與雙極型三極管相比

1、與雙極型三極管相比：雙極型三極管只有兩種用途：一是當作電流控制器件用來組成放大電路；二是在數(shù)字電路中用做開關(guān)元件。3、學習方法場效應管是代替雙極型三極管的一個性能更好的三極管，所以在學習的過程中一定要與雙極型三極管來對比，不能當作一個全新的器件來學習。在學習這部分內(nèi)容之前，先了解場效應管的作用，場效應管的應用與雙極型三極管基本相同，只是場效應管的輸入電阻比較大，性能指標更好些，學習中不要把場效應管與雙極型三極管割裂開來，應注意比較它們的相同點和不同點。可以這樣類比：柵極與基極對應，漏極與集電極對應，源極與發(fā)射極對應。場效應管又叫做單極型三極管，共有三種用途：一是當作壓控可變電阻，即非線性電阻來

2、使用；二是當作電壓控制器件用來組成放大電路；三是在數(shù)字電路中用做開關(guān)元件。雙極型三極管只有兩種用途：一是當作電流控制器件用來組成放大電路；二是在數(shù)字電路中用做開關(guān)元件。4、再次強調(diào)電壓參考方向和電流參考方向的約定問題教材中的場效應管的特性曲線是在某種參考方向的約定下得出的，但是教材中沒有強調(diào)這個問題，教材的編寫認為學生對電路的理解已經(jīng)很到位，但是實際情況并非如此。所以在此必須再次特別強調(diào)這個問題。 5、場效應管的分類：JFET和IGFET。JFET又分N溝道JFET和P溝道JFET。IGFET主要是MOSFET，N溝道增強型、N溝道耗盡型、P溝道增強型、P溝道耗盡型。6、JFET的工作原理：學

3、習中不要把場效應管與雙極型三極管割裂開來，應注意比較它們的相同點和不同點?？梢赃@樣類比：柵極與基極對應，漏極與集電極對應，源極與發(fā)射極對應。以N溝道JFET為例，按照如下的思路來講解：（1）電壓源VGS和電壓源VDS都不起作用，電壓值均為0；（2）只有電壓源VGS起作用，電壓源VDS的電壓值為0；（3）只有電壓源VDS起作用，電壓源VGS的電壓值為0；（4）電壓源VGS和電壓源VDS同時起作用。在給出各種情況下的結(jié)型場效應管的工作狀態(tài)時，同時畫出對應的輸出特性曲線。強調(diào)電壓源VGS的真實方向，電壓源VGS讓PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，所以VGS為一個負數(shù)。電壓源VGS控制導電溝道的寬窄，從而改變導電溝

4、道的電阻，再控制漏極電流的大小，體現(xiàn)了電壓對電流的一個控制能力，可以組成放大電路。在使用課件過程中，請主義不同的電壓源和其對應產(chǎn)生的PN結(jié)使用不同顏色的線條給出，對應關(guān)系一目了然。6.1 VDS =0伏、VGS = 0伏時JFET的工作狀態(tài)這種情況下兩個PN結(jié)處于零偏置狀態(tài)，它們中間的區(qū)域是導電溝道。而且導電溝道從漏極到源極平行等寬。用畫有黑色的斜線的區(qū)域表示達到動態(tài)平衡時的PN結(jié)。如圖1所示。這時導電溝道的電阻記為R1。圖1 VDS =0伏、VGS = 0伏時JFET的工作狀態(tài)6.2當VDS =0伏時分別討論VGS 分別為 -1伏和 Vp 時JFET的工作狀態(tài)VDS =0伏、VGS逐漸增加V

5、GS = -1伏圖2 VDS =0伏、VGS = -1伏時JFET的工作狀態(tài)如圖2所示。畫有黑色的左斜線的區(qū)域所表示的PN結(jié)是沒有外加電壓源時自然形成的。外加電壓源VGS使PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，PN結(jié)的寬度增加，增加的這一部分用畫有紅色的右斜線的區(qū)域來表示。同時將電壓源VGS也畫成紅色，電壓源的符號和其產(chǎn)生的PN結(jié)均畫成紅色，對應關(guān)系一目了然（因為黑白圖無法表示出顏色，所以在圖2中用文字加以說明）。此時導電溝道從漏極到源極平行等寬，但比沒有電壓源VGS作用時的導電溝道要窄一些。這時的導電溝道的電阻用R2表示。R2要大于R1。2) VDS =0伏、VGS逐漸增加至VGS = Vp當VGS逐漸增加至

