場(chǎng)效應(yīng)管的原理及應(yīng)用

1、第第3章章 場(chǎng)效應(yīng)管及其應(yīng)用場(chǎng)效應(yīng)管及其應(yīng)用 3.1 場(chǎng)效應(yīng)管及其應(yīng)用場(chǎng)效應(yīng)管及其應(yīng)用 3.2 場(chǎng)效應(yīng)及其放大電路場(chǎng)效應(yīng)及其放大電路3.1 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管 場(chǎng)效應(yīng)管按結(jié)構(gòu)分為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管兩類。 3.1.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 1. 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及工作原理結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及工作原理 1) 基本結(jié)構(gòu)及符號(hào) 如圖3.1(a)所示, 在一塊N型硅半導(dǎo)體兩側(cè)制作兩個(gè)P型區(qū)域, 形成兩個(gè)PN結(jié), 把兩個(gè)P型區(qū)相連后引出一個(gè)電極, 稱為柵極, 用字母G(或g)表示。 dsgd 漏極g 柵極PPN耗盡層s 源極dsg(a)(b)(c) 圖 3.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)與符號(hào)圖(a)

2、結(jié)構(gòu); (b) N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管符號(hào); (c) P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng) 2) 工作原理 圖3.2表示的是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管施加偏置電壓后的接線圖。 2 特性曲線特性曲線 場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線分為轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線。 1) 轉(zhuǎn)移特性 在uDS一定時(shí), 漏極電流iD與柵源電壓uGS之間的關(guān)系稱為轉(zhuǎn)移特性。 即常數(shù)ufdsuigsD)(3. 1)dgSUDDiDUGGPPuDSuGSNRd圖3.2 N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管工作原理 5432101234uDS=12 VuGS/ViD / mAIDSSUGS(off)圖3.3 N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性曲線 2) 輸出特性 輸出特性是指柵源電壓uGS一定, 漏極

3、電流iD與漏極電壓uDS之間的關(guān)系, 即 在UGS(off)uGS0的范圍內(nèi), 漏極電流iD與柵極電 壓uGS的關(guān)系為2)()1 (UuIioffGSGSDSSD(3. 2)常數(shù)ufGSuiDSD)(3. 3)01234524681012141618iD / mAuDS / V夾斷區(qū)可變電阻區(qū)4 V3 V2 V1 V擊穿區(qū)恒流區(qū)(放大區(qū))uDS0 V 圖 3.4 N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管輸出特性曲線 3.1.2絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管 1. 增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及工作原理增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及工作原理 1) 結(jié)構(gòu)及符號(hào) 2) 工作原理 圖 3.5增強(qiáng)型MOS管結(jié)構(gòu)及符號(hào)圖 (a)

4、 N溝道結(jié)構(gòu)圖; (b) N溝道符號(hào); (c) P溝道符號(hào)sgdNNP型硅襯底襯底引線gdsgds(a)(b)(c)SiO2gdNNP型硅襯底sUGGUDDiD 圖 3.6 N溝道增強(qiáng)型MOS管工作原理 3) 特性曲線 （1） N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線如圖3.7(a)所示。 在uGSUGS（th）時(shí), iD與uGS的關(guān)系可用下式表示: 2)() 1(UuIithGSGSDOD(3. 4) 其中ID0是uGS=2UGS（th）時(shí)的iD值。 （2） N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性曲線 如圖3.7（b）所示。 4321iD / mA02468uGS / VuDS10 VUGS(

5、th)3 V012345iD / mA6 V5 V4 V3 V24681012141618uDS / V(a)(b) 圖3.7N溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管特性曲線 （a） 轉(zhuǎn)移特性; （b） 輸出特性 2. 耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及工作原理耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及工作原理 圖3.8為N溝道耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)圖。 其結(jié)構(gòu)與增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)相似, 不同的是這種管子在制造時(shí), 就在二氧化硅絕緣層中摻入了大量的正離子。 sgdNNP型硅襯底襯底引線gdsgds(a)(b)(c) 圖3.8耗盡型MOS管結(jié)構(gòu)及符號(hào)圖(a) N溝道結(jié)構(gòu)圖; （b） N溝道符號(hào); （c） P溝道符號(hào) 圖3.9N溝道耗盡

