金属氧化物半导体场效应三极管的基本工作原理是靠半导体表面的电场效应,在半导体中感生出导电沟道来进行工作的。当栅 G 电压 VG 增大时, p 型半导体表面的多数载流子棗空穴逐渐减少、耗尽,而电子逐渐积累到反型。当表面达到反型时,电子积累层将在 n+ 源区 S 和 n+ 漏区 D 之间形成导电沟道。当 VDS ≠ 0 时,源漏电极之间有较大的电流 IDS 流过。使半导体表面达到强反型时所需加的栅源电压称为阈值电压 VT 。当 VGS>VT 并取不同数值时,反型层的导电能力将改变,在相同的 VDS 下也将产生不同的 IDS , 实现栅源电压 VGS 对源漏电流 IDS 的控制。
场效应管(FET)是利用电场效应控制电流大小的单极型半导体器件。在其输入端基本不取电流或电流极小,具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、制造工艺简单等特点,在大规模和超大规模集成电路中被广泛应用。
FET和双极型三极管相类似,电极对应关系是b®G、e®S、c®D;由FET组成的放大电路也和三极管放大电路相类似,三极管放大电路基极回路需要一个偏置电流(偏流),而FET放大电路的场效应管栅极没有电流,所以FET放大电路的栅极回路需要一个合适的偏置电压(偏压)。
FET组成的放大电路和三极管放大电路的主要区别在于:场效应管是电压控制型器件,靠栅源之间的电压变化来控制漏极电流的变化,放大作用以跨导
场效应管放大电路分为共源、共漏、共栅极三种组态。在分析三种组态时,可与双极型三极管的共射、共集、共基对照,体会二者间的相似与区别之处。
1.共源组态基本放大电路
共源基本放大电路
(a)采用结型场效应管 (b)采用绝缘栅场效应管
图1 共源组态接法基本放大电路
(1) 直流分析
先对图1(a)所示的共源基本放大电路进行直流分析,将其直流通路画出,如图2(a)所示。
(a) (b)
图2 共源基本放大电路的直流通路
(2) 场效应三极管的中频微变等效电路
与双极型三极管一样,可以用一个线性模型来代替场效应管,条件仍然是工作线性区,或是微变信号。与双极型三极管相比,因为场效应管的栅源之间的输入电阻十分大,可视为开路。输出回路是一个受控源,即电压控制电流源VCCS,大小是
(3) 交流分析
2. 共漏组态基本放大电路
与双极型三极管的共集组态基本放大电路对应的有场效应三极管共漏组态基本放大电路.共漏组态基本放大电路的分析