6、VGS = Vp 時（不妨取Vp= -3伏），由VGS產(chǎn)生的PN結(jié)左右相接，使導電溝道完全被夾斷。這時的結(jié)型場效應管處于截止狀態(tài)。如圖3所示。Vp是結(jié)型場效應管的一個參數(shù)，稱為夾斷電壓。不同管子的夾斷電壓的值是不同的。 圖3 VDS =0伏、VGS = Vp時JFET的工作狀態(tài)VDS =0伏、VGS繼續(xù)增加結(jié)型場效應管進入擊穿狀態(tài) VGS 增加使PN結(jié)上的反偏電壓超過V（BR）DS時，結(jié)型場效應管將進入擊穿狀態(tài)。6.3 當VGS =0伏時分別討論VDS 由小變大的過程中JFET的幾種工作狀態(tài)VGS =0伏、VDS的值比較小時如圖4所示，在課件中，電壓源VDS用藍色的線條表示，由它產(chǎn)生的PN結(jié)也

7、對應的用藍色的線條表示（在圖4中用文字來說明）。因為VGS =0伏，所以VGS對PN結(jié)的寬度沒有影響，如前所述，此時導電溝道最寬，相應的等效電阻為R1。電壓源VDS使電流沿導電溝道從漏極流向源極，從而引起漏極到源極的導電溝道上有電位降，VDS給PN結(jié)施加的是一個反偏電壓，靠近漏極的區(qū)域反偏電壓大，靠近源極的區(qū)域反偏電壓小，導電溝道不再是上下平行等寬，而是上窄下寬。當VDS 比較小時 ，導電溝道不會被夾斷。在導電溝道沒有被夾斷之前，可以近似地認為導電溝道的電阻均為R1，此時導電溝道可以認為是線性電阻。這時VDS和iD的關(guān)系可以用圖7 輸出特性曲線中過原點的OA直線段表示?？梢赃@么說，當導電溝道在

8、預夾斷之前JFET管的狀態(tài)對應輸出特性曲線的線性電阻區(qū)。圖4 VGS =0伏、VDS較小時的JFET的工作狀態(tài)2) VGS =0伏、VDS的值增加至Vp時如圖5所示，當VDS的值增加至Vp時，PN結(jié)在靠近漏極的一點最先相接，導電溝道被預夾斷。對應圖7輸出特性曲線中的A點。此時溝道中的電流為所有可能的最大的電流，稱為飽和漏極電流，記作IDSS 。圖5 VGS =0伏、VDS增加至Vp時的JFET的工作狀態(tài)3) VGS =0伏、VDS繼續(xù)增加如圖6所示，當VDS繼續(xù)增加時，PN結(jié)相接的區(qū)域繼續(xù)向源極方向擴展，導電溝道被夾斷的這部分區(qū)域?qū)碾娮杩梢越普J為是無窮大，但是此時在靠近源極的區(qū)域?qū)щ姕系?/p>

9、還存在，與被夾斷的區(qū)域所呈現(xiàn)的電阻相比，此導電溝道對應的電阻比較小，所以當電壓源VDS增加時，可以近似認為漏極電流不隨VDS的增加而增加。可以這樣來解釋，電壓源VDS增加的部分幾乎全部落在前一部分上，導電溝道上的電壓幾乎不變，所以漏極電流幾乎不變，處于飽和狀態(tài)，此時的電流仍然是IDSS，JFET管的狀態(tài)對應圖7輸出特性曲線中的AB段。此區(qū)域稱為恒流區(qū)（放大區(qū)、飽和區(qū)）。此時場效應管可當作電壓控制器件用來組成放大電路。 圖6 VGS =0伏、VDS繼續(xù)增加時JFET的工作狀態(tài)4) VGS =0伏、VDS繼續(xù)增加至V（BR）DSPN結(jié)上的反偏電壓超過某值時，結(jié)型場效應管將進入擊穿狀態(tài)，如圖7中的B

10、點所示。此時的VDS值為最大漏源電壓，記為V（BR）DS 。圖7 VGS =0伏時的輸出特性曲線6.4 當VGS = -1伏（即VGSVp的某個值）時 VDS 由小變大時JFET的狀態(tài)1) VGS = -1伏、VDS的值比較小時電壓源VGS畫成紅色，標有紅色的右斜線的區(qū)域表示VGS = -1伏產(chǎn)生的PN結(jié)，紅色的電壓源符號與紅色的PN結(jié)對應。如前所述，此時導電溝道的電阻為R2。電壓源VDS使電流沿導電溝道從漏極流向源極，從而引起漏極到源極的導電溝道上有電位降，VDS給PN結(jié)施加的是一個反偏電壓，靠近漏極的區(qū)域反偏電壓大，靠近源極的區(qū)域反偏電壓小，導電溝道不再是上下平行等寬，而是上窄下寬。因為V

