1、第八章：場效應管第八章：場效應管一、場效應管概述一、場效應管概述二、結型場效應管結構與原理二、結型場效應管結構與原理三、結型場效應管放大器三、結型場效應管放大器四、四、MOS場效應管介紹場效應管介紹N溝道溝道P溝道溝道增強型增強型耗盡型耗盡型N溝道溝道P溝道溝道N溝道溝道P溝道溝道（耗盡型）（耗盡型）FET場效應管場效應管JFET結型結型MOSFET絕緣柵型絕緣柵型(IGFET)IGFET（Insulated Gate Field Effect Transistor）MOS（Metal Oxide Semiconductor）vGS=0，iD=0，為增強型管；，為增強型管；vGS=0，iD 0

2、，為耗盡型管（有初始溝道）。，為耗盡型管（有初始溝道）。PMOS、NMOS、CMOS、VMOS、最新的、最新的MOS JFET (Junction Field Effect Transistor)現行有兩種命名方法現行有兩種命名方法第一種命名方法：第一種命名方法：與雙極型三極管相同，第三位字母與雙極型三極管相同，第三位字母J代表結型場效應管，代表結型場效應管，O代表絕緣柵場效應管。第二位字母代表代表絕緣柵場效應管。第二位字母代表 材料，材料，D是是P型硅，型硅，反型層是反型層是N溝道；溝道；C是是N型硅型硅P溝道。溝道。例如：例如：3DJ6D是結型是結型N溝道場效應三極管，溝道場效應三極管，3

3、DO6C 是絕緣是絕緣柵型柵型N溝道場效應三極管。溝道場效應三極管。第二種命名方法：第二種命名方法：CS#，CS代表場效應管，代表場效應管，以數字代表型號的序號，以數字代表型號的序號，#用字母代表同一型號中的不同規格。用字母代表同一型號中的不同規格。例如：例如：CS14A、CS45G等等 2、判定柵極用萬用表黑表筆碰觸管子的一個電極，紅表筆分別碰觸另外兩個電極。若兩次測出的阻值都很小，說明均是正向電阻，該管屬于N溝道場效應管，黑表筆接的也是柵極。制造工藝決定了場效應管的源極和漏極是對稱的，可以互換使用，并不影響電路的正常工作，所以不必加以區分。源極與漏極間的電阻約為幾千歐。注意不能用此法判定絕

4、緣柵型場效應管的柵極。因為這種管子的輸入電阻極高，柵源間的極間電容又很小，測量時只要有少量的電荷，就可在極間電容上形成很高的電壓，容易將管子損壞。3、估測場效應管的放大能力將萬用表撥到R100檔，紅表筆接源極S，黑表筆接漏極D，相當于給場效應管加上1.5V的電源電壓。這時表針指示出的是D-S極間電阻值。然后用手指捏柵極G，將人體的感應電壓作為輸入信號加到柵極上。由于管子的放大作用，UDS和ID都將發生變化，也相當于D-S極間電阻發生變化，可觀察到表針有較大幅度的擺動。如果手捏柵極時表針擺動很小，說明管子的放大能力較弱；若表針不動，說明管子已經損壞。由于人體感應的50Hz交流電壓較高，而不同的場

5、效應管用電阻檔測量時的工作點可能不同，因此用手捏柵極時表針可能向右擺動，也可能向左擺動。少數的管子RDS減小，使表針向右擺動，多數管子的RDS增大，表針向左擺動。無論表針的擺動方向如何，只要能有明顯地擺動，就說明管子具有放大能力。本方法也適用于測MOS管。為了保護MOS場效應管，必須用手握住螺釘旋具絕緣柄，用金屬桿去碰柵極，以防止人體感應電荷直接加到柵極上，將管子損壞。MOS管每次測量完畢，G-S結電容上會充有少量電荷，建立起電壓UGS，再接著測時表針可能不動，此時將G-S極間短路一下即可。4、場效應、場效應管的測試管的測試1、結型場效應管的管腳識別：場效應管的柵極相當于晶體管的基極，源極和漏

