场效应管工作基础学习知识原理.doc

!-场效应管工作原理MOS场效应管电源开关电路。 这是该装置的核心，在介绍该部分工作原理之前，先简单解释一下MOS 场效应管的工作原理。MOS 场效应管也被称为MOS FET， 既Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor（金属氧化物半导体场效应管）的缩写。它一般有耗尽型和增强型两种。本文使用的为增强型MOS场效应管，其内部结构见图5。它可分为NPN型PNP型。NPN型通常称为N沟道型，PNP型也叫P沟道型。由图可看出，对于N沟道的场效应管其源极和漏极接在N型半导体上，同样对于P沟道的场效应管其源极和漏极则接在P型半导体上。我们知道一般三极管是由输入的电流控制输出的电流。但对于场效应管，其输出电流是由输入的电压（或称电场）控制，可以认为输入电流极小或没有输入电流，这使得该器件有很高的输入阻抗，同时这也是我们称之为场效应管的原因。为解释MOS场效应管的工作原理，我们先了解一下仅含有一个PN结的二极管的工作过程。如图6所示，我们知道在二极管加上正向电压（P端接正极，N端接负极）时，二极管导通，其PN结有电流通过。这是因为在P型半导体端为正电压时，N型半导体内的负电子被吸引而涌向加有正电压的P型半导体端，而P型半导体端内的正电子则朝N型半导体端运动，从而形成导通电流。同理，当二极管加上反向电压（P端接负极，N端接正极）时，这时在P型半导体端为负电压，正电子被聚集在P型半导体端，负电子则聚集在N型半导体端，电子不移动，其PN结没有电流通过，二极管截止。对于场效应管（见图7），在栅极没有电压时，由前面分析可知，在源极与漏极之间不会有电流流过，此时场效应管处与截止状态（图7a）。当有一个正电压加在N沟道的MOS场效应管栅极上时，由于电场的作用，此时N型半导体的源极和漏极的负电子被吸引出来而涌向栅极，但由于氧化膜的阻挡，使得电子聚集在两个N沟道之间的P型半导体中（见图7b），从而形成电流，使源极和漏极之间导通。我们也可以想像为两个N型半导体之间为一条沟，栅极电压的建立相当于为它们之间搭了一座桥梁，该桥的大小由栅压的大小决定。图8给出了P沟道的MOS场效应管的工作过程，其工作原理类似这里不再重复。下面简述一下用C-MOS场效应管（增强型MOS场效应管）组成的应用电路的工作过程（见图9）。电路将一个增强型P沟道MOS场效应管和一个增强型N沟道MOS场效应管组合在一起使用。当输入端为低电平时，P沟道MOS场效应管导通，输出端与电源正极接通。当输入端为高电平时，N沟道MOS场效应管导通，输出端与电源地接通。在该电路中，P沟道MOS场效应管和N沟道MOS场效应管总是在相反的状态下工作，其相位输入端和输出端相反。通过这种工作方式我们可以获得较大的电流输出。同时由于漏电流的影响，使得栅压在还没有到0V，通常在栅极电压小于1到2V时，MOS场效应管既被关断。不同场效应管其关断电压略有不同。也正因为如此，使得该电路不会因为两管同时导通而造成电源短路。由以上分析我们可以画出原理图中MOS场效应管电路部分的工作过程（见图10）。工作原理同前所述。场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管。一般的晶体管是由两种极性的载流子,即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电,因此称为双极型晶体管,而FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高（108109）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。一、场效应管的分类场效应管分结型、绝缘栅型两大类。结型场效应管（JFET）因有两个PN结而得名，绝缘栅型场效应管（JGFET）则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。目前在绝缘栅型场效应管中，应用最为广泛的是MOS场效应管，简称MOS管（即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET）；此外还有PMOS、NMOS和VMOS功率场效应管，以及最近刚问世的MOS场效应管、VMOS功率模块等。 