6、型場(chǎng)效應(yīng)管特性曲線 （a） 轉(zhuǎn)移特性; （b） 輸出特性 5 4 3 2 1024681012uDS= 常數(shù)uGS / ViD / mAUGS(off)IDSS02468101214162 V1 V3 VuGS= 2 V1 V24681012uDS/V(a)(b)iD / mA0 V在uGS UGS（off）時(shí), iD與uGS的關(guān)系可用下式表示: 2)()1 (UuIioffGSGSDSSD(3. 5) 3.1.3場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)及使用注意事項(xiàng) 1 主要參數(shù) 1） 夾斷電壓UGS（off）或開啟電壓UGS（th） 2） 飽和漏極電流IDSS 3） 漏源擊穿電壓U（BR）DS 4) 柵源擊穿電

7、壓U（BR）GS 5） 直流輸入電阻RGS 6） 最大耗散功率PDM 7） 跨導(dǎo)gm 在uDS為定值的條件下, 漏極電流變化量與引起這個(gè)變化的柵源電壓變化量之比, 稱為跨導(dǎo)或互導(dǎo), 即 常數(shù)uDSdudigGSDm(3. 6) 2 檢測(cè)及使用注意事項(xiàng) 1） 檢測(cè) 結(jié)型效應(yīng)管可用萬用表判別其管腳和性能的優(yōu)劣。 （1） 管腳的判別 （2） 質(zhì)量判定 2） 注意事項(xiàng) （1） MOS管柵、 源極之間的電阻很高, 使得柵極的感應(yīng)電荷不易泄放, 因極間電容很小, 故會(huì)造成電壓過高使絕緣層擊穿。 （2） 有些場(chǎng)效應(yīng)晶體管將襯底引出, 故有4個(gè)管腳, 這種管子漏極與源極可互換使用。 （3） 使用場(chǎng)效應(yīng)管時(shí)各極

8、必須加正確的工作電壓。 （4） 在使用場(chǎng)效應(yīng)管時(shí), 要注意漏源電壓、 漏源電流及耗散功率等, 不要超過規(guī)定的最大允許值。 3.2 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路 與三極管一樣, 根據(jù)輸入、 輸出回路公共端選擇不同, 將場(chǎng)效應(yīng)管放大電路分成共源、 共漏和共柵三種組態(tài)。 本節(jié)主要介紹常用的共源和共漏兩種放大電路。 3.2.1共源放大電路共源放大電路 1. 電路組成及直流偏置電路組成及直流偏置 漏極電阻：將漏 極電流轉(zhuǎn)換成漏 極電壓，并影響 放大倍數(shù)Au UDDRdC2RsCs旁路電容：消除Rs對(duì)交流信號(hào)的衰減源極電阻：利用IDQ在其上的壓降為柵源極提拱偏壓RgC1 柵極電阻：將Rs壓降

9、加至柵極uiuo圖 3.10 場(chǎng)效應(yīng)管共源放大電路 由于柵極電阻上無直流電流, 因而RIUSDGS (3. 7)RIURRRUUUsDDDgggSGGS212 (3. 8)圖3.11RdC2 UDDuoRsCsRg1Rg3Rg2C1ui Rg1， Rg2：柵極 分壓電阻使柵極獲 得合適的工作電壓 柵極電阻：用來 提高輸入電阻 圖 3.11分壓偏置式共源放大電路 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)可用式（3.4）或式（3.5）與式（3.7）或式（3.8）聯(lián)立求出UGSQ和IDQ,漏源電壓UDSQ由下式求得: )(RRIUUsdDQDDDSQ (3. 9) 2. 動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析 放大電路的動(dòng)態(tài)參數(shù)可由微變等效電路求出。 1） 場(chǎng)效應(yīng)管的微變等效電路 2） 共源放大電路的微變等效電路dgudsidsdsgudsidsgmugsugsugs 圖3.12場(chǎng)效應(yīng)管微變等效電路 （1） 電壓放大倍數(shù): RguRuguRRiuuALmgsLgsmgsLddiou)/(3. 10)（2） 輸入電阻: )/(213RRRrgggi(3. 11) （3） 輸出電阻: Rrdo(3. 12)Rg1Rg2Rg3riuiugsggmugsRdRLuorods 圖 3.13 共源放大電路的微變等效電