6、極分別對應于晶體管的發射極和集電極。將萬用表置于R1k檔，用兩表筆分別測量每兩個管腳間的正、反向電阻。當某兩個管腳間的正、反向電阻相等，均為數K時，則這兩個管腳為漏極D和源極S（可互換），余下的一個管腳即為柵極G。對于有4個管腳的結型場效應管，另外一極是屏蔽極（使用中接地）。MOS場效應晶體管在使用時應注意分類，不能隨意互換。場效應晶體管在使用時應注意分類，不能隨意互換。MOS場效場效應晶體管由于輸入阻抗高（包括應晶體管由于輸入阻抗高（包括MOS集成電路）極易被靜電擊穿，使用集成電路）極易被靜電擊穿，使用時應注意以下規則：時應注意以下規則：（1） MOS器件出廠時通常裝在黑色的導電泡沫塑料袋中

7、，切勿自行隨器件出廠時通常裝在黑色的導電泡沫塑料袋中，切勿自行隨便拿個塑料袋裝。也可用細銅線把各個引腳連接在一起，或用錫紙包裝便拿個塑料袋裝。也可用細銅線把各個引腳連接在一起，或用錫紙包裝（2）取出的）取出的MOS器件不能在塑料板上滑動，應用金屬盤來盛放待用器件。器件不能在塑料板上滑動，應用金屬盤來盛放待用器件。（3）焊接用的電烙鐵必須良好接地。）焊接用的電烙鐵必須良好接地。（4）在焊接前應把電路板的電源線與地線短接，再）在焊接前應把電路板的電源線與地線短接，再MOS器件焊接完成后器件焊接完成后在分開。在分開。（5）MOS器件各引腳的焊接順序是漏極、源極、柵極。拆機時順序相反。器件各引腳的焊接

8、順序是漏極、源極、柵極。拆機時順序相反。（6）電路板在裝機之前，要用接地的線夾子去碰一下機器的各接線端子，）電路板在裝機之前，要用接地的線夾子去碰一下機器的各接線端子，再把電路板接上去。再把電路板接上去。（7）MOS場效應晶體管的柵極在允許條件下，最好接入保護二極管。在場效應晶體管的柵極在允許條件下，最好接入保護二極管。在檢修電路時應注意查證原有的保護二極管是否損壞。檢修電路時應注意查證原有的保護二極管是否損壞。 5、MOS場效應晶體管使用注意事項場效應晶體管使用注意事項2.2.結型結型場效應管場效應管（JFET)結構結構1. 1. 結型結型場效應管場效應管（JFET)分類：分類：輸入電阻約為

9、輸入電阻約為107 。P+P+NGSDN溝道結型場效應管溝道結型場效應管導電溝道導電溝道P溝道：溝道：N溝道：溝道：現以現以N溝道結型場效應管為例討論外溝道結型場效應管為例討論外加電場是如何來控制場效應管的電流加電場是如何來控制場效應管的電流的。的。如圖所示，場效應管工作時它的兩個如圖所示，場效應管工作時它的兩個PN結始終要加反向電壓。對于結始終要加反向電壓。對于N溝道，溝道，各極間的外加電壓變為各極間的外加電壓變為UGS0，漏源，漏源之間加正向電壓，即之間加正向電壓，即UDS0。當當G、S兩極間電壓兩極間電壓UGS改變時，溝道改變時，溝道兩側耗盡層的寬度也隨著改變，由于兩側耗盡層的寬度也隨著

10、改變，由于溝道寬度的變化，導致溝道電阻值的溝道寬度的變化，導致溝道電阻值的改變，從而實現了利用電壓改變，從而實現了利用電壓UGS控制控制電流電流ID的目的。的目的。NDGSPPIDUDSUDDUGGUGS3. 3. 場效應管工作原理場效應管工作原理（1）當）當UGS時，時，場效應管兩側的場效應管兩側的PN結均處于零偏置，結均處于零偏置，形成兩個耗盡層形成兩個耗盡層,如如圖（）所示。此圖（）所示。此時耗盡層最薄，導時耗盡層最薄，導電溝道最寬，溝道電溝道最寬，溝道電阻最小電阻最小。 1）UGS對導電溝道的影響對導電溝道的影響（2）當）當|UGS|值增值增大時，柵源之間反大時，柵源之間反偏電壓增大，