按沟道半导体材料的不同，结型和绝缘栅型各分沟道和P沟道两种。若按导电方式来划分，场效应管又可分成耗尽型与增强型。结型场效应管均为耗尽型，绝缘栅型场效应管既有耗尽型的，也有增强型的。场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管。而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型；P沟耗尽型和增强型四大类。见下图。二、场效应三极管的型号命名方法现行有两种命名方法。第一种命名方法与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表 材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3DO6C 是绝缘栅型N沟道场效应三极管。第二种命名方法是CS#，CS代表场效应管，以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS14A、CS45G等。三、场效应管的参数场效应管的参数很多，包括直流参数、交流参数和极限参数，但一般使用时关注以下主要参数：1、I DSS 饱和漏源电流。是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中，栅极电压U GS=0时的漏源电流。2、UP 夹断电压。是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中，使漏源间刚截止时的栅极电压。3、UT 开启电压。是指增强型绝缘栅场效管中，使漏源间刚导通时的栅极电压。4、gM 跨导。是表示栅源电压U GS 对漏极电流I D的控制能力，即漏极电流I D变化量与栅源电压UGS变化量的比值。gM 是衡量场效应管放大能力的重要参数。5、BUDS 漏源击穿电压。是指栅源电压UGS一定时，场效应管正常工作所能承受的最大漏源电压。这是一项极限参数，加在场效应管上的工作电压必须小于BUDS。6、PDSM 最大耗散功率。也是一项极限参数，是指场效应管性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率。使用时，场效应管实际功耗应小于PDSM并留有一定余量。7、IDSM 最大漏源电流。是一项极限参数，是指场效应管正常工作时，漏源间所允许通过的最大电流。场效应管的工作电流不应超过IDSM几种常用的场效应三极管的主要参数四、场效应管的作用1、场效应管可应用于放大。由于场效应管放大器的输入阻抗很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解电容器。2、场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。3、场效应管可以用作可变电阻。4、场效应管可以方便地用作恒流源。5、场效应管可以用作电子开关。五、场效应管的测试1、结型场效应管的管脚识别：场效应管的栅极相当于晶体管的基极，源极和漏极分别对应于晶体管的发射极和集电极。将万用表置于R1k档，用两表笔分别测量每两个管脚间的正、反向电阻。当某两个管脚间的正、反向电阻相等，均为数K时，则这两个管脚为漏极D和源极S（可互换），余下的一个管脚即为栅极G。对于有4个管脚的结型场效应管，另外一极是屏蔽极（使用中接地）。2、判定栅极用万用表黑表笔碰触管子的一个电极，红表笔分别碰触另外两个电极。若两次测出的阻值都很小，说明均是正向电阻，该管属于N沟道场效应管，黑表笔接的也是栅极。制造工艺决定了场效应管的源极和漏极是对称的，可以互换使用，并不影响电路的正常工作，所以不必加以区分。源极与漏极间的电阻约为几千欧。注意不能用此法判定绝缘栅型场效应管的栅极。因为这种管子的输入电阻极高，栅源间的极间电容又很小，测量时只要有少量的电荷，就可在极间电容上形成很高的电压，容易将管子损坏。3、估测场效应管的放大能力将万用表拨到R100档，红表笔接源极S，黑表笔接漏极D，相当于给场效应管加上1.5V的电源电压。