場(chǎng)效應(yīng)管的源極和漏極是對(duì)稱的，可以互換使用，并不影響電路的正常工作，所以不必加以區(qū)分。源極與漏極間的電阻約為幾千歐。

注意不能用此法判定絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的柵極。因?yàn)檫@種管子的輸入電阻極高，柵源間的極間電容又很小，測(cè)量時(shí)只要有少量的電荷，就可在極間電容上形成很高的電壓，容易將管子損壞。

3、估測(cè)場(chǎng)效應(yīng)管的放大能力

將萬(wàn)用表?yè)艿絉×100檔，紅表筆接源極S，黑表筆接漏極D，相當(dāng)于給場(chǎng)效應(yīng)管加上1.5V的電源電壓。這時(shí)表針指示出的是D-S極間電阻值。然后用手指捏柵極G，將人體的感應(yīng)電壓作為輸入信號(hào)加到柵極上。由于管子的放大作用，UDS和ID都將發(fā)生變化，也相當(dāng)于D-S極間電阻發(fā)生變化，可觀察到表針有較大幅度的擺動(dòng)。如果手捏柵極時(shí)表針擺動(dòng)很小，說(shuō)明管子的放大能力較弱；若表針不動(dòng)，說(shuō)明管子已經(jīng)損壞。

由于人體感應(yīng)的50Hz交流電壓較高，而不同的場(chǎng)效應(yīng)管用電阻檔測(cè)量時(shí)的工作點(diǎn)可能不同，因此用手捏柵極時(shí)表針可能向右擺動(dòng)，也可能向左擺動(dòng)。少數(shù)的管子RDS減小，使表針向右擺動(dòng)，多數(shù)管子的RDS增大，表針向左擺動(dòng)。無(wú)論表針的擺動(dòng)方向如何，只要能有明顯地?cái)[動(dòng)，就說(shuō)明管子具有放大能力。

本方法也適用于測(cè)MOS管。為了保護(hù)MOS場(chǎng)效應(yīng)管，必須用手握住螺釘旋具絕緣柄，用金屬桿去碰柵極，以防止人體感應(yīng)電荷直接加到柵極上，將管子損壞。

MOS管每次測(cè)量完畢，G-S結(jié)電容上會(huì)充有少量電荷，建立起電壓UGS，再接著測(cè)時(shí)表針可能不動(dòng)，此時(shí)將G-S極間短路一下即可。4、場(chǎng)效應(yīng)管的測(cè)試1、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的管腳識(shí)別：

場(chǎng)效應(yīng)管的柵極相當(dāng)于晶體管的基極，源極和漏極分別對(duì)應(yīng)于晶體管的發(fā)射極和集電極。將萬(wàn)用表置于R×1k檔，用兩表筆分別測(cè)量每?jī)蓚€(gè)管腳間的正、反向電阻。當(dāng)某兩個(gè)管腳間的正、反向電阻相等，均為數(shù)KΩ時(shí)，則這兩個(gè)管腳為漏極D和源極S（可互換），余下的一個(gè)管腳即為柵極G。對(duì)于有4個(gè)管腳的結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，另外一極是屏蔽極（使用中接地）。一、場(chǎng)效應(yīng)管概述5ppt課件

MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管在使用時(shí)應(yīng)注意分類，不能隨意互換。MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管由于輸入阻抗高（包括MOS集成電路）極易被靜電擊穿，使用時(shí)應(yīng)注意以下規(guī)則：

（1）MOS器件出廠時(shí)通常裝在黑色的導(dǎo)電泡沫塑料袋中，切勿自行隨便拿個(gè)塑料袋裝。也可用細(xì)銅線把各個(gè)引腳連接在一起，或用錫紙包裝

