場效應(yīng)管放大電路

1、For personal use only in study and research; not forcommercial use第四章場效應(yīng)管放大電路學(xué)習(xí)要求 :場效應(yīng)管是一種利用電場效應(yīng)來控制其電流大小的半導(dǎo)體器件，這種器件 不僅有體積小、 重量輕、耗電省、壽命長等特點(diǎn)， 而且還有輸入阻抗高、 噪聲低、 熱穩(wěn)定性好、 抗輻射能力強(qiáng)和制造工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)， 因而大大地?cái)U(kuò)展了它的應(yīng)用 范圍，特別是在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中得到了廣泛應(yīng)用。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，場效應(yīng)管可分為兩大類：結(jié)型場效應(yīng)管JFET和金屬 - 氧化物- 半導(dǎo)體場效應(yīng)管。本章首先介紹各類場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、工作原理、特性曲線及參數(shù)，然

2、后介 紹場效應(yīng)管放大電路和各種放大器件電路性能的比較。第一節(jié) 結(jié)型場效應(yīng)管（ JFET）一、結(jié)型場效應(yīng)管（一） JFET 的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)1、結(jié)構(gòu)場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)如圖 6.18 所示，它是在一塊 N型半導(dǎo)體的兩邊利用雜質(zhì)擴(kuò)散出高濃度 的 P 型區(qū)域，用 P+表示，形成兩個 P+N結(jié)。 N型半導(dǎo)體的兩端引出兩個電極，分別稱為漏極D 和源極 S。把兩邊的 P區(qū)引出電極并連在一起稱為 柵極 G。如果在漏、源極間加上正向電 壓， N區(qū)中的多子（也就是電子）可以導(dǎo)電。它們從源極S 出發(fā)， 流向漏極 D。電流方向由D指向 S，稱為漏極電流 I D. 。由于導(dǎo)電溝道是 N型的，故稱為 N 溝道結(jié)型場效應(yīng)管。2、特

3、點(diǎn)v GS 0， Ri 很高；電壓控制器件；單極性器件； 3、N 溝道 JFET 的輸出特性在 vGS=0 時，溝道電阻最小，I D 達(dá)到最大。當(dāng) vGS 0時，耗盡層變大，溝道電阻變大，相應(yīng)的 I D下降。因此形成圖 6.19 所示的特性曲線。JFET 與 BJT的特點(diǎn)比較場效應(yīng)管是電壓控制器件：通過 VGS控制 i D。從輸出特性看，各條不同輸出特性曲線的參變量是VGS。在恒流區(qū)， i D與 VDS基本無關(guān)。并通過跨導(dǎo) gm= i D/ VGS| V DS描述場效應(yīng)管的放大作用。而晶體管是通過 i B控制 i C。參變量是 i B。放大區(qū)， i C與 VCE基本無關(guān)。通過電流放大系數(shù) =

4、i C/ i B描述放 大作用。i G=0。所以， 直流、 交流 Ri 都很高。 而晶體管 b 極和 e 極處于正偏狀態(tài)， b e 間 Ri 較?。?幾千歐。場效應(yīng)管利用的是一種極性的多子導(dǎo)電(單極型器件)，具有噪聲小，受外界 T 及輻射 的影響小等特點(diǎn)(溫度穩(wěn)定性好)。由于場效應(yīng)管對稱，有時 D-S 極可互換使用。各項(xiàng)性能基本不受影響。應(yīng)用時較方便、 靈活。但若制造時已將 S 和襯底連在一起，則 D-S 不能互換。場效應(yīng)管的制造工藝簡單，有利于大規(guī)模集成，且所占面積小，集成度高。MOS場效應(yīng)管 Ri高， G極的感應(yīng)電荷不易泄放。 S iO2層薄， G極與襯底間等效電容很小， 感應(yīng)電荷少量即可