11、偏電壓增大，PN結結的耗盡層增寬，如的耗盡層增寬，如圖（圖（b）所示。導致）所示。導致導電溝道變窄，溝導電溝道變窄，溝道電阻增大。道電阻增大。 1）UGS對導電溝道的影響對導電溝道的影響（3）當）當|UGS|值增大到值增大到使兩側耗盡層相遇時，使兩側耗盡層相遇時，導電溝道全部夾斷，導電溝道全部夾斷，如圖（如圖（c）所示。溝道）所示。溝道電阻趨于無窮大。對電阻趨于無窮大。對應的柵源電壓應的柵源電壓UGS稱為稱為場效應管的夾斷電壓，場效應管的夾斷電壓，用用UGS(off)來表示。來表示。 1）UGS對導電溝道的影響對導電溝道的影響N溝道DGSNDGSUGGPPP(b)DGSUGG耗盡層(a)(c)

12、PPP a）導電溝道最寬）導電溝道最寬; （b）導電溝道變窄）導電溝道變窄; （c）導電溝道夾斷）導電溝道夾斷 1）UGS對導電溝道的影響對導電溝道的影響（2）當）當UDS增加時，漏極電增加時，漏極電流流ID從零開始增加，從零開始增加，ID流過流過導電溝道時，沿著溝道產生導電溝道時，沿著溝道產生電壓降，使溝道各點電位不電壓降，使溝道各點電位不再相等，溝道不再均勻。靠再相等，溝道不再均勻。靠近源極端的耗盡層最窄，溝近源極端的耗盡層最窄，溝道最寬道最寬;靠近漏極端的電位靠近漏極端的電位最高，且與柵極電位差最大，最高，且與柵極電位差最大，因而耗盡層最寬，溝道最窄。因而耗盡層最寬，溝道最窄。由圖可知，

13、由圖可知，UDS的主要作用的主要作用是形成漏極電流是形成漏極電流ID。 2）UDS對導電溝道的影響對導電溝道的影響設柵源電壓設柵源電壓UGS=0（1）當）當UDS=0時，時，ID=0，溝道均勻，如圖所示。，溝道均勻，如圖所示。（3）當）當0UGSUGS(off)時，時，電流電流ID在零和最大值之間在零和最大值之間變化。變化。改變柵源電壓改變柵源電壓UGS的的大小，能引起管內耗盡層大小，能引起管內耗盡層寬度的變化，從而控制了寬度的變化，從而控制了電流電流ID的大小。的大小。場效應管場效應管和三極管一樣，可看作是和三極管一樣，可看作是受控電流源，但它是一種受控電流源，但它是一種電壓控制的電流源電壓

14、控制的電流源。3）UDS和和UGS 共同作用的情況：共同作用的情況：設漏源間加有電壓設漏源間加有電壓UDS：當當UGS變化時，電流變化時，電流ID將隨溝道電阻的變化而變化。將隨溝道電阻的變化而變化。（1）當）當UGS=0時，溝道電阻最小，電流時，溝道電阻最小，電流ID最大。最大。（2）當）當|UGS|值增大時，耗盡層變寬，溝道變窄，值增大時，耗盡層變寬，溝道變窄，溝道電阻變大，電流溝道電阻變大，電流ID減小，減小，直至溝道被耗盡層夾斷，直至溝道被耗盡層夾斷，ID=0。DP+P+NGSUDSIDUGS預夾斷預夾斷UGS=UP夾斷狀態夾斷狀態ID=03）UDS和和UGS 共同作用的情況：共同作用的

15、情況：轉移特性曲線是指在一定漏源電壓轉移特性曲線是指在一定漏源電壓UDS作用下，柵極電壓作用下，柵極電壓UGS對漏極電流對漏極電流ID的控制關系曲線，即：的控制關系曲線，即：ID / mA54321UGS / VUDS 10 VUGS(off)01234IDSS3.4常數GSUGSDUfI)(1）轉移特性曲線）轉移特性曲線VmAVUGGGUGSSDUDSUDDID測試電路：測試電路：特性曲線：特性曲線：4. 4. 結型場效應管的特性曲線結型場效應管的特性曲線從轉移特性曲線可知，從轉移特性曲線可知，UGS對對ID的控制作用如下：的控制作用如下：ID / mA54321UGS / VUDS 10

