第五章 场效应管放大电路 2010年4月23日
1 第五章 场效应管放大电路 2010年4月23日
场效应管 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。 特点是耗电省、寿命长，输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、 抗辐射能力强、制造工艺简单。它的应用范围广，特别是在大 规模和超大规模集成电路中得到了广泛的应用。 根据结构的不同，场效应管可分为三大类： 1. 结型场效应管(JFET) 2. 金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET) 3. 砷化镓金属-半导体场效应管 2
2 场效应管 v 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。 v 特点是耗电省、寿命长，输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、 抗辐射能力强、制造工艺简单。它的应用范围广，特别是在大 规模和超大规模集成电路中得到了广泛的应用。 v 根据结构的不同，场效应管可分为三大类： 1. 结型场效应管(JFET) 2. 金属氧化物半导体场效应管(MOSFET) 3. 砷化镓金属半导体场效应管
§5-1结型场效应管JFET JFET利用半导体内的电场效 应进行工作，称为体内场效 应器件。 在一块N型半导体材料两边扩 散高浓度的P型区，形成两个 PN结。两边P型区引出两个欧 姆接触电极连在一起称为栅 (b) 极g,在N型本体材料的两端 Od 源极 册极 极 各引出一个电极，分别称为 氧化层 金属铝、 源极s和漏极d。 两个PN结中间的N型区域称 为导电沟道。 N型导电沟道 耗尽层 P型衬底 (c)
3 §5-1结型场效应管JFET v JFET利用半导体内的电场效 应进行工作，称为体内场效 应器件。 v 在一块N型半导体材料两边扩 散高浓度的P型区，形成两个 PN结。两边P型区引出两个欧 姆接触电极连在一起称为栅 极g，在N型本体材料的两端 各引出一个电极，分别称为 源极s和漏极d。 v 两个PN结中间的N型区域称 为导电沟道
N型沟道JFET工作原理 代表符号如右图，箭头的方向表示栅结正向 偏置时，栅极电流的方向是由P指向N,故从 符号上就可识别d、s之间是N沟道。 冬N沟道JFET工作时，在栅极与源极间需加负 电压(vGs<O),使栅极、沟道间的PN结反 偏，栅极电流ic0,场效应管呈现高达102 以上的输入电阻。 在漏极与源极间加正电压(vDs>O),使N沟道 中的多数载流子（电子）在电场作用下由源极 向漏极运动，形成电流ip。ip的大小受vGs控 制
4 N型沟道JFET工作原理 v 代表符号如右图，箭头的方向表示栅结正向 偏置时，栅极电流的方向是由P指向N，故从 符号上就可识别d、s之间是N沟道。 v N沟道JFET工作时，在栅极与源极间需加负 电压(v GS＜0)，使栅极、沟道间的PN结反 偏，栅极电流i Gª0，场效应管呈现高达10 7W 以上的输入电阻。 v 在漏极与源极间加正电压(v DS＞0)，使N沟道 中的多数载流子(电子)在电场作用下由源极 向漏极运动，形成电流i D。i D的大小受v GS控 制
VGs对iD的控制作用 当vGs由零向负值增大时，在反偏电压VGs作用下，两个PN结的耗 尽层将加宽，使导电沟道变窄，沟道电阻增大。当vGs增大到某 一 定值V,两侧耗尽层将在中间合拢，沟道全部被夹断，此时 漏源极间的电阻将趋于无穷大，相应的栅源电压称为夹断电压 Vpo 改变vcs的大小，可以有效地控 制沟道电阻的大小。若在漏源 极间加上固定的正向电压'Ds, 则由漏极流向源极的电流D将 受vcs的控制。 5
5 v GS 对i D的控制作用 v 当v GS由零向负值增大时，在反偏电压v GS作用下，两个PN结的耗 尽层将加宽，使导电沟道变窄，沟道电阻增大。当v GS增大到某 一定值|VF |，两侧耗尽层将在中间合拢，沟道全部被夹断，此时 漏源极间的电阻将趋于无穷大，相应的栅源电压称为夹断电压 V P。 v 改变v GS的大小，可以有效地控 制沟道电阻的大小。若在漏源 极间加上固定的正向电压v DS ， 则由漏极流向源极的电流i D将 受v GS的控制