第三章 场效应管及其放大电路 场效应管（FET)是一种利用电场效应来控 制电流的三极管，只有一种极性的载流子参与导 电，故又称为单极型三极管。具有输入电阻高、 噪声低、热稳定性好，抗辐射能力强、制造工艺 简单、易集成、功耗小、成本低等优点。 §1结型场效应管 §2绝缘栅型场效应管 3场效应管的主要参数及特点 §4场效应管放大电路
第三章 场效应管及其放大电路 场效应管（FET）是一种利用电场效应来控 制电流的三极管，只有一种极性的载流子参与导 电，故又称为单极型三极管。具有输入电阻高、 噪声低、热稳定性好，抗辐射能力强、制造工艺 简单、易集成、功耗小、成本低等优点。 §1 结型场效应管 §2 绝缘栅型场效应管 §3 场效应管的主要参数及特点 §4 场效应管放大电路
§1结型场效应管 JFET一 Junction Field Effect Transistor N沟道 载流子为电子 场效应管 结型场效应管 P沟道 载流子为空穴 按结构分类 绝缘栅场效应管 ·结型场效应管的结构 ·结型场效应管的工作原理 结型场效应管的特性曲线
§1 结型场效应管 • 结型场效应管的结构 • 结型场效应管的工作原理 • 结型场效应管的特性曲线 场效应管 按结构分类 结型场效应管 绝缘栅场效应管 P沟道 N沟道 载流子为电子 载流子为空穴 JFET —— Junction Field Effect Transistor
一、 结型场效应管的结构 Do漏极 GO N G 栅极 型沟道 导电沟道是电子型的， 称N沟道结型场效应管。 OS源极 通过改变Wcs的大小来改变PN结中的电场，从而控制 漏极电流)，故称为结型场效应管
一、结型场效应管的结构 D S G N N 型 沟 道 栅极 源极 漏极 P + P + 导电沟道是电子型的， 称 N 沟道结型场效应管。 G S D 通过改变uGS的大小来改变PN结中的电场，从而控制 漏极电流 iD，故称为结型场效应管
二、结型场效应管的工作原理 1、设ups=0,在栅源之间加负电压，即4cs≤0，观察ucs 的变化对io的影响。 =0 N 型沟 当uGs0时，耗尽层比较窄，导 电沟道比较宽。 (a)uGS =0
二、结型场效应管的工作原理 1、设 uDS=0 ，在栅源之间加负电压，即 uGS≤0 ，观察uGS 的变化对 iD 的影响。 iD = 0 G D S N 型 沟 道 P+ P+ (a) uGS = 0 当uGS =0时，耗尽层比较窄，导 电沟道比较宽
二、结型场效应管的工作原理 1、设s-=0,在栅源之间加负电压，即ucs≤0，观察ucs 的变化对in的影响。 =0 当ucs<0时，栅源之间加反向 偏置电压，耗尽层宽度增大，导电 沟道相应变窄。 问题：为何要在栅源之间加负向电 压来控制导电沟道的宽度？ (b)UGS(om<UGs<0
二、结型场效应管的工作原理 iD = 0 G D S P+ P + N 型 沟 道 (b) UGS(off)＜uGS＜0 VGG 当uGS＜0时，栅源之间加反向 偏置电压，耗尽层宽度增大，导电 沟道相应变窄。 问题：为何要在栅源之间加负向电 压来控制导电沟道的宽度？ 1、设 uDS=0 ，在栅源之间加负电压，即 uGS≤0 ，观察uGS 的变化对 iD 的影响
二、结型场效应管的工作原理 1、设ps=0,在栅源之间加负电压，即4cs≤0，观察ucs 的变化对io的影响。 =0 UGS-UGS(om称为夹断电压，N沟 道场效应管的夹断电压本身是一个 负值。 (c)uGs=UGS (of)
二、结型场效应管的工作原理 iD = 0 G D S P + P + (c) uGS = UGS（off） VGG uGS = UGS(off)称为夹断电压，N沟 道场效应管的夹断电压本身是一个 负值。 1、设 uDS=0 ，在栅源之间加负电压，即 uGS≤0 ，观察uGS 的变化对 iD 的影响
