模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第講 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第講結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管第1頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月場(chǎng)效應(yīng)管是通過改變外加電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度來控制其導(dǎo)電能力的半導(dǎo)體器件。它不僅具有雙極型三極管的體積小、重量輕、耗電少、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，而且還具有輸入電阻高、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、噪聲低、制造工藝簡(jiǎn)單、便于集成等特點(diǎn)。因而，在大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)結(jié)構(gòu)和工作原理不同,場(chǎng)效應(yīng)管可分為兩大類:結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(JFET)和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(IGFET).主要內(nèi)容:(1)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及工作原理

(2)金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及工作原理

(3)場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)性能分析學(xué)習(xí)指導(dǎo)第2頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月學(xué)習(xí)目標(biāo)：

1.

正確理解各種場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理2.熟練掌握各種場(chǎng)效應(yīng)管的外特性及主要參數(shù)3.熟練掌握共源、共漏放大電路的工作原理及直流偏置4.會(huì)用場(chǎng)效應(yīng)管小信號(hào)模型分析法求解共源、共漏放大電路的電壓增益、輸入電阻和輸出電阻第3頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月學(xué)習(xí)方法：

學(xué)習(xí)本章內(nèi)容時(shí)，應(yīng)特別注意使用比較和歸納的方法：

1.與三極管及其放大電路進(jìn)行比較（兩種管子的結(jié)構(gòu)、工作原理、外特性、主要參數(shù)、小信號(hào)模型等的比較；兩種器件組成的放大電路的直流偏置電路及靜態(tài)、動(dòng)態(tài)分析方法的比較；共射與共源、共集與共漏等放大電路性能的比較）。

2.不同類型（結(jié)型與絕緣柵型）、不同溝道的各種場(chǎng)效應(yīng)管之間的比較與歸納（工作原理、電壓極性、主要參數(shù)的比較等）。

第4頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月概述場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的區(qū)別1.晶體管是電流控制元件；場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制元件。2.晶體管參與導(dǎo)電的是電子—空穴，因此稱其為雙極型器件；場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制元件，參與導(dǎo)電的只有一種載流子，因此稱其為單極型器件。3.晶體管的輸入電阻較低，一般102~104

；場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻高，可達(dá)109~1014

場(chǎng)效應(yīng)管的分類結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFETMOS型場(chǎng)效應(yīng)管JFET第5頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月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)場(chǎng)效應(yīng)管的分類第6頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線及參數(shù)第7頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月1、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET)結(jié)構(gòu)P+P+NGSD導(dǎo)電溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管動(dòng)畫一

源極，用S或s表示N型導(dǎo)電溝道漏極，用D或d表示

P型區(qū)P型區(qū)柵極，用G或g表示柵極，用G或g表示符號(hào)符號(hào)第8頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管①VGS對(duì)溝道的控制作用當(dāng)VGS＜0時(shí)

當(dāng)溝道夾斷時(shí),ID減小至0，此時(shí)對(duì)應(yīng)的柵源電壓VGS稱為夾斷電壓VP(或VGS(off))。對(duì)于N溝道的JFET，VP<0。PN結(jié)反偏耗盡層加厚溝道變窄

VGS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄，ID繼續(xù)變小DP+P+NGSVDSIDVGS當(dāng)VGS=0時(shí)，溝道最寬，溝道電阻最小，在VDS的作用下N溝道內(nèi)的電子定向運(yùn)動(dòng)形成漏極電流ID,此時(shí)最大。

溝道電阻變大

ID變小2、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET)的工作原理

根據(jù)其結(jié)構(gòu)，它只能工作在反偏條件下，N溝道管加負(fù)柵源電壓，P溝道管加正柵源電壓，否則將會(huì)出現(xiàn)柵流。動(dòng)畫二第9頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管②VDS對(duì)溝道的控制作用當(dāng)VGS=0時(shí)，VDS

ID

G、D間PN結(jié)的反向電壓增加，使靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道變窄，從上至下呈楔形分布。

當(dāng)VDS增加到使VGD=VP時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。此時(shí)VDS

夾斷區(qū)延長

溝道電阻

ID基本不變

2、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET)的工作原理DP+P+NGSVDSIDVGS第10頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管③VGS和VDS同時(shí)作用時(shí)當(dāng)VP<VGS<0時(shí)，導(dǎo)電溝道更容易夾斷，對(duì)于同樣的VDS，

ID的值比VGS=0時(shí)的值要小。在預(yù)夾斷處VGD=VGS-VDS=VP2、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET)的工作原理DP+P+NGSVDSIDVGS第11頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月綜上分析可知溝道中只有一種類型的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，

所以場(chǎng)效應(yīng)管也稱為單極型三極管。JFET是電壓控制電流器件，iD受vGS控制預(yù)夾斷前iD與vDS呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，iD趨于飽和。4.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管#

為什么JFET的輸入電阻比BJT高得多？

JFET柵極與溝道間的PN結(jié)是反向偏置的，因

此iG

0，輸入電阻很高。

JFET是利用PN結(jié)反向電壓對(duì)耗盡層厚度的控制，來改變導(dǎo)電溝道的寬窄，從而控制漏極電流的大小。第12頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管#

JFET有正常放大作用時(shí)，溝道處于什么狀態(tài)？(2)轉(zhuǎn)移特性VP(1)輸出特性3、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET)的特性曲線及參數(shù)動(dòng)畫三動(dòng)畫四第13頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月①夾斷電壓VP(或VGS(off))：②飽和漏極電流IDSS：③低頻跨導(dǎo)gm：或4.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(3)主要參數(shù)漏極電流約為零時(shí)的VGS值。VGS=0時(shí)對(duì)應(yīng)的漏極電流。低頻跨導(dǎo)反映了vGS對(duì)iD的控制作用。gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求得，單位是mS(毫西門子)。④輸出電阻rd：第14頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(3)主要參數(shù)⑤直流輸入電阻RGS：對(duì)于結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管，反偏時(shí)RGS約大于107Ω。⑧最大漏極功耗P