这时表针指示出的是D-S极间电阻值。然后用手指捏栅极G，将人体的感应电压作为输入信号加到栅极上。由于管子的放大作用，UDS和ID都将发生变化，也相当于D-S极间电阻发生变化，可观察到表针有较大幅度的摆动。如果手捏栅极时表针摆动很小，说明管子的放大能力较弱；若表针不动，说明管子已经损坏。由于人体感应的50Hz交流电压较高，而不同的场效应管用电阻档测量时的工作点可能不同，因此用手捏栅极时表针可能向右摆动，也可能向左摆动。少数的管子RDS减小，使表针向右摆动，多数管子的RDS增大，表针向左摆动。无论表针的摆动方向如何，只要能有明显地摆动，就说明管子具有放大能力。本方法也适用于测MOS管。为了保护MOS场效应管，必须用手握住螺钉旋具绝缘柄，用金属杆去碰栅极，以防止人体感应电荷直接加到栅极上，将管子损坏。MOS管每次测量完毕，G-S结电容上会充有少量电荷，建立起电压UGS，再接着测时表针可能不动，此时将G-S极间短路一下即可。目前常用的结型场效应管和MOS型绝缘栅场效应管的管脚顺序如下图所示。六、常用场效用管1、MOS场效应管 即金属-氧化物-半导体型场效应管，英文缩写为MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor），属于绝缘栅型。其主要特点是在金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层，因此具有很高的输入电阻（最高可达1015）。它也分N沟道管和P沟道管，符号如图1所示。通常是将衬底（基板）与源极S接在一起。根据导电方式的不同，MOSFET又分增强型、耗尽型。所谓增强型是指：当VGS=0时管子是呈截止状态，加上正确的VGS后，多数载流子被吸引到栅极，从而“增强”了该区域的载流子，形成导电沟道。耗尽型则是指，当VGS=0时即形成沟道，加上正确的VGS时，能使多数载流子流出沟道，因而“耗尽”了载流子，使管子转向截止。以N沟道为例，它是在P型硅衬底上制成两个高掺杂浓度的源扩散区N+和漏扩散区N+，再分别引出源极S和漏极D。源极与衬底在内部连通，二者总保持等电位。图1（a）符号中的前头方向是从外向里，表示从P型材料（衬底）指身N型沟道。当漏接电源正极，源极接电源负极并使VGS=0时，沟道电流（即漏极电流）ID=0。随着VGS逐渐升高，受栅极正电压的吸引，在两个扩散区之间就感应出带负电的少数载流子，形成从漏极到源极的N型沟道，当VGS大于管子的开启电压VTN（一般约为+2V）时，N沟道管开始导通，形成漏极电流ID。国产N沟道MOSFET的典型产品有3DO1、3DO2、3DO4（以上均为单栅管），4DO1（双栅管）。它们的管脚排列（底视图）见图2。MOS场效应管比较“娇气”。这是由于它的输入电阻很高，而栅-源极间电容又非常小，极易受外界电磁场或静电的感应而带电，而少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压（U=Q/C），将管子损坏。因此了厂时各管脚都绞合在一起，或装在金属箔内，使G极与S极呈等电位，防止积累静电荷。管子不用时，全部引线也应短接。在测量时应格外小心，并采取相应的防静电感措施。MOS场效应管的检测方法（1）准备工作测量之前，先把人体对地短路后，才能摸触MOSFET的管脚。最好在手腕上接一条导线与大地连通，使人体与大地保持等电位。再把管脚分开，然后拆掉导线。（2）判定电极将万用表拨于R100档，首先确定栅极。若某脚与其它脚的电阻都是无穷大，证明此脚就是栅极G。交换表笔重测量，S-D之间的电阻值应为几百欧至几千欧，其中阻值较小的那一次，黑表笔接的为D极，红表笔接的是S极。日本生产的3SK系列产品，S极与管壳接通，据此很容易确定S极。（3）检查放大能力（跨导）将G极悬空，黑表笔接D极，红表笔接S极，然后用手指触摸G极，表针应有较大的偏转。双栅MOS场效应管有两个栅极G1、G2。为区分之，可用手分别触摸G1、G2极，其中表针向左侧偏转幅度较大的为G2极。目前有的MOSFET管在G-S极间增加了保护二极管，平时就不需要把各管脚短路了。MOS场效应晶体管使用注意事项。MOS场效应晶体管在使用时应注意分类，不能随意互换。