（2）取出的MOS器件不能在塑料板上滑動(dòng)，應(yīng)用金屬盤來(lái)盛放待用器件。

（3）焊接用的電烙鐵必須良好接地。

（4）在焊接前應(yīng)把電路板的電源線與地線短接，再M(fèi)OS器件焊接完成后在分開(kāi)。

（5）MOS器件各引腳的焊接順序是漏極、源極、柵極。拆機(jī)時(shí)順序相反。

（6）電路板在裝機(jī)之前，要用接地的線夾子去碰一下機(jī)器的各接線端子，再把電路板接上去。

（7）MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極在允許條件下，最好接入保護(hù)二極管。在檢修電路時(shí)應(yīng)注意查證原有的保護(hù)二極管是否損壞。5、MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管使用注意事項(xiàng)一、場(chǎng)效應(yīng)管概述6ppt課件2.結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET)結(jié)構(gòu)1.結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET)分類：輸入電阻約為107。P+P+NGSDN溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)電溝道P溝道：N溝道：二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管7ppt課件現(xiàn)以N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管為例討論外加電場(chǎng)是如何來(lái)控制場(chǎng)效應(yīng)管的電流的。如圖所示，場(chǎng)效應(yīng)管工作時(shí)它的兩個(gè)PN結(jié)始終要加反向電壓。對(duì)于N溝道，各極間的外加電壓變?yōu)閁GS≤0，漏源之間加正向電壓，即UDS＞0。當(dāng)G、S兩極間電壓UGS改變時(shí)，溝道兩側(cè)耗盡層的寬度也隨著改變，由于溝道寬度的變化，導(dǎo)致溝道電阻值的改變，從而實(shí)現(xiàn)了利用電壓UGS控制電流ID的目的。3.場(chǎng)效應(yīng)管工作原理二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管8ppt課件（1）當(dāng)UGS＝０時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管兩側(cè)的PN結(jié)均處于零偏置，形成兩個(gè)耗盡層,如圖（ａ）所示。此時(shí)耗盡層最薄，導(dǎo)電溝道最寬，溝道電阻最小。1）UGS對(duì)導(dǎo)電溝道的影響二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管9ppt課件（2）當(dāng)|UGS|值增大時(shí)，柵源之間反偏電壓增大，PN結(jié)的耗盡層增寬，如圖（b）所示。導(dǎo)致導(dǎo)電溝道變窄，溝道電阻增大。

二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管1）UGS對(duì)導(dǎo)電溝道的影響10ppt課件（3）當(dāng)|UGS|值增大到使兩側(cè)耗盡層相遇時(shí)，導(dǎo)電溝道全部夾斷，如圖（c）所示。溝道電阻趨于無(wú)窮大。對(duì)應(yīng)的柵源電壓UGS稱為場(chǎng)效應(yīng)管的夾斷電壓，用UGS(off)來(lái)表示。二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管1）UGS對(duì)導(dǎo)電溝道的影響11ppt課件

a）導(dǎo)電溝道最寬;（b）導(dǎo)電溝道變窄;（c）導(dǎo)電溝道夾斷二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管1）UGS對(duì)導(dǎo)電溝道的影響12ppt課件（2）當(dāng)UDS增加時(shí)，漏極電流ID從零開(kāi)始增加，ID流過(guò)導(dǎo)電溝道時(shí)，沿著溝道產(chǎn)生電壓降，使溝道各點(diǎn)電位不再相等，溝道不再均勻?？拷礃O端的耗盡層最窄，溝道最寬;靠近漏極端的電位最高，且與柵極電位差最大，因而耗盡層最寬，溝道最窄。由圖可知，UDS的主要作用是形成漏極電流ID。2）UDS對(duì)導(dǎo)電溝道的影響設(shè)柵源電壓UGS=0（1）當(dāng)UDS=0時(shí)，ID=0，溝道均勻，如圖所示。二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管13ppt課件（3）當(dāng)0<UGS<UGS(off)時(shí)，電流ID在零和最大值之間變化。改變柵源電壓UGS的大小，能引起管內(nèi)耗盡層寬度的變化，從而控制了電流ID的大小。場(chǎng)效應(yīng)管和三極管一樣，可看作是受控電流源，但它是一種電壓控制的電流源。3）UDS和UGS共同作用的情況：設(shè)漏源間加有電壓UDS：當(dāng)UGS變化時(shí)，電流ID將隨溝道電阻的變化而變化。（1）當(dāng)UGS=0時(shí)，溝道電阻最小，電流ID最大。（2）當(dāng)|UGS|值增大時(shí)，耗盡層變寬，溝道變窄，溝道電阻變大，電流ID減小，直至溝道被耗盡層夾斷，ID=0。二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管14ppt課件DP+P+NGSUDSIDUGS預(yù)夾斷UGS=UP夾斷狀態(tài)ID=03）UDS和UGS共同作用的情況：二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管15ppt課件轉(zhuǎn)移特性曲線是指在一定漏源電壓UDS作用下，柵極電壓UGS對(duì)漏極電流ID的控制關(guān)系曲線，即：1）轉(zhuǎn)移特性曲線測(cè)試電路：特性曲線：4.結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管16ppt課件從轉(zhuǎn)移特性曲線可知，UGS對(duì)ID的控制作用如下：（1）當(dāng)UGS=0時(shí)，導(dǎo)電溝道最寬、溝道電阻最小。所以當(dāng)UDS為某一定值時(shí)，漏極電流ID最大，稱為飽和漏極電流,用IDSS表示。（2）當(dāng)|UGS|值逐漸增大時(shí)，PN結(jié)上的反向電壓也逐漸增大，耗盡層不斷加寬，溝道電阻逐漸增大，漏極電流ID逐漸減小。（3）當(dāng)UGS=UGS(off)時(shí)，溝道全部夾斷，ID=0。17ppt課件輸出特性曲線是指在一定柵極電壓UGS作用下，ID與UDS之間的關(guān)系曲線，即：2）輸出特性曲線（或漏極特性曲線）可分成以下幾個(gè)工作區(qū)：（1）可變電阻區(qū)（2）恒流區(qū)（線性放大區(qū)）（3）夾斷區(qū)（4）擊穿區(qū)（當(dāng)UDS增加到一定值時(shí)，ID猛然增加，靠近漏極的PN結(jié)擊穿。）詳情如下：4.結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管18ppt課件

