第三章 場效應(yīng)管及其應(yīng)用

高起專網(wǎng)絡(luò)教材—《模擬電子技術(shù)》－場效應(yīng)管及其應(yīng)用主編：周雪，西安電子科技大學(xué)出版社FrequentlyAskedQuestion（FAQ）場效應(yīng)管具有哪些優(yōu)點？解：場效應(yīng)管不僅具有一般半導(dǎo)體三極管體積小、重量輕、耗電省、壽命長等特點，而且還具有輸入電阻高、噪聲低、抗輻射能力強(qiáng)、功耗小、熱穩(wěn)定性好、制造工藝簡單。易于集成等優(yōu)點。JFET的柵極與溝道間的PN結(jié)在一般作為放大器件工作時，能用正向偏置嗎？BJT的發(fā)射結(jié)呢？解：JFET工作時，柵極與溝道間的PN結(jié)要反向偏置。而BJT工作時，發(fā)射結(jié)要正向偏置。在低噪聲電路的設(shè)計中，試說明為什么選用JFET而不用BJT？解：JFET的一個優(yōu)點是其噪聲系數(shù)很小，可達(dá)1.5dB以下；而BJT的噪聲系數(shù)比起JFET而言要高些。因此，在低噪聲電路的設(shè)計中要選用JFET而不用BJT。場效應(yīng)管的輸出特性曲線分幾部分？解：輸出特性曲線分四部分：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)、擊穿區(qū)和夾斷區(qū)。為什么MOSFET的輸入電阻比JFET還高？解：JFET的輸入電阻從本質(zhì)上來說是PN結(jié)的反向電阻，PN結(jié)反向偏置時總會有一些反向電流存在，這就限制了輸入電阻的進(jìn)一步提高。而MOSFET是利用半導(dǎo)體表面的電場效應(yīng)進(jìn)行工作時。由于它的柵極處于不導(dǎo)電狀態(tài)，因此輸入電阻大為提高。JFET與耗盡型MOSFET同屬于耗盡型，為什么JFET的VGS只能有一種極性，而GS耗盡型MOSFET的V可以有兩種極性？GS解：以N溝道為例，N溝道JFET，當(dāng)V>0時，將使PN結(jié)處于正向偏置而產(chǎn)生GS較大的柵流，破壞了它對漏極電流i的控制作用。但是N溝道耗盡型MOSFET在V〉00as時，由于絕緣層的存在，并不會產(chǎn)生PN結(jié)的正向電流，而是在溝道中感應(yīng)出更多的負(fù)電荷。在Vds作用下，i0將有更大的數(shù)值。所以，N溝道耗盡型MOSFET可以在正或負(fù)的柵源電壓下工作，而且基本上無柵流。試解釋為什么N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場效應(yīng)管中，靠近漏極的導(dǎo)電溝道較窄，而靠近源極的較寬？解：當(dāng)VGS〉VGS（th）時，在源極與漏極間形成了自由電子導(dǎo)電溝道（反型層），在漏GSGS（th）極電源VD的作用下，這些載流子由源極向漏極擴(kuò)散，而源極區(qū)的自由電子不斷向溝道內(nèi)擴(kuò)散，在靠近漏極的溝道內(nèi)自由電子則漂移到漏極區(qū)被電源吸收，所以靠近漏極的導(dǎo)電溝道較窄，而靠近源極的較寬。自由電子在溝道內(nèi)擴(kuò)散形成了梯度，所以溝道從源極到漏極是由寬度窄逐漸變化的。& 為什么在場效應(yīng)管低頻放大電路中，輸入端耦合電容通常取得較?。?0.01F?0.047pF),而在BJT電路低頻放大電路中往往取得較大(幾到幾十微法)？解：這是因為場效應(yīng)管電路的輸入電阻很大，即使電容很小，其容抗也無法與之相比擬，仍可以忽略不計。而BJT電路的輸入電阻本身較小，只有當(dāng)電容的容量很大時，其容抗才能忽略。請你總結(jié)一下場效應(yīng)管的優(yōu)點。解：場效應(yīng)管的優(yōu)點有：①輸入阻抗高；②噪音低；③熱穩(wěn)定性好；④抗輻射能力強(qiáng)；⑤能在微功耗下工作，工作電流僅為 100uA左右；⑥便于集成化。請你總結(jié)一下場效應(yīng)管的缺點。解：場效應(yīng)管的缺點有：①工作頻率低；②輸出功率?。虎埏柡蛪航荡蟆Ｕ埬惆褕鲂?yīng)管與晶體三極管進(jìn)行比較。解：①輸入電阻比較：普通三極管，因e結(jié)處于正偏，所以R小,約1k。場效i應(yīng)管，對于結(jié)型，輸入端PN結(jié)反偏，所以R較高，約107。。對于絕緣柵型，因Gi極處于絕緣狀態(tài)，所以R極高，約109?1015Q。②普通三極管：雙極型。兩種載i流子同時參與導(dǎo)電。場效應(yīng)管：單極型。僅多數(shù)載流子參與導(dǎo)電。③普通三極管的噪聲系數(shù)N大于場效應(yīng)管的噪聲系數(shù)N。其原因是晶體三極管中存在擴(kuò)散噪聲和分FF噪聲。④場應(yīng)管的D、S極可互換，而晶體三極管，c、e不可互換，其原因是內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同。場效應(yīng)管為電壓控制器件，即I=g?U；而晶體三極管為電流控制器件，Dmgs即I=0I。⑤場效應(yīng)管的飽和壓降大于晶體三極管的飽和壓降。⑥場效應(yīng)管的頻率Ch特性不及晶體三極管。其原因是場效應(yīng)管的極間電容較大。⑦場效應(yīng)管的輸入功率極小，輸出功率也不及晶體三極管大。絕緣柵場效應(yīng)管的柵極為什么不能開路？解：因為SiO2絕緣層厚度很薄，微小的感應(yīng)電壓便能產(chǎn)生很高的電場強(qiáng)度，以致使絕緣層擊穿而損壞。為使感應(yīng)電荷得以釋放，故柵源間應(yīng)有釋放通道，以所柵極不能開路。比較共源極場效應(yīng)管放大電路和共發(fā)射極晶體管放大電路，在電路結(jié)構(gòu)上有何相似之處？為什么前者的輸入電阻較高？解：若共源極場效應(yīng)管采用分壓式偏置電路，則和分壓式偏置電路的晶體管共射極放大電路在結(jié)構(gòu)上是完全相似的。但因場效應(yīng)管本身是電壓控制型，柵極無電流，故輸入電阻很高，而釋放電阻R也可選得秀大，因此具有較高的輸入電阻。G使用場效應(yīng)管應(yīng)注意的事項？解：注意的事項如下：MOS管柵、漏極之間的電阻很高，使用柵極的感應(yīng)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。因此，保存MOS管應(yīng)使三個電極短接，避免柵極懸空。焊接時，電烙鐵的外殼應(yīng)良好接地。有些場效應(yīng)管將襯底引出，故有四個管腳，這種管子的漏極與源極可以互換使用。但有些場效應(yīng)管在內(nèi)部已將襯底與源極接在一起，只引出3個電