MOS场效应晶体管由于输入阻抗高（包括MOS集成电路）极易被静电击穿，使用时应注意以下规则：（1）. MOS器件出厂时通常装在黑色的导电泡沫塑料袋中，切勿自行随便拿个塑料袋装。也可用细铜线把各个引脚连接在一起，或用锡纸包装（2）.取出的MOS器件不能在塑料板上滑动，应用金属盘来盛放待用器件。（3）. 焊接用的电烙铁必须良好接地。（4）. 在焊接前应把电路板的电源线与地线短接，再MOS器件焊接完成后在分开。（5）. MOS器件各引脚的焊接顺序是漏极、源极、栅极。拆机时顺序相反。（6）.电路板在装机之前，要用接地的线夹子去碰一下机器的各接线端子，再把电路板接上去。（7）. MOS场效应晶体管的栅极在允许条件下，最好接入保护二极管。在检修电路时应注意查证原有的保护二极管是否损坏。2、VMOS场效应管VMOS场效应管（VMOSFET）简称VMOS管或功率场效应管，其全称为V型槽MOS场效应管。它是继MOSFET之后新发展起来的高效、功率开关器件。它不仅继承了MOS场效应管输入阻抗高（108W）、驱动电流小（左右0.1A左右），还具有耐压高（最高可耐压1200V）、工作电流大（1.5A100A）、输出功率高（1250W）、跨导的线性好、开关速度快等优良特性。正是由于它将电子管与功率晶体管之优点集于一身，因此在电压放大器（电压放大倍数可达数千倍）、功率放大器、开关电源和逆变器中正获得广泛应用。众所周知，传统的MOS场效应管的栅极、源极和漏极大大致处于同一水平面的芯片上，其工作电流基本上是沿水平方向流动。VMOS管则不同，从左下图上可以看出其两大结构特点:第一，金属栅极采用V型槽结构；第二，具有垂直导电性。由于漏极是从芯片的背面引出，所以ID不是沿芯片水平流动，而是自重掺杂N+区（源极S）出发，经过P沟道流入轻掺杂N-漂移区，最后垂直向下到达漏极D。电流方向如图中箭头所示，因为流通截面积增大，所以能通过大电流。由于在栅极与芯片之间有二氧化硅绝缘层，因此它仍属于绝缘栅型MOS场效应管。国内生产VMOS场效应管的主要厂家有877厂、天津半导体器件四厂、杭州电子管厂等，典型产品有VN401、VN672、VMPT2等。表1列出六种VMOS管的主要参数。其中，IRFPC50的外型如右上图所示。VMOS场效应管的检测方法（1）判定栅极G将万用表拨至R1k档分别测量三个管脚之间的电阻。若发现某脚与其字两脚的电阻均呈无穷大，并且交换表笔后仍为无穷大，则证明此脚为G极，因为它和另外两个管脚是绝缘的。（2）判定源极S、漏极D由图1可见，在源-漏之间有一个PN结，因此根据PN结正、反向电阻存在差异，可识别S极与D极。用交换表笔法测两次电阻，其中电阻值较低（一般为几千欧至十几千欧）的一次为正向电阻，此时红表笔的是S极，黑表笔接D极。（数字万用表）（3）测量漏-源通态电阻RDS（on）将G-S极短路，选择万用表的R1档，红表笔接S极，黑表笔接D极，阻值应为几欧至十几欧。（数字万用表）由于测试条件不同，测出的RDS（on）值比手册中给出的典型值要高一些。例如用500型万用表R1档实测一只IRFPC50型VMOS管，RDS（on）=3.2W，大于0.58W（典型值）。（4）检查跨导 将万用表置于R1k（或R100）档，黑表笔接S极，红表笔接D极，手持螺丝刀去碰触栅极，表针应有明显偏转，偏转愈大，管子的跨导愈高。（数字万用表）注意事项：（1）VMOS管亦分N沟道管与P沟道管，但绝大多数产品属于N沟道管。对于P沟道管，测量时应交换表笔的位置。（2）有少数VMOS管在G-S之间并有保护二极管，本检测方法中的1、2项不再适用。（3）目前市场上还有一种VMOS管功率模块，专供交流电机调速器、逆变器使用。例如美国IR公司生产的IRFT001型模块，内部有N沟道、P沟道管各三只，构成三相桥式结构。（4）现在市售VNF系列（N沟道）产品，是美国Supertex公司生产的超高频功率场效应管，其最高工作频率fp=120MHz，IDSM=1A，PDM=30W，共源小信号低频跨导gm=2000S。适用于高速开关电路和广播、通信设备中。（5）使用VMOS管时必须加合适的散热器后。以VNF306为例，该管子加装1401404（mm）的散热器后，最大功率才能达到30W七、场效应管与晶体管的比较（1）场效应管是电压控制元件，而晶体管是电流控制元件。