04模拟电子技术第四章_2010

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N
S 源极
2012年6月10日星期 日
1. 当UDS = 0 时， uGS 对导电沟道的控制作用
UGS(off)为夹断电压,为负值。UGS(off) 也可用UP表示
UGS = 0 时，耗尽 层比较窄，导电沟 比较宽 UGS 由零逐渐减小（绝对 当 UGS = UGS（Off)，耗尽层 值变大），耗尽层逐渐 合拢，导电沟被夹断. 加 宽 ，导 电沟 相 应变 窄 。
0V
N沟道
宽
VGS=VP（夹断电压)
-
窄 PN结反偏
2．VDS控制沟道形状
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电位梯度 楔形沟道 预夹断
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一、结型改变 UGS 大小来控制漏极电 流 ID 的。(VCCS)
D 漏极
耗尽层
栅极
G P+
N 型 沟 道
P+
*在栅极和源极之间 加反向电压，耗尽层会变 宽，导电沟道宽度减小， 使沟道本身的电阻值增大， 漏极电流 ID 减小，反之， 漏极 ID 电流将增加。 *耗尽层的宽度改变 主要在沟道区。
跨导表征栅压对漏极电流的控制能力。
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☆ 漏极电阻
ro V D S / I D 1 / | I D |
☆ 栅极与源、漏极电容
C j C j 0 /(1 V D / 0 )
m
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例 N沟道JFET的VP=-3V， IDSS=9mA,ro=∞，设工作在恒 流区，求跨导gm ，当Vi变化 0.1V时，Vo的变化是多少？
D
G
ID = 0
N + 型 P 沟 道
D G
ID = 0
N 型 P+ 沟 道
D G
ID = 0
P+
P+
P+
P+
S VGG
(a) UGS = 0
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S VGG
(b) UGS(off) < UGS < 0
S
(c) UGS ＜UGS(off)
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2. 当uGS 为UGS（Off)~0中一固定值时, uDS 对漏极电流iD的影响。 uGD ＝ uGS －uDS (a)
VGS<VP 可变电阻区 VGD<VP， VDS>VGS－VP 夹断区(恒流区) VGS<VP VGD>VP， VDS<VGS－VP VGS<VP 临界夹断线 VGD=VP， VDS＝VGS－VP
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特性曲线
1. 转移特性(N 沟道结型场效应管为例)
+
mA

iD
V UDS
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3.当uGD < uGS(off), uGS > uGS(off)时（恒流区）， uGS 对漏极电流iD的控制作用
在uGD ＝ uGS －uDS < uGS(off),当uDS为一常量时，对应于 确定的uGS ，就有确定的iD。uDS(uGD)对iD没有影响。
场效应管为电压控制元件(VCCS)。 场效应管用低频跨导gm的大小描述栅源电压对漏极电流 的控制作用。
D iD
(d)
P+
D
iD
G
+ PP+
VDD
G
P++ P
P+
VDD
N
VGG
S iS
VGG
S iS
uGS < 0,uGD = UGS(off), ,沟道变窄预夹断 uGS < 0 ,uGD < uGS(off),夹断，iD几乎不变
(1) 改变 uGS ，改变了 PN 结中电场，控制了 iD ，故称场效应管； (2)结型场效应管栅源之间加反向偏置电压，使 PN 反偏，栅极 基本不取电流，因此，场效应管输入电阻很高。
V p 4 V , V G S 0 V , V D S 0 .5 V
VG S V P , VG S V P 4 V V D S
可变电阻区
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例 N沟道JFET的Vp=-3V，判 断处在什么区？
V P 3V , V G S 2 V , V D S 6 V
iD f (uGS )
（恒流区）
U DS 常数
G
D
+

VGG
+
V uGS
S
uGS = 0 ，iD 最大； iD u 愈负，iD 愈小； IDSS VDD GS uGS = UGS(off) ，iD 0。

特性曲线测试电路
UGS(off)
O uGS
转移特性
两个重要参数
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P 沟 道
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例 N沟道JFET的Vp=-3V，判断处在什么区？
V P 3V , V G S 4 V , V D S 10 V
VG S V P , V G S V P 1V V D S
截止区 例 P沟道JFET的Vp=4V，判断处在什么区？
4.1结型场效应晶体管
4.2MOS场效应晶体管
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4 场效应管
BJT是一种电流控制元件(iB~ iC)，工作时，多数载流 子和少数载流子都参与运行，所以被称为双极型器件。 场效应管（Field Effect Transistor简称FET）是一 种电压控制器件(uGS~ iD) ，工作时，只有一种载流子参与 导电，因此它是单极型器件。 FET因其制造工艺简单，功耗小，温度特性好，输 入电阻极高等优点，得到了广泛应用。
VG S 0
ID
VG S 0
假设为恒流区
I D SS VGS 1 VP
2
VG S 0
I D SS 1 0 m A
V D V D S 20 I D R D 10 V
V D S 1 0 V V G S V P 3V
P+
D
iD
(b)
D
iD
G
N
P+
VDD
+ P+ GP N
P+
VDD
S iS uGS = 0，uGD > UGS（Off) ，iD 较大。
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VGG
S iS
uGS < 0，uGD > UGS（Off) ，iD 更小。
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注意：当 uDS > 0 时，耗尽层呈现楔形。
VDS增加 (c)
与假设一致
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故为恒流区
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2、交流小信号模型 （N沟，恒流区）
☆ 跨导
gm dI D dV GS 2 I DSS V GS 1 VP VP ID I DSS gm0 ID I DSS

2 I DSS VP
gm0是VGS=0时的跨导，恒为正
恒流区
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例 N沟道JFET的VP=-2V， IDSS=4mA,判断处在什么区？ 设为恒流区
V GS I D R S
I D I DSS V GS 1 VP 1 41 I D 2
2 2
I D1 4 m A ;
VG S V P , V G S V P 1V V D S
恒流区
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四、JFET的模型 P-JFET N-JFET
1、直流大信号模型 ☆ JFET可变电阻区的 大信号特性为：
I D I DSS V GS 21 VP V DS V DS V V P P
D G
S
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S 符号
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二、 工作原理与特性曲线
工作原理 1．VGS控制沟道宽窄
窄
VGS=VP（夹断电压) 宽
P沟道
0
2．VDS控制沟道形状
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PN结反偏 电位梯度 楔形沟道 预夹断
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-
二、 工作原理与特性曲线
工作原理 1．VGS控制沟道宽窄
1
对于临界夹断条件为： V DS V GS V P
I D I DSS V GS 1 VP
2
☆ 考虑到沟道长度的调变效应， JFET恒流 区的大信号特性为： 2

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I D I DSS
V GS 1 VP
1 + V DS

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JFET的λ 约为0.02/V～0.01/V

I D I DSS
V 1 GS VP
1 + V DS
2

☆ JFET恒流区大信号模型（N沟）：
G + VGS S + ID D
VDS
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例 N沟道JFET的VP=-3V，IDSS=10mA,判断处 在什么区？
VGS>VP 可变电阻区 VDS<VGS－VP V 夹断区（恒流区） GS>VP VDS>VGS－VP 临界夹断线
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VGS>VP VDS＝VGS－VP
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VGS与VP同极性，而与VDS相反