第5章本章讨论主要问题:●场效应管的分类；●各种场效应管栅极电压和漏极电压对漏极电流的控制机理；●场效应管的特性曲线；●场效应管放大电路；●场效应管的特点；●场效应管与双极型晶体管相比有什么相同和不同之处.场效应管是利用电场效应来控制电流的半导体器件。●场效应管结构上与双极型晶体管的区别:（1）与双极型晶体管不同场效应管是一种载流子导电，空穴或电子，故称单极型晶体管；（2）场效应管是通过外加电场改变沟道几何形状以改变沟道电阻的大小，达到控制电流的目的。场效应管即由此而得名。场效应管是电压控制器件,但是，并不能说双极型晶体管是电流控制器件。●场效应管的特点:（1）输入阻抗高；（2）因为是多数载流子导电，所以抗辐射能力强，噪声低；（3）功耗小，便于集成。●分类:♦结型场效应管；♦绝缘栅场效应管；♦金属场效应管。5.1结型场效应管5.1.1工作原理（以N沟道型场效应管为例）1.结构图5-1(a)示出N沟道结型场效应管的结构示意图，图(b)是它的符号。它是在一块N型硅片的两侧，扩散出两个高掺杂的P+区，形成两个PN结，并将两个P+区连在一起作为栅极，用G表示.N型硅片两端各引出一个电极，分别称为源极和漏极,用S和D表示。N区为载流子通过的路径，称为导电沟道。由于源极和漏极结构相同，完全对称，故可以相互颠倒使用。2.工作原理正常工作时，应该在栅-源之间加负偏压VGG，这样两个PN结就被加上反向偏压，耗尽层变厚。若漏-源之间不加电压，则不会有电流通过沟道，只有在漏-源之间加正向偏压VDD，沟道中的多数载流子才会在电场的作用下由源极向漏极作漂移运动，形成由漏极流向源极的漏极电流ID。下面分别说明VGG和VDD对漏极电流的控制作用。●VDD=0，VGG对沟道的的控制作用VDD=0，若VGG较小时，耗尽层较窄，导电沟道很宽；但随着VGG的增大，耗尽层加宽，沟道变窄。当VGG大到一定值时，沟道被夹断。这时的栅-源电压称为夹断电压，记作UGS(off)，见图5-2(a)。●VGG为定值，VDD对ID的控制作用当VDD=0时，ID=O。若VDD>0，则有漏极电流从漏极流向源极。这时，由于漏极电位高于源极，故靠近漏极的那部分PN结承受的反向电压比靠近源极的那一部分PN结承受的反向电压大，所以，靠近小。但是总的结果是漏极电流随漏极电压的升高而增大。当漏极电压升高增至某一值(UGD=UGS(off))时，漏极一边的耗尽层出现夹断，如图5-2(c)所示。如果再继续增大漏极电压，夹断区会加长。但是漏极电压几乎全部降再夹断区，沟道区的电场强度几乎不变，所以，电流ID基本不变，即漏极电流达到一饱和值。由以上分析可见，无论栅极电压还是漏极电压变化，均是改变耗尽层的厚度来改变沟道的几何形状，从而达到控制沟道电流的目的。5.1.2结型场效应管的特性与晶体三极管相同，场效应管也用图解、解析式和参数三种方式表达其特性。1.特性曲线由于结型场效应管的栅-源之间总是加反向偏压，栅极电流就是PN结的反向饱和电流，它不因外加电压的大小而变化，故输入特性无意义。●输出特性曲线场效应管输出特性曲线是以UGS为常数，表示ID与UDS的关系曲线。如图5-3所示。其函数关系为♦UDS较小时,ID随UDS近似线性地增大，电流的增长速度比电压的增长速度略慢。这个区称为不饱和区(线性电阻区)；♦UDS增大，沟道被夹断，ID随UDS的增大变化甚微，这个区为饱和区（放大区）。饱和区与不饱和区的分界点为UGD=UGS(off)，或理论分析指出，在饱和区，漏极电流与栅极电压成平方律的关系，即实验结果略有误差。由以上分析可以看出，在饱和区，栅极电压对漏极电流的控制作用大于漏极电压对漏极电流的控制作用。漏极电压对ID的控制作用是通过沟道长度调制作用，与双极型晶体管的基区宽度效应相类似.●P沟道结型场效应管特性曲线2.参数●直流参数♦IDSS：栅极短路，漏极电压为某一固定值时的漏极电流；♦UGS(off)：夹断电压,保证管子工作于饱和区,漏极电流减至某一值(一般规定为50μA)对应的栅极电压UGS；♦RGS：直流输入电阻，因为删源间加反向电压，删源电流为PN结的反向饱和电流，故这一电阻很大，一般在10MΩ以上。●小信号交流参数♦gfs：正向跨导，表示漏极电压一定，栅极电压对漏极电流的控制作用，其表达式为一般场效应管栅源电压对漏极电流的控制作用小于双极型晶体管发射极电压对集电极电流的控制作用，故场效应管的跨导较双极型晶体管跨导小。♦rds：漏源微变电阻，表示UGS固定，UDS的变化量与相应的ID的变化量之比，即大，在不饱和区较小。●极限参数♦BUDS：漏源间击穿电压；♦BUGS：栅源间击穿电