16、VUGS(off)01234IDSS3.4VmAVUGGGUGSSDUDSUDDID（1）當）當UGS=0時，導電溝道最寬、溝道電阻最小。所以當時，導電溝道最寬、溝道電阻最小。所以當UDS為某為某一定值時，漏極電流一定值時，漏極電流ID最大，稱為飽和漏極電流最大，稱為飽和漏極電流,用用IDSS表示。表示。（2）當）當|UGS|值逐漸增大時，值逐漸增大時，PN結上的反向電壓也逐漸增大，耗盡結上的反向電壓也逐漸增大，耗盡層不斷加寬，溝道電阻逐漸增大，漏極電流層不斷加寬，溝道電阻逐漸增大，漏極電流ID逐漸減小。逐漸減小。（3）當）當UGS=UGS(off)時，溝道全部夾斷，時，溝道全部夾斷，ID=0

17、。輸出特性曲線是指在一定柵極電壓輸出特性曲線是指在一定柵極電壓UGS作用下，作用下，ID與與UDS之間的關系曲之間的關系曲線，即：線，即：常數GSUGSDUfI)(2）輸出特性曲線（或漏極特性曲線）輸出特性曲線（或漏極特性曲線）ID / mA54321UDS / V010203 .4V2 V1 VUGS0可變電阻區預夾斷軌跡恒流區夾斷區可分成以下幾個工作區：可分成以下幾個工作區：（1）可變電阻區）可變電阻區（2）恒流區（線性放大區）恒流區（線性放大區）（3）夾斷區）夾斷區（4）擊穿區（當）擊穿區（當UDS增加到一定增加到一定值時，值時，ID猛然增加，靠近漏極的猛然增加，靠近漏極的PN結擊穿。）

18、結擊穿。）詳情如下：詳情如下：4. 4. 結型場效應管的特性曲線結型場效應管的特性曲線 （1）可變電阻區。當）可變電阻區。當UGS不變，不變，UDS由零逐漸增加且較小時，由零逐漸增加且較小時，ID隨隨UDS的增加而線性上升，場效應管導電溝的增加而線性上升，場效應管導電溝道暢通。漏源之間可視為一個線性電道暢通。漏源之間可視為一個線性電阻阻RDS，這個電阻在，這個電阻在UDS較小時，主要較小時，主要由由UGS決定，所以此時溝道電阻值近似決定，所以此時溝道電阻值近似不變。而對于不同的柵源電壓不變。而對于不同的柵源電壓UGS，則，則有不同的電阻值有不同的電阻值RDS，故稱為可變電阻，故稱為可變電阻區。

19、區。 （2）恒流區（或線性放大區）。圖）恒流區（或線性放大區）。圖3.29中間部分是恒流區，在此區域中間部分是恒流區，在此區域ID不不隨隨UDS的增加而增加，而是隨著的增加而增加，而是隨著UGS的的增大而增大，輸出特性曲線近似平行增大而增大，輸出特性曲線近似平行于于UDS軸，軸，ID受受UGS的控制，表現出的控制，表現出ID / mA54321UDS / V010203 .4V2 V1 VUGS0可變電阻區預夾斷軌跡恒流區夾斷區場效應管電壓控制電流的放大作用，場效應管電壓控制電流的放大作用，場效應管組成的放大電路就工作在場效應管組成的放大電路就工作在這個區域。這個區域。（3）夾斷區。當）夾斷區

