場效應管的原理及應用

關于場效應管的原理及應用3.1場效應管

場效應管按結構分為結型場效應管和絕緣柵型場效應管兩類。

3.1.1結型場效應管

1.結型場效應管的結構及工作原理

1)基本結構及符號如圖3.1(a)所示,在一塊N型硅半導體兩側制作兩個P型區(qū)域,形成兩個PN結,把兩個P型區(qū)相連后引出一個電極,稱為柵極,用字母G(或g)表示。第2頁,共27頁，2024年2月25日，星期天

圖3.1結型場效應管結構與符號圖結構;(b)N溝道結型場效應管符號;(c)P溝道結型場效應

第3頁,共27頁，2024年2月25日，星期天2)工作原理圖3.2表示的是結型場效應管施加偏置電壓后的接線圖。

2．特性曲線

場效應管的特性曲線分為轉移特性曲線和輸出特性曲線。

1)轉移特性在uDS一定時,漏極電流iD與柵源電壓uGS之間的關系稱為轉移特性。即(3.1)第4頁,共27頁，2024年2月25日，星期天圖3.2N溝道結型場效應管工作原理

第5頁,共27頁，2024年2月25日，星期天圖3.3N溝道結型場效應管轉移特性曲線第6頁,共27頁，2024年2月25日，星期天

2)輸出特性輸出特性是指柵源電壓uGS一定,漏極電流iD與漏極電壓uDS之間的關系,即

在UGS(off)≤uGS≤0的范圍內,漏極電流iD與柵極電壓uGS的關系為(3.2)(3.3)第7頁,共27頁，2024年2月25日，星期天

圖3.4N溝道結型場效應管輸出特性曲線第8頁,共27頁，2024年2月25日，星期天

3.1.2絕緣柵型場效應管

1.增強型絕緣柵場效應管的結構及工作原理

1)結構及符號

2)工作原理

圖3.5增強型MOS管結構及符號圖

(a)N溝道結構圖;(b)N溝道符號;(c)P溝道符號第9頁,共27頁，2024年2月25日，星期天

圖3.6N溝道增強型MOS管工作原理第10頁,共27頁，2024年2月25日，星期天

3)特性曲線（1）N溝道增強型絕緣柵場效應管的轉移特性曲線如圖3.7(a)所示。在uGS≥UGS（th）時,iD與uGS的關系可用下式表示:

(3.4)

其中ID0是uGS=2UGS（th）時的iD值。（2）N溝道增強型絕緣柵場效應管的輸出特性曲線如圖3.7（b）所示。第11頁,共27頁，2024年2月25日，星期天

圖3.7N溝道增強型場效應管特性曲線（a）轉移特性;（b）輸出特性第12頁,共27頁，2024年2月25日，星期天

2.耗盡型絕緣柵場效應管的結構及工作原理圖3.8為N溝道耗盡型場效應管的結構圖。其結構與增強型場效應管的結構相似,不同的是這種管子在制造時,就在二氧化硅絕緣層中摻入了大量的正離子。第13頁,共27頁，2024年2月25日，星期天

圖3.8耗盡型MOS管結構及符號圖(a)N溝道結構圖;（b）N溝道符號;（c）P溝道符號

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圖3.9N溝道耗盡型場效應管特性曲線（a）轉移特性;（b）輸出特性

在uGS≥UGS（off）時,iD與uGS的關系可用下式表示:(3.5)第15頁,共27頁，2024年2月25日，星期天

3.1.3場效應管的主要參數及使用注意事項

1．主要參數

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）DS4)柵源擊穿電壓U（BR）GS5）直流輸入電阻RGS6）最大耗散功率PDM

7）跨導gm

在uDS為定值的條件下,漏極電流變化量與引起這個變化的柵源電壓變化量之比,稱為跨導或互導,即

(3.6)第16頁,共27頁，2024年2月25日，星期天

2．檢測及使用注意事項

1）檢測

結型效應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）質量判定

2）注意事項（1）MOS管柵、源極之間的電阻很高,使得柵極的感應電荷不易泄放,因極間電容很小,故會造成電壓過高使絕緣層擊穿。（2）有些場效應晶體管將襯底引出,故有4個管腳,這種管子漏極與源極可互換使用。（3）使用場效應管時各極必須加正確的工作電壓。

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（4）在使用場效應管時,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。

第18頁,共27頁，2024年2月25日，星期天3.2場效應管及其放大電路

與三極管一樣,根據輸入、輸出回路公共端選擇不同,將場效應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

1.電路組成及直流偏置

第19頁,共27頁，2024年2月25日，星期天圖3.10場效應管共源放大電路第20頁,共27頁，2024年2月25日，星期天

由于柵極電阻上無直流電流,因而(3.7)(3.8)第21頁,共27頁，2024年2月25日，星期天

圖3.11分壓偏置式共源放大電路第22頁,共27頁，2024年2月25日，星期天

場效應管放大電路的靜態(tài)工作點可用式（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:(3.9)

2.動態(tài)分析放大電路的動態(tài)參數可由微變等效電路求出。

1）場效應管的微變等效電路

2）共源放大電路的微變等效電路第23頁,共27頁，2024年2月25日，星期天

圖3.12場效應管微變等效電路第24頁,共27頁，2024年2月25日，星期天

（1）電壓放大倍數:(3.10)（