二、结型场效应管的工作原理 2、设4Gs固定不变（满足UGS(om0。 当4Ds>0时，将产生漏电流，6 流过导电沟道时，产生从漏极到源极方 向的电压降，使沟道上不同位置的电位 各不相等，于是沟道上不同位置在PN 结上的反偏电压不等，致使沟道上各处 耗尽层的宽度也不尽相等。 漏极处电位最高，反偏电压最大 VGG 耗尽层最宽；源极处电位最低，反偏电 压最小，耗尽层最窄
当uDS＞0时，将产生漏电流iD，iD 流过导电沟道时，产生从漏极到源极方 向的电压降，使沟道上不同位置的电位 各不相等，于是沟道上不同位置在PN 结上的反偏电压不等，致使沟道上各处 耗尽层的宽度也不尽相等。 漏极处电位最高，反偏电压最大， 耗尽层最宽；源极处电位最低，反偏电 压最小，耗尽层最窄。 G D S VDD P + P+ iD VGG 二、结型场效应管的工作原理 2、设uGS固定不变 (满足UGS(off)＜uGS≤0)，在漏源之间加上 正向电压，即uDS＞0
二、结型场效应管的工作原理 2、设4cs固定不变（满足UGS(om)0。 随着uDs的升高，将逐渐增大，沟 道上不同位置的耗尽层不等宽的情况逐 渐加剧。 当随着ucD=UGS(om时，漏极处的耗 尽层开始合拢在一起，这种情况称为预 夹断。 预夹断并不表示导电沟道完全被夹 VcG 断使，0，在uDs产生的电场的作用下 电子可以在夹断区的窄缝中高速通过
G D S VDD iD VGG 随着uDS的升高，iD将逐渐增大，沟 道上不同位置的耗尽层不等宽的情况逐 渐加剧。 当随着uGD =UGS(off)时，漏极处的耗 尽层开始合拢在一起，这种情况称为预 夹断。 P + P+ 预夹断并不表示导电沟道完全被夹 断使iD =0，在uDS产生的电场的作用下， 电子可以在夹断区的窄缝中高速通过。 二、结型场效应管的工作原理 2、设uGS固定不变 (满足UGS(off)＜uGS≤0)，在漏源之间加上 正向电压，即uDS＞0
二、结型场效应管的工作原理 2、设uGs固定不变（满足UGs(om0。 如果4Ds继续升高，耗尽层合拢的 部分将延长，导电沟道的电阻增大。 DD 预夹断后，沟道电阻的增大抵消了 uDs的升高，使in几乎不再随着ups而增 大，达到基本恒定。 如果s过高，则PN结将由于反向 VGG 偏置电压过高而被击穿，使场效应管受 到损害
G D S VDD iD VGG 如果uDS继续升高，耗尽层合拢的 部分将延长，导电沟道的电阻增大。 预夹断后，沟道电阻的增大抵消了 uDS的升高，使 iD几乎不再随着uDS而增 大，达到基本恒定。 如果uDS过高，则PN结将由于反向 偏置电压过高而被击穿，使场效应管受 到损害。 P+ P + 二、结型场效应管的工作原理 2、设uGS固定不变 (满足UGS(off)＜uGS≤0)，在漏源之间加上 正向电压，即uDS＞0
三、结型场效应管的特性曲线 常用输出特性和转移特性两种特性曲线来描述场效应 管的电压和电流之间的关系。 1、输出特性 当uDs较小时，o随着uDs的 iD=f(ups)vs-常数 增加而上升，二者之间基本呈 线性关系，此时场效应管相当 于一个线性电阻。 ip mA 变 电阻区 UGS=0V ucs的值不同，线性电阻的 -1 值也不同。ucs越负，相应电 -2 阻值越大。因此在该区场效应 3 -4 管呈现为一个由WGs控制的可 变电阻。 UDs/V
常用输出特性和转移特性两种特性曲线来描述场效应 管的电压和电流之间的关系。 1、输出特性 iD/mA uDS O /V uGS = 0V -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 可变 电阻区 i D = f (uDS ) u GS =常数 当uDS较小时，iD随着uDS的 增加而上升，二者之间基本呈 线性关系，此时场效应管相当 于一个线性电阻。 uGS的值不同，线性电阻的 值也不同。uGS越负，相应电 阻值越大。因此在该区场效应 管呈现为一个由 uGS控制的可 变电阻。 三、结型场效应管的特性曲线