20、。當UGSU GS(off)時，時，場效應管的導電溝道被耗盡層全部場效應管的導電溝道被耗盡層全部夾斷，由于耗盡層電阻極大，因而夾斷，由于耗盡層電阻極大，因而漏極電流漏極電流ID幾乎為零。此區域類似幾乎為零。此區域類似于三極管輸出特性曲線的截止區，于三極管輸出特性曲線的截止區，在數字電路中常用做開斷的開關。在數字電路中常用做開斷的開關。（4）擊穿區。當）擊穿區。當UDS增加到一定增加到一定值時，漏極電流值時，漏極電流ID急劇上升，靠近急劇上升，靠近漏極的漏極的PN結被擊穿，管子不能正結被擊穿，管子不能正常工作，甚至很快被燒壞。常工作，甚至很快被燒壞。ID / mA54321UDS / V0102

21、03 .4V2 V1 VUGS0可變電阻區預夾斷軌跡恒流區夾斷區const.DSDGS)( vvfi轉移特性轉移特性 const.GSDDS)( vvfi)0()1(GSP2PGSDSSD vVVvIi 輸出特性輸出特性 VP夾斷區4. 4. 結型場效應管的特性曲線結型場效應管的特性曲線5.5.場效應場效應管的主要參數管的主要參數（1）夾斷電壓）夾斷電壓VP（ 或或VGS(off) ） VP 是是MOS耗盡型和結型耗盡型和結型FET的參數，當的參數，當VGS=VP時時,漏極電流為零。漏極電流為零。 （2）飽和漏極電流）飽和漏極電流IDSS MOS耗盡型和結型耗盡型和結型FET, 當當VGS=0

22、時所對應的漏極電流。時所對應的漏極電流。 （3）輸入電阻）輸入電阻RGS 結型場效應管，結型場效應管，RGS大于大于107，MOS場效應管場效應管, RGS可達可達1091015。（4） 低頻跨導低頻跨導gm gm反映了柵壓對漏極電流的控制作用，單位是反映了柵壓對漏極電流的控制作用，單位是mS(毫西門子毫西門子)。（5） 最大漏極功耗最大漏極功耗PDM PDM= VDS ID，與雙極型三極管的，與雙極型三極管的PCM相當。相當。5.5.場效應場效應管的主要參數管的主要參數5.5.場效應場效應管的主要參數管的主要參數BJT 和和 FET 對照：對照：比較內容比較內容場效應管場效應管雙極型晶體管雙

23、極型晶體管備注備注導電方式導電方式一種一種兩種兩種控制方式控制方式電壓控制電壓控制電流控制電流控制電極名稱電極名稱GDSBCED、S 有互換性有互換性電路組態電路組態CSCDCGCECCCB控制因子控制因子低頻跨導低頻跨導gm電流放大系數電流放大系數導電類型導電類型P溝道溝道N溝道溝道PNPNPN輸入電阻輸入電阻很高很高107-15較低，較低，1K左右左右溫度特性溫度特性很好很好較差（少子影較差（少子影響）響）抗輻射性抗輻射性很好很好較差較差1. 直流偏置電路：直流偏置電路：三、場效應三、場效應管放大電路管放大電路（1）自）自偏壓電路偏壓電路vGSvGS =- iDR 注意：該電路產生負的柵源

24、電壓，所以只能用于需要負柵源電壓的電路。注意：該電路產生負的柵源電壓，所以只能用于需要負柵源電壓的電路。計算計算Q點：點：VGS 、 ID 、VDSvGS =2PGSDSSD)1(VvIi VDS =VDD- ID (Rd + R )已知已知VP ，由，由- iDR可解出可解出Q點的點的VGS 、 ID 、 VDS （2）分壓式自）分壓式自偏壓電路偏壓電路SGGSVVVRIVRRRDDDg2g1g22PGSDSSD)1 (VvIIVDS =VDD-ID(Rd+R)可解出可解出Q點的點的VGS 、 ID 、 VDS 計算計算Q點：點：已知已知VP ，由，由RIVRRRVDDDg2g1g2GS該電路產生的柵源電壓可正該電路產生的柵源電壓可正可負，所以適用于所有的場可負，所以適用于所有的場效應管電路。效應管電路。三、場效應三、場效應管放大電路管放大電路2 2. .場效應場效應管的交流小信號模型管的交流小信號模型 與雙極型晶體管一樣，場效應管也是一種非線性器