电子技术基础模拟部分课件第四章.ppt

4 场效应管放大电路 ;引言： 1.场效应管的特点 (1)它是利用改变外加电压产生的电场强度来控制其导电能力的半导体器件。 (2)它具有双极型三极管的体积小、重量轻、耗电少、寿命长等优点， (3)还具有输入电阻高、热稳定性好、抗辐射能力强、噪声低、制造工艺简单、便于集成等特点。 (4)在大规模及超大规模集成电路中得到了广泛的应用。 ;2.场效应管的分类 根据结构和工作原理的不同，场效应管可分为两大类： (1)结型场效应管(JFET) (2)绝缘栅型场效应管(IGFET)。 3.本章内容 (1)结型场效应管的结构、工作原理、特性曲线和主要参数 (2)绝缘栅型场效应管的结构、工作原理、特性曲线和主要参数 (3)场效应管放大电路。;4.1 结型场效应管 ;;场效应管的与三极管的三个电极的对应关系： 栅极g--基极b 源极s--发射极e 漏极d--集电极c 夹在两个P+N结中间的区域称为导电沟道（简称沟道）。 图1(a)所示的管子的N区是电流的通道，称为N沟道结型场效应管。 ;N沟道结型场效应管的电路符号如图1(b)所示。其中，栅极上的箭头表示栅极电流的方向（由P区指向N区）。由结型场效应管代表符号中栅极上的箭头方向，可以确认沟道的类型。;N沟道JFET的结构剖面图如图所示; 图中衬底和顶部的中间都是P+型半导体，它们连接在一起（图中未画出）作为栅极g。 两个N+区分别作为源极s和漏极d。 三个电极s、g、d分别由不同的铝接触层引出。 ;（2）P沟道结型场效应管 如果在一块P型半导体的两边各扩散一个高杂质浓度的N+区，就可以制成一个P沟道的结型场效应管。P沟道结型场效应管的结构示意图和它在电路中的代表符号如下 ;2.结型场效应管的工作原理 ;;a.栅-源极间加一负电压(vGS＜ 0) 作用：使栅-源极间的P+N结反偏，栅极电流iG≈0，场效应管呈现很高的输入电阻(高达108W左右)。 b.漏-源极间加一正电压(vDS＞0) 作用：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作漂移运动，形成漏极电流iD。; 在上述两个电源的作用下,iD的大小主要受栅-源电压vGS控制，同时也受漏-源电压vDS的影响。 因此，讨论场效应管的工作原理就是： a.讨论栅-??电压vGS对漏极电流iD（或沟道电阻）的控制作用 b.讨论漏-源电压vDS对漏极电流iD的影响。?;(2)vGS对iD的控制作用 图5所示电路说明了vGS对沟道电阻的控制作用。为便于讨论，先假设漏-源极间所加的电压vDS=0。 a. 当vGS=0时，沟道较宽，其电阻较小，如图5(a)所示。 b. 当VP?vGS0，且其大小增加时，在这个反偏电压的作用下，两个P+N结耗尽层将加宽。由于N区掺杂浓度小于P+区，因此，随着|vGS| 的增加，耗尽层将主要向N沟道中扩展，使沟道变窄，沟道电阻增大，如图5(b)所示。;? 图5 VGS对沟道电阻的控制作用 ; C.当VGS?VP时，两侧的耗尽层将在沟道中央合拢，沟道全部被夹断，如图5(c)所示。由于耗尽层中没有载流子，因此这时漏-源极间的电阻将趋于无穷大，即使加上一定的电压vDS，漏极电流iD也将为零。这时的栅-源电压vGS称为夹断电压，用VP表示。如图5(c)所示。 ;? 图5 VGS对沟道电阻的控制作用 ;上述分析表明: (a)改变栅源电压vGS的大小，可以有效控制沟道电阻的大小. (b)若同时在漏源-极间加上固定的正向电压vDS，则漏极电流iD将受vGS的控制，|vGS|增大时，沟道电阻增大，iD减小。 (c)上述效应也可以看作是栅-源极间的偏置电压在沟道两边建立了电场，电场强度的大小控制了沟道的宽度，即控制了沟道电阻的大小，从而控制了漏极电流iD的大小。 ;(3) vDS对iD的影响 设vGS值固定，且VPvGS0。 (a)当漏-源电压vDS从零开始增大时，沟道中有电流iD流过。 在vDS的作用下,导电沟道呈楔形.由于沟道存在一定的电阻，因此，iD沿沟道产生的电压降使沟道内各点的电位不再相等，漏极端电位最高，源极端电位最低。这就使栅极与沟道内各点间的电位差不再相等，其绝对值沿沟道从漏极到源极逐渐减小，在漏极端最大(为 |vGD| )，即加到该处P+N结上的反偏电压最大，这使得沟道两侧的耗尽层从源极到漏极逐渐加宽，沟道宽度不再均匀，而呈楔形，如图6(a)所示。 ;图6 vDS对iD的影响 ; ; (b)在vDS较小时，iD随vDS增加而几乎呈线性地增加 它对iD的影响应从两个角度来分析：一方面vDS增加时，沟道的电场强度增大，iD随着增加；另一方面，随着vDS的增加，沟道的不均匀性增大，即沟道电阻增加，iD应