5、形成高電壓，將SiO2 擊穿而損壞管。存放管子時，應(yīng)將 G-S 短接，避免 G極懸空。焊接時，烙鐵外殼應(yīng)接地良好，防止因烙鐵漏電而擊穿管子。場效應(yīng)管的應(yīng)用場效應(yīng)管在恒流區(qū)內(nèi)工作時，當(dāng)GS電壓變化 VGS時， D 極電流相應(yīng)變化 i D。若將i D通過較大的 RL，從 RL上取出的 V0=i DRL，可能比 VGS大許多倍，即 VGS得到了放大。 所以場效應(yīng)管和晶體管一樣在電路中可起放大的作用。FETBJT電壓控制器件 gm=i D/ VGS| V SD電流控制器件 =ic/ i BvCE輸入端 PN結(jié)反偏， i G=0， Ri 很大輸入端 PN結(jié)正偏， i b 0，r be較小單極型器件，一種

6、載流子：噪聲小，溫度穩(wěn)定性好雙極型器件，兩種種載流子：噪 聲較大， 溫度穩(wěn)定性較差結(jié)構(gòu)對稱， D-S 極可以互換結(jié)構(gòu)非對稱， C-E 極不能互換可以作為性能較好的壓控電阻器線性效果差場效應(yīng)管的制造工藝簡單具有對稱性，有利于大規(guī)模集成，且所占面積小，集成度高三極管的結(jié)構(gòu)非對稱，制造工藝較場效應(yīng)管 復(fù)雜，集成度不夠高 。第二節(jié) 金屬-氧化物 -半導(dǎo)體場效應(yīng)管、 MOS 型場效應(yīng)管JFET 的輸入電阻可達(dá) 107歐姆，但就本質(zhì)而言，這是 PN 結(jié)的反向電阻，而反向偏置時 總有反向電流存在， 這就限制了在某些工作條件下對阻值的更高要求。 同時，從制造工藝看， 把它高度集成化還比較復(fù)雜。絕緣柵型場效應(yīng)管

7、由金屬 - 氧化 物 - 半導(dǎo)體場效應(yīng)管制成，稱為 Metal-Oxide-Semiconductor ，簡稱為 MOSFE，T 這種場效應(yīng)管的柵極被絕緣層（例如SiO2）隔離，因此 Ri 更高，可達(dá) 109 歐姆以上。MOS管與 JFET的不同之處在于它們的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)和電流控制原理不同。JFET 利用耗盡層的寬度改變導(dǎo)電溝道的寬度來控制I D，OSFET則是利用半導(dǎo)體表面的電場效應(yīng)，由感應(yīng)電荷的多少改變導(dǎo)電溝道來控制電流。MOS管分為 N溝道和 P 溝道兩類 , 每一類又分為增強(qiáng)型和耗盡型：增強(qiáng)型：當(dāng) VGS=0, 無導(dǎo)電溝道 ,I D 0耗盡型：當(dāng) VGS=0, 有導(dǎo)電溝道 ,I D 0本章

8、小結(jié)1、第三章討論的 BJT 是電流控制電流器件，有兩種載流子參與導(dǎo)電，屬于雙極 型器件；而 FET 是電壓控制電流器件，只依靠一種載流子導(dǎo)電，因而屬于單極 型器件。雖然這兩種器件的控制原理有所不同， 但通過類比可發(fā)現(xiàn)， 組成電路的 形式極為相似，分析的方法仍然是圖解法和小信號模型分析法。2、由于 FET 具有輸入阻抗高、噪聲低等一系列優(yōu)點(diǎn)，而 BJT 電流放大系數(shù)高， 若 FET 和 BJT 結(jié)使用，就可大大提高和改善電子電路的某些性能指標(biāo)。3、MOS 器件主要用于制成集成電路，由于微電子工藝水平的不斷提高，在大 規(guī)模和超大型大規(guī)模數(shù)字集成電路中應(yīng)用極為廣泛。 同時在集成運(yùn)算放大和其他 模擬集成電路中也得到了迅速的發(fā)展，其中 CMOS 集成電路更具特色，因此， MOS 器件的廣泛應(yīng)用必須引起讀者的重視。以下無正文僅供個人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途 , , .For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f r den pers?nlichen fr Studien, Forsc