極，這種管子的漏極與源極不能互換。使用場效應(yīng)管時各極必須加正確的工作電壓。在使用場效應(yīng)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。能否用萬用表檢測各類場效應(yīng)管的性能？解：可以用萬用表測量結(jié)型場效應(yīng)管的管腳，但不能用萬用表進(jìn)行檢測MOS型場效應(yīng)管效應(yīng)管的管腳。怎樣對MOS型場效應(yīng)管進(jìn)行檢測？解：由于絕緣柵型MOS場效應(yīng)管輸入阻抗很高，不宜用萬用表測量，必須用測試儀測量，而且測試儀必須良好接地，測試結(jié)束后應(yīng)先短接各電極，以防外來電勢將柵極擊穿。如何用萬用表判別結(jié)型場效應(yīng)管的管腳？解：管腳的判別：首先確定柵極，將萬用表置 RX1KQ或RX100Q擋，用黑表筆棒接假設(shè)的柵極，再用紅表筆棒分別接另外兩腳。若測得的電阻小，黑、紅棒對調(diào)后阻值大，則假設(shè)的柵極正確，并知它是N溝道場效應(yīng)管，反之為P溝道場效應(yīng)管。其次確定源極和漏極，對于結(jié)型場效應(yīng)管，由于漏、源極是對稱的，可以互換，因此，剩余的兩只管腳中任意一只都可以作為源極或漏極。如何用萬用表判別結(jié)型場效應(yīng)管性能的優(yōu)劣解：把萬用表置RX1KQ或RX100Q擋，紅、黑兩表棒分別交替接源極和漏極，阻值均小。隨后將黑表棒接?xùn)艠O，紅表棒分別接源極和漏極，對N溝道，阻值應(yīng)很?。粚溝道，阻值應(yīng)很大。再將紅、黑表棒對調(diào)，測得的數(shù)值相反，這樣的管子基本上是好的。否則，要么擊穿，要么短路。為什么增強(qiáng)型絕緣柵場效應(yīng)管放大電路無法采用自給偏置？解：對N溝道管增強(qiáng)型場效應(yīng)管的開啟電壓UGS(th)>0，而自給偏置只能獲得負(fù)的GS(th)偏置電壓，U<0，因此管子無法開啟。對P溝道管而言，則相反，U<0，而自給GSGS(th)偏置又只能獲得正的偏置電壓，U>0，同樣無法工作。所以增強(qiáng)型管放大電路不能GS采用自給偏置。場效應(yīng)管有哪些分類？解：場效應(yīng)管的分類如下：fJFET=

結(jié)型N溝道fJFET=

結(jié)型(耗盡型)場效應(yīng)管円増強(qiáng)型N溝道F場效應(yīng)管円増強(qiáng)型N溝道耗盡型N溝道,MOSFET

(IGFET)

絕緣柵裂耗盡型N溝道場效應(yīng)管的工作原理。解：場效應(yīng)管的工作原理：外加電壓改變導(dǎo)電溝道的寬度，以達(dá)到改變溝道電

阻，進(jìn)而改變其中流過電流的大小。請你繪出各種場效應(yīng)管的特性曲線解：各種場效應(yīng)管的特性曲線如下。用來描述三極管器件的曲線有輸入特性曲線和輸出特性曲線，描述場效應(yīng)管器件的特性曲線呢？

解：由于場效應(yīng)管在放大工作時，沒有柵流，故它沒有輸入特性曲線，與之相對應(yīng)的是轉(zhuǎn)移特性曲線。有輸出特性曲線。JFET的N溝道的特性曲線如下：543-2V204^DSS3 12 16 20 24擊穿區(qū)/mAf可變電阻區(qū)6/d/mA543-2V204^DSS3 12 16 20 24擊穿區(qū)/mAf可變電阻區(qū)6/d/mA:-11~~q >^GS/V^S=-4V［恒流