FET 工作原理

1、FET電路工作原理一般在網(wǎng)上只有三極管放大電路的原理，而FET的工作原理很少提及，現(xiàn)在我簡單地分析一下它的放大原理：電路中柵極的直流電位VG是電源電壓VDD被偏壓電阻R3和R2分壓后的電位，即：VG=R2/（R1+R2）*VDD。這與三極管發(fā)射極接地的放大電路基極直流電位相同。但是由于雙極型晶體管中有基極電流流動，所以實際基極電位要比電源被R2和R3分壓要低一些（晶體管是電流控制電流，F(xiàn)ET是電壓控制電流）。但對于FET，由于柵極沒有電流流過，所以實際的柵極電位就是分壓公式所求得的值。源極的直流電位VS比VG高出柵極源極間電壓VGS的值，即： VS=VG+VGS實際上，VGS是以源極為基準的，

2、像N溝JFET那樣，當源極電位比柵極高應該給VGS置以負號。因此，VS等于將VGS加到VG上時，就成為： VS=VG-VGS雙極晶體管VBE=0.6V或者0.7V，是能夠相互置換的。但是對于FET來說，當器件型號和工作點（ID）不同時，VGS的值是不同的。流過源極的直流電流Is可以由下式求得： Is=VS/RS=（VG-VGS）/RS漏極的直流電位VD是從電源電壓VDD減去RD上的電壓降的部分。如果漏極電流的直流成分為ID，則有： VD=VDD-ID*RD由于FET的柵極上沒有電流流過，ID=IS，所以上式也可以寫成： VD=VDD-Is*RD下面來求它的交流放大倍數(shù)。由輸入Vi引起的源極電流

3、表的交流變化量#is為： #is=vi/RS高漏極電流的交流變化量為#id,那么可以認為vd的交流變化量#vd就是#id在漏極電阻RD上的電壓降，即： #vd=#id*RD又因為漏極電流和源極電流相等，所以#vd為： #vd=#is*RD=vi/RS*RD另外，交流輸出電壓vo是被輸出電容C2隔斷VD的直流成分后的成分，也就是vd的交流成分#vd，即： Vo=#vd=vi/RS*RD所以不難求得：交流放大倍數(shù)Av為： Av=vo/vi=RD/RS第2節(jié) FET的工作原理 的工作原理與雙極晶體管只有和兩種類型，的分類則稍微復雜。如圖所示，按照結構可以分為結型（：）和絕緣柵（：）。按照電學特性，又

4、可以分為耗盡型（）與增強型（）兩類。它們又可以進一步分為溝型（與雙極晶體管的型相當）和溝型（與雙極晶體管的型相當）。從實際的型號中完全看不出與、耗盡型與增強型的區(qū)別。僅僅是溝器件為×××（也有雙柵的×××），溝器件為×××，以區(qū)別溝和溝器件。 圖的種類（分為和。按照電學特性又分為耗盡型和增強型，它們各自又有溝型和溝型）的結構 圖是簡單的的結構示意圖（溝是型半導體部分與型半導體部分互換）。圖的結構（工作時柵極與溝道間的二極管處于截止狀態(tài)，所以幾乎沒有電流流過柵極。的柵極與溝道間有絕緣膜，電流的流動

5、更困難） 如圖所示，雙極晶體管的基極發(fā)射極間以及基極集電極間分別是兩個結，就是說存在著二極管。的柵極與溝道（把輸出電路流過漏極源極間的部分稱為溝道）間有結，所以認為存在著二極管（由于有結，所以稱為結型）。圖晶體管的結 （晶體管有兩個結?？梢园呀Y看作是二極管，晶體管可以認為是基極發(fā)射極間以及基極集電極間各有一個二極管） 雙極晶體管的基極發(fā)射極間的二極管總是工作在導通狀態(tài)，而的柵極溝道間的二極管工作在截止狀態(tài)。因此的柵極溝道間流過的電流很小，只相當于二極管的反向漏電流，所以器件本身的輸入阻抗比雙極晶體管高得多（約）。的柵極是由金屬構成的，它與半導體溝道之間有一層絕緣膜，形成三層

