模拟电子技术(江晓安)(第三版)第4章.ppt

第四章场效应管放大电路
结型场效应管
绝缘栅场效应管
场效应管的主要参数
场效应管的特点
场效应管放大电路
结型场效应管
结构
结型场效应管有两种结构形式。图4-1(a)为N型沟道结型场效应管。图4-1(b)是P型沟道结型场效应管。其电路符号如图4-1(c)、(d)所示。
以N沟道为例。在一块N型硅半导体材料的两边,利用合金法、扩散法或其它工艺做成高浓度的P+型区,使之形成两个PN结,然后将两边的P+型区连在一起,引出一个电极,称为栅极G。在N型半导体两端各引出一个电极,分别作为源极S和
漏极D。夹在两个PN结中间的N型区是源极与漏极之间的电流通道,称为导电沟道。由于N型半导体多数载流子是电子,故此沟道称为N型沟道。同理,P型沟道结型场效应管中,沟道是P型区,称为P型沟道,栅极与N+型区相连。电路符号中栅极的箭头方向可理解为两个PN结的正向导电方向。
图4-1 结型场效应管的结构示意图和符号
工作原理
1. UGS对导电沟道的影响
为便于讨论,先假设UDS=0。
当UGS由零向负值增大时,PN结的阻挡层加厚,沟道变窄,电阻增大,如图4-2(a)、(b)所示。
若UGS的负值再进一步增大,当UGS=-UP时两个PN结的阻
挡层相遇,沟道消失,我们称为沟道被“夹断”了,UP称为夹断电压,无载流子通道,如图4-2(c)所示。
图 4-2 当UDS=0时UGS对导电沟道的影响示意
2. ID与UDS、UGS之间的关系
假定栅、源电压|UGS|<|UP|,如UGS=-1V,而UP=-4V,当漏、源之间加上电压UDS=2V时,沟道中将有电流ID通过。此电
流将沿着沟道的方向产生一个电压降,这样沟道上各点的电位就不同,因而沟道内各点与栅极之间的电位差也就不相等。漏极端与栅极之间的反向电压最高,如UDG=UDS-UGS=2-(-1)=3V,沿着沟道向下逐渐降低,使源极端为最低,如USG=-UGS=1V,两个PN结的阻挡层将出现楔形,使得靠近源极端沟道较宽,而靠近漏极端的沟道较窄,如图4-3(a)所示。此时,若增大UDS,由于沟道电阻增长较慢,所以ID随之增加。当UDS进一步增加到使栅、漏间电压UDG等于UP时,即
UDG=UDS-UGS=UP
(4-1)
则在D极附近,两个PN结的阻挡层相遇,如图4-3(b)所示,我们称为预夹断。如果继续升高UDS,就会使夹断区向源极端方向发展,沟道电阻增加。由于沟道电阻的增长速率与UDS的增加速率基本相同,故这一期间ID趋于一恒定值,不随UDS的增大而增大,此时,漏极电流的大小仅取决于UGS的大小。UGS越负,沟道电阻越大,ID便越小,直到UGS=UP,沟道被全部夹断,ID=0,如图4-3(c)所示。
图 4-3 UDS对导电沟道和ID的影响
特性曲线

图4-4为N沟道结型场效应管输出特性曲线。以UGS为参变量时,漏极电流ID与漏、源电压UDS之间的关系,称为输出特性,即
(4-2)
根据工作情况,输出特性可划分为4个区域,即:可变电阻区、恒流区、击穿区和截止区。
图4—4 N沟道结型场效应管的输出特性