第四章场效应管放大电路.ppt

第四章场效应管放大电路?引言: (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。 ,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) 。 (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。 结型场效应管 1(a) 所示。在一块 N型半导体材料的两边各扩散一个高杂质浓度的 P+ 区, 就形成两个不对称的 P+N 结,即耗尽层。把两个 P+区并联在一起,引出一个电极 g,称为栅极,在 N型半导体的两端各引出一个电极,分别称为源极 s和漏极 d。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。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图所示。 N沟道和 P沟道结型场效应管的工作原理完全相同,现以N沟道结型场效应管为例,分析其工作原理。 N沟道结型场效应管工作时,需要外加如图 4所示的偏置电压. 偏置电压的要求: 1 .栅-源极间加一负电压(v GS<0) 作用:使栅-源极间的 P+N 结反偏,栅极电流 i G≈0,场效应管呈现很高的输入电阻(高达 108W 左右)。 -源极间加一正电压(v DS>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 i D。在上述两个电源的作用下,i D的大小主要受栅-源电压 v GS控制,同时也受漏-源电压v DS的影响。因此,讨论场效应管的工作原理就是: (1)讨论栅-源电压 v GS对漏极电流 i D(或沟道电阻)的控制作用(2)讨论漏-源电压 v DS对漏极电流 i D的影响。(1) .v GS对i D的控制作用图5所示电路说明了 v GS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 v DS =0 。(a) 当v GS =0 时,沟道较宽,其电阻较小,如图 5(a) 所示。(b) 当v GS <0 ,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|v GS| 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。当|v GS| 进一步增大到一定值|V P| 时,两侧的耗尽层将在沟道中央合拢, 沟道全部被夹断,如图 2(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 v DS,漏极电流 i D也将为零。这时的栅-源电压 v GS称为夹断电压,用 V P表示。如图 5(c) 所示。上述分析表明: (a) 改变栅源电压 v GS的大小,可以有效地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 v DS,则漏极电流 i D将受 v GS的控制, |v GS|增大时,沟道电阻增大, i D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 i D的大小。(2) .v DS对i D的影响设v GS值固定,且 V P<v GS <0 。(a) 当漏-源电压 v DS从零开始增大时,沟道中有电流 i D流过。(b) 在v DS的作用下,导电沟道呈楔形由于沟道存在一定的电阻,因此, i D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