在只允许从信号源取较少电流的情况下，应选用场效应管；而在信号电压较低，又允许从信号源取较多电流的条件下，应选用晶体管。（2）场效应管是利用多数载流子导电，所以称之为单极型器件，而晶体管是即有多数载流子，也利用少数载流子导电。被称之为双极型器件。（3）有些场效应管的源极和漏极可以互换使用，栅压也可正可负，灵活性比晶体管好。（4）场效应管能在很小电流和很低电压的条件下工作，而且它的制造工艺可以很方便地把很多场效应管集成在一块硅片上，因此场效应管在大规模集成电路中得到了广泛的应用。由于半导体三极管工作在放大状态时，必须保证发射结正偏，故输入端始终存在输入电流。改变输入电流就可改变输出电流，所以三极管是电流控制器件，因而三极管组成的放大器，其输入电阻不高。场效应管是通过改变输入电压(即利用电场效应)来控制输出电流的，属于电压控制器件，它不吸收信号源电流，不消耗信号源功率，因此输入电阻十分高，可高达上百兆欧。除此之外，场效应管还具有温度稳定性好，抗辐射能力强、噪声低、制造工艺简单、便于集成等优点，所得到广泛的应用。场效应管分为结型场效应管(JFET)和绝缘栅场效应管(IGFET)，目前最常用的MOS管。由于半导体三极管参与导电的两种极性的载流子，电子和空穴，所以又称为半导体三极管双极性三极管。场效应管仅依靠一种极性的载流子导电，所以又称为单极性三极管。FETField Effect transistorJFETJunction Field Effect transistorIGFETInsulated Gate Field Effect TransistorMOSMetal-Oxide-Semiconductor1 结型场效应管一、结构结型场效应管有两种结构形式。N型沟道结型场效应管和P型沟道结型场效应管。以N沟道为例。在一块N型硅半导体材料的的两边，利用合金法、扩散法或其它工艺做成高浓度的P+型区，使之形成两个PN结，然后将两边的P+型区连在一起，引出一个电极，称为栅极G。在N型半导体两端各引出一个电极，分别作为源极S和漏极D。夹在两个PN结中间的N型区是源极与漏极之间的电流通道，称为导电沟道。由于N型半导体多数载流子是电子，故此沟道称为N型沟道。同理，P型沟道结型场效应管中，沟道是P型区，称为P型沟道，栅极与N型区相连。电路符号如图所示，箭头方向可理解为两个PN结的正向导电方向。二、工作原理从结型场效应管的结构可看出，我们在D、S间加上电压UDS，则在源极和漏极之间形成电流ID。我们通过改变栅极和源极的反向电压UGS，则可以改变两个PN结阻档层(耗尽层)的宽度。由于栅极区是高掺杂区，所以阻挡层主要降在沟道区。故|UGS|的改变，会引起沟道宽度的变化，其沟道电阻也随之而变，从而改变了漏极电流ID。如|UGS|上升，则沟道变窄，电阻增加，ID下降。反之亦然。所以改变UGS的大小，可以控制漏极电流。这是场效应管工作的基本原理，也是核心部分。下面我们详细讨论。1UGS对导电沟道的影响为了便于讨论，先假设UDS=0。(a)UGS=0(b)UGS0当UGS由零向负值增大时，PN结的阻挡层加厚，沟道变窄，电阻增大。(c)UGS=Up若UGS的负值再进一步增大，当UGS=Up时，两个PN结的阻挡层相遇，沟道消失，我们称沟道被“夹断”了，UP称为夹断电压，此时ID=0。2ID与UDS、UGS之间的关系假定：栅、源电压|UGS|0时，(为方便假定UDS=0)，则在SiO2的绝缘层中，产生了一个垂直半导体表面，由栅极指向P型衬底的电场。这个电场排斥空穴吸引电子，当UGSUT时，在绝缘栅下的P型区中形成了一层以电子为主的N型层。由于源极和漏极均为N+型，故此N型层在漏、源极间形成电子导电的沟道，称为N型沟道。UT称为开启电压，此时在漏、源极间加UDS，则形成电流ID。显然，此时改变UGS则可改变沟道的宽窄，即改变沟道电阻大小，从而控制了漏极电流ID的大小。由于这类场效应管在UGS=0时，ID=0，只有在UGSUT后才出现沟道，形成电流，故称为增强型。3特性曲线N沟道增强型场效应管，也用转移特性、输出特性表示ID、UGS、UDS之间的关系，如下图所示。转移特性：UGS0时，将产生较大的漏极电流ID。