11、DS 的值比較小，所以導電溝道還沒有被夾斷。在導電溝道沒有被夾斷之前，可以近似地認為導電溝道的電阻均為R2，導電溝道呈現(xiàn)線性電阻的性質(zhì)。JFET管的狀態(tài)對應圖11 中過原點的OM直線段?？梢赃@么說，導電溝道在預夾斷之前可以等效成一個線性電阻。圖8 VGS = -1伏、VDS 比較小時的JFET的工作狀態(tài)VGS = -1伏、VDS的值增加至某值開始出現(xiàn)預夾斷如圖9所示，當VDS的值增加至某值（此值比Vp?。r，兩邊的PN結(jié)在靠近漏極的某點最先相接，導電溝道被預夾斷,在此點有VGS+VDS =Vp。JFET的狀態(tài)對應圖11輸出特性曲線中的M點。M點對應的VDS值比A點對應的VDS值小，因為VDS=

12、Vp-VGSVp。圖9 VGS = -1伏、VDS的值增加至預夾斷時JFET的工作狀態(tài)3) VGS = -1伏、VDS的值繼續(xù)增加 如圖10所示，當VDS繼續(xù)增加時，兩邊PN結(jié)相接的區(qū)域繼續(xù)向源極方向擴展，這部分區(qū)域?qū)碾娮杩梢哉J為是無窮大。此時導電溝道在靠近源極的區(qū)域依然存在，導電溝道對應的電阻比較小。漏極電流不隨VDS的增加而增加，可以這樣來解釋，電壓源VDS增加的部分幾乎全部落在前一部分上，導電溝道上的電壓幾乎不變。所以漏極電流幾乎不變，處于飽和狀態(tài)。此時JFET管的狀態(tài)對應圖11輸出特性曲線中的MN段。此區(qū)域稱為恒流區(qū)（放大區(qū)、飽和區(qū)）。此時場效應管可當作電壓控制器件用來組成放大電路

13、。圖10 VGS = -1伏、VDS繼續(xù)增加時JFET的工作狀態(tài)4）VGS = -1伏、VDS繼續(xù)增加至出現(xiàn)PN結(jié)擊穿VGS 和VDS電壓源分別使PN結(jié)反偏，它們共同作用使靠近漏極的PN結(jié)承受最大的反偏電壓，VDS增加使PN結(jié)上的反偏電壓過大時，在靠近漏極的區(qū)域首先出現(xiàn)反向擊穿。結(jié)型場效應管進入反向擊穿狀態(tài)，此時的VDS值比VGS =0時出現(xiàn)反向擊穿的VDS小。圖11 輸出特性曲線6.5 當VGS VP時JFET處于截止狀態(tài) 當VGS VP時，導電溝道全部被夾斷，JFET處于截止狀態(tài)，在數(shù)字電路中作為開關(guān)元件的一個狀態(tài),對應于開關(guān)斷開。 不同VGS下預夾斷點相連成一條曲線，此曲線與縱軸相夾的區(qū)

14、域稱為可變電阻區(qū)。此時場效應管當作壓控可變電阻，即非線性電阻來使用?？勺冸娮鑵^(qū)在數(shù)字電路中作為開關(guān)元件的一個狀態(tài)，相當于開關(guān)閉合，此時的VDS記為VDS（sat） ，VDS（sat）Vp。絕緣柵場效應管的講解與結(jié)型場效應管的講解過程幾乎完全相同，只是導電溝道的形成原理稍有不同。7 場效應管的輸出特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線在講解場效應管工作原理的過程中，同時得出了輸出特性曲線?？墒箤W生對輸出特性曲線有一個比較直觀的理解。沒有必要分析場效應管的輸入特性曲線，因為柵極的電流為0。這點與雙極型三極管的特性曲線不同，雙極型三極管需要輸入特性曲線來描述三極管的特性。如圖12所示，在輸出特性曲線的放大區(qū)，在放大區(qū)，對應畫出一條垂線，可以得到一組VGS和i D的值，將這些點連成一條曲線，稱為轉(zhuǎn)移特性曲線，如圖13所示。轉(zhuǎn)移特性曲線從另一個側(cè)面描述了效應管的VGS電壓對漏極電流iD的控制能力。曲線上任一點的切線的斜率即為此點的跨導gm。gm越大，說明VGS對iD的控制能力越強，gm是表征場效應管放大能力的一個重要參數(shù)。圖12 從輸出特性曲線求轉(zhuǎn)移特性曲線 圖13 轉(zhuǎn)移特性曲線8 場效應管的小信號模型SDgdsvgs+-+-vdsG