（1）可變電阻區(qū)。當(dāng)UGS不變，UDS由零逐漸增加且較小時(shí)，ID隨UDS的增加而線性上升，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)電溝道暢通。漏源之間可視為一個(gè)線性電阻RDS，這個(gè)電阻在UDS較小時(shí)，主要由UGS決定，所以此時(shí)溝道電阻值近似不變。而對(duì)于不同的柵源電壓UGS，則有不同的電阻值RDS，故稱為可變電阻區(qū)。（2）恒流區(qū)（或線性放大區(qū)）。圖3.29中間部分是恒流區(qū)，在此區(qū)域ID不隨UDS的增加而增加，而是隨著UGS的增大而增大，輸出特性曲線近似平行于UDS軸，ID受UGS的控制，表現(xiàn)出19ppt課件場(chǎng)效應(yīng)管電壓控制電流的放大作用，場(chǎng)效應(yīng)管組成的放大電路就工作在這個(gè)區(qū)域。（3）夾斷區(qū)。當(dāng)UGS<UGS(off)時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)電溝道被耗盡層全部夾斷，由于耗盡層電阻極大，因而漏極電流ID幾乎為零。此區(qū)域類似于三極管輸出特性曲線的截止區(qū)，在數(shù)字電路中常用做開(kāi)斷的開(kāi)關(guān)。（4）擊穿區(qū)。當(dāng)UDS增加到一定值時(shí)，漏極電流ID急劇上升，靠近漏極的PN結(jié)被擊穿，管子不能正常工作，甚至很快被燒壞。20ppt課件②轉(zhuǎn)移特性①輸出特性VP夾斷區(qū)4.結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管21ppt課件5.場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管22ppt課件（1）夾斷電壓VP（或VGS(off)

）

VP

是MOS耗盡型和結(jié)型FET的參數(shù)，當(dāng)VGS=VP時(shí),漏極電流為零。

（2）飽和漏極電流IDSS

MOS耗盡型和結(jié)型FET,當(dāng)VGS=0時(shí)所對(duì)應(yīng)的漏極電流。

（3）輸入電阻RGS

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，RGS大于107Ω，MOS場(chǎng)效應(yīng)管,RGS可達(dá)109～1015Ω。（4）

低頻跨導(dǎo)gm

gm反映了柵壓對(duì)漏極電流的控制作用，單位是mS(毫西門子)。（5）最大漏極功耗PDM

PDM=VDSID，與雙極型三極管的PCM相當(dāng)。5.場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管23ppt課件5.場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管24ppt課件BJT和FET對(duì)照：比較內(nèi)容場(chǎng)效應(yīng)管雙極型晶體管備注導(dǎo)電方式一種兩種控制方式電壓控制電流控制電極名稱G\D\SB\C\ED、S有互換性電路組態(tài)CS\CD\CGCE\CC\CB控制因子低頻跨導(dǎo)gm電流放大系數(shù)β導(dǎo)電類型P溝道\N溝道PNP\NPN輸入電阻很高107-15Ω較低，1K左右溫度特性很好較差（少子影響）抗輻射性很好較差25ppt課件1.直流偏置電路：三、場(chǎng)效應(yīng)管放大電路（1）自偏壓電路vGSvGS=-iDR

注意：該電路產(chǎn)生負(fù)的柵源電壓，所以只能用于需要負(fù)柵源電壓的電路。計(jì)算Q點(diǎn)：VGS、ID、VDSvGS=VDS=VDD-ID(Rd+R)已知VP，由-iDR可解出Q點(diǎn)的VGS、ID、VDS

26ppt課件（2）分壓式自偏壓電路VDS=VDD-ID(Rd+R)可解出Q點(diǎn)的VGS、I