如果使UGS0，则它将削弱正离子所形成的电场，使N沟道变窄，从而使ID减小。当UGS更负，达到某一数值时沟道消失，ID=0。使ID=0的UGS我们也称为夹断电压，仍用UP表示。UGSUP沟道消失，称为耗尽型。3特性曲线N沟道MOS耗尽型场效应管的特性曲线如下图所示，也分为转移特性和输出特性。其中：IDSS UGS=0时的漏极电流。UP 夹断电压，使ID=0对应的UGS的值。P沟道场效应管的工作原理与N沟道类似。我们不再讨论。下面我们看一下各类绝缘栅场效应管(MOS场效应管)在电路中的符号。3 场效应管的主要参数场效应管主要参数包括直流参数、交流参数、极限参数三部分。一、直流参数1饱合漏极电流IDSSIDSS是耗尽型和结型场效应管的一个重要参数。定义：当栅、源极之间的电压UGS=0，而漏、源极之间的电压UDS大于夹断电压UP时对应的漏极电流。2夹断电压UPUP也是耗尽型和结型场效应管的重要参数。定义：当UDS一定时，使ID减小到某一个微小电流(如1A，50A)时所需UGS的值。3开启电压UTUT是增强型场效应管的重要参数。定义：当UDS一定时，漏极电流ID达到某一数值(如10A)时所需加的UGS值。4直流输入电阻RGSRGS是栅、源之间所加电压与产生的栅极电流之比，由于栅极几乎不索取电流，因此输入电阻很高，结型为106以上，MOS管可达1010以上。二、交流参数1低频跨导gm此参数是描述栅、源电压UGS对漏极电流的控制作用，它的定义是当UDS一定时，ID与UGS的变化量之比，即跨导gm的单位是mA/V。它的值可由转移特性或输出特性求得。在转移特性上工作点Q外切线的斜率即是gm。或由输出特性看，在工作点处作一条垂直横坐标的直线(表示UDS=常数)，在Q点上下取一个较小的栅、源电压变化量UGS，然后从纵坐标上找到相应的漏极电流的变化量ID/UGS，则gm=ID/UGS。此外。对结型场效应管，可由 求得只要将工作点处的UGS值代入就可求得gm2极间电容场效应管三个极间的电容。包括CGS、CGD和CDS。这些极间电容愈小，则管子的高频性能愈好。一般为几个pF。三、极限参数1漏极最大允许耗散功率PDmPDm=IDUDS2漏源间击穿电压BUDS在场效应管输出特性曲线上，当漏极电流ID急剧上升产生雪崩击穿时的UDS。工作时，外加在漏极、源极之间的电压不得超过此值。3栅源间击穿电压BUGS结型场效应管正常工作时，栅、源之间的PN结处于反向偏置状态，若UGS过高，PN结将被击穿。对于MOS管，栅源极击穿后不能恢复，因为栅极与沟道间的SiO2被击穿属破坏性击穿。4 场效应管的特点场效应管具有放大作用，可以组成各种放大电路，它与双极性三极管相比，具有以下几个特点：1、场效应管是一种电压控制器件通过UGS来控制ID。而双极性三极管是电流控制器件，通过IB来控制IC。2、场效应管输入端几乎没有电流场效应管工作时，栅、源极之间的PN结处于反向偏置状态，输入端几乎没有电流。所以其直流输入电阻和交流输入电阻都非常高。而双极性三极管，发射结始终处于正向偏置，总是存在输入电流，故b、e极间的输入电阻较小。3、场效应管利用多子导电由于场效应管是利用多数载流子导电的，因此，与双极性三极管相比，具有噪声小、受幅射的影响小、热稳定性好而且存在零温度系数工作点等特性。4、场效应管的源漏极有时可以互换使用由于场效应管的结构对称，有时漏极和源极可以互换使用，而各项指标基本上不受影响。因此使用时比较方便、灵活对于有的绝缘栅场效应管，制造时源极已和衬底连在一起，则源极和漏极不能互换。5、场效应管的制造工艺简单，便于大规模集成每个MOS场效应管在硅片上所占的面积只有双极性三极管的5%，因此集成度更高。6、MOS管输入电阻高，栅源极容易被静电击穿MOS场效应管的输入电阻可高达1015，因此，由外界静电感应所产生的电荷不易泄漏。而栅极上的SiO2绝缘层双很薄，这将在栅极上产生很高的电场强度，以致引起绝缘层击穿而损坏管子。7、场效应管的跨导较小组成放大电路时，在相同负载电阻下，电压放大倍数比双极性三极管低。5 场效应管放大电路根据前面讲的场效应管的结构和工作原理，和双极性三极管比较可知，场效应管具有放大作用，它的三个极和双极性三极管的三个极存在着对应关系即：G(栅极)b(基极) S(源极)e(发射极) D(漏极)c(集电极)所以根据双极性三极管放大电路，可组成相应的场效应管放大电路。