6、結構。所謂，就是因為實際的結構是由金屬（）、絕緣膜（如氧化膜，）和半導體（）組成。的特點是柵極與溝道間有絕緣膜，柵極與溝道是絕緣的，所以流過柵極的電流比還要小很多。因此，輸入阻抗也比高得多（約）。的電路符號圖是各種的電路符號。晶體管電路符號中的箭頭表示電流流動的方向，而的箭頭不代表電流的方向，僅僅表示極性（從圖看出它表示結的極性）。圖的電路符號 （晶體管的電路符號中的箭頭表示電流流動的方向，而的箭頭不表示電流的方向，僅僅表示極性）在結構和電路符號上都沒有標記出漏極與源極的區(qū)別，這就是說它們沒有區(qū)別。一般來說的漏極與源極間即使相互調換也能夠正常工作。圖的電路中使用的實際上就是。這個電路中，即使將

7、源極與漏極互換對于器件的工作以及性能沒有任何影響。 之所以與晶體管不同，是因為的源極與漏極之間沒有結，是由同一導電類型的半導體（溝器件是型，溝器件是型）制作的。 但是，制造高頻應用的器件時源極與漏極的形狀有物理性的變化， 兩個串聯(lián)連接（稱為級聯(lián)）時，漏極與源極有區(qū)別，如果調換就無法工作。 的漏極與源極的結構和符號都有區(qū)別。因此，就不能將漏極與源極調換工作。的傳輸特性是通過柵極上所加的電壓控制漏極源極間電流的電壓控制器件。描述性質最常用的方法是叫做傳輸特性的曲線，它表示漏極電流與柵極源極間電壓的關系。圖是 的傳輸特性。 圖的傳輸特性（把關于的曲線稱為傳輸特性，是最重要的性質。

8、相當于晶體管的）當柵極源極間電壓為時的漏極電流最大。這時的漏極電流叫做漏極飽和電流。的是漏極源極間所能夠流過的最大電流。除非損壞，否則不會有超過的漏極電流。所以，具有限制電流的作用。一般的中，為至數(shù)十（實際上可以流過比稍大一些的電流）。我們分析圖（）所示的溝的曲線。從向負方向增大時減小，最終變?yōu)榱悖@時的叫做夾斷電壓。當在負方向比更大時，溝處于截止狀態(tài)。把在負電壓范圍時的流動稱為耗盡特性。溝的、的極性與溝情況相反。放大倍數(shù)是跨導雙極晶體管是以流過的基極電流控制集電極電流，所以與之比 直流電流放大系數(shù)就成為器件的重要特性。對于，如圖所示，是通過改變柵極源極間電壓控制漏極電流D的，所以與之比就成為

9、器件的重要特性。把這個比值稱為跨導（也叫做正向傳輸導納），用下式表示： （） 式中， 為的變化量， 為的變化量。圖的傳輸特性中曲線的斜率相當于，它的單位是電流與電壓之比，即（西門子）。意味著當輸入電壓（）變化時輸出電流（）會有多大的變化，可以認為是器件本身電流對電壓的增益。在使用的放大電路中，愈大則電路的增益愈大，具有能夠減小輸出阻抗的優(yōu)點。但是，大的存在著輸入電容大因而高頻特性差，流過柵極的漏電流大（輸入阻抗低）等缺點。實際器件的跨導圖是圖電路中使用的溝（東芝）的傳輸特性。圖中的多根曲線說明器件特性存在分散性。圖的傳輸特性（即使同一型號的，的分散性也會很大。因此，為時的會在范圍變動

10、。但是不論什么樣的雙極晶體管，它們的都在之間） 實際的的漏極飽和電流具有較大的分散性。由于的原因，使得為零時的電壓夾斷電壓也有變化。雙極晶體管的特性是按直流電流放大系數(shù)值分檔次的。但是對于不是按跨導而是按區(qū)分檔次。與之間有關系，愈大，也愈大（如果是同型號的，愈大，傳輸特性曲線的斜率愈大，因而也大）。表是的各檔次。東芝器件的、的檔次是用（黃）、（紅）等顏色標記的。有的公司是用羅馬字母標記的。表的分檔（