但由于两种放大器件各自的特点，故不能将双极性三极管放大电路的三极管简单地用场效应管取代，组成场效应管放大电路。双极性三极管是电流控制器件，组成放大电路时，应给双极性三极管设置偏置偏流，而场效应管是电压控制器件，故组成放大电路时，应给场效应管设置偏压，保证放大电路具有合适的工作点，避免输出波形产生严重的非线性失真。一、静态工作点与偏置电路由于场效应管种类较多，故采用的偏置电路，其电压极性必须考虑。下面以N沟道为例进行讨论。N沟道的结型场效应管只能工作在UGS0，而耗尽型工作在UGS0。1 1 自给偏压偏置电路右图给出的是一种称为自给偏压电路的偏置电路，它适用于结型场效应管或耗尽型场效应管。它依靠漏极电流ID在Re上的电压降提供栅极偏压。即UGS=IDRS同样，在RS上要并联一个足够大的旁路电容。由场效应管的工作原理我们知道ID是随UGS变化的，而现在UGS又取决于ID的大小，怎么确定静态工作点的ID和UGS的值呢？一般可采用两种方法：图解法和计算法。图解法首先，作直流负载线，由漏极回路写出方程UDS=UDDID(RD+RS)由此在输出特性曲线上做出直流负载线AB，将此直流负载线逐点转到uGSiD坐标，得到对应直流负载线的转移特性曲线CD，再由UGS=IDRS在转移特性坐标中作另一条直线，两线的交点即为Q点。计算法【例】电路如上页图，场效应管为3DJG，其输出特性曲线如下图所示，已知RD=2k，RS=1.2k，UDD=15V，试用图解法确定该放大器的静态工作点。解：写出输出回路的电压电流方程，即直流负载线方程。UDS=UDDID(RD+RS)设 UDS=0V时ID=0mA时在输出特性图上将上述两点相连得直流负载线。再根据上述直流负载线与输出特性曲线簇的交点，转移到uGSiD坐标系中，画出相应于该直流负载线的转移特性曲线。在转移特性曲线上，做出UGS=IDRS的曲线。它在uGSiD坐标系中是一条直线，找出两点即可。令 ID=0 UGS=0ID=3mA UGS=3.6V连接这两点，在uGSiD坐标系中得一直线，此直线与转移特性曲线的交点即为Q点，对应Q点的值为：ID=2.5mA UGS=3V UDS=7V2分压式偏置电路分压式偏置电路也是一种常用的偏置电路，该种电路适用于所有类型的场效应管，如下图所示，为了不使分压电阻R1、R2对放大电路的输入电阻影响太大，故通过RG与栅极相连。该电路栅、源电压为：图解法同上，不过ID=0，UGS不等于0，而为计算法联立解下面方程组：【例】试计算上图的静态工作点。已知R1=50k，R2=150k，RG=1M，RD=RS=10k，RL=1M，CS=100F，UDD=20V，场效应管为3DJF，其Up=5V，IDSS=1mA。解：即将UGS代入ID式得：漏极对地电压为：UD=UDDIDRD=200.6110=13.9V二、场效应管的微变等效电路由于场效应管输入端不取电流，输入电阻极大，故输入端可视为开路。场效应管仅存在如下关系：rD很大，可以认为开路。根据电路方程可画出等效电路如右上图所示。三、共源极放大电路放大电路和微变等效电路如下图与示。场效应管放大电路的动态分析同双极性三极管，也是求电压放大倍数Au、输入电阻ri和输出电阻ro。1电压放大倍数根据电压放大倍数的定义由等效电路可得：再找出Uo和Ui的关系，即Ugs和Ui的关系，从等效电路可得：Ui=Ugs所以：2输入电阻3输出电阻四、共漏极放大器(源极输出器)电路和等效电路如下图所示。同样求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。1电压放大倍数根据电压放大倍数的定义从等效电路可得：又有 Ui=Ugs+Uo Ugs=Ui Uo2输入电阻ri=RG3输出电阻根据求输出电阻的方法，令：Us=0，并在输出端加一信号U2如下图所示则：【例】计算下面电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。电路参数为：R1=50k，R2=150k，RG=1M，RD=RS=10k，RL=1M，CS=100F，UDD=20V，场效应管为3DJF，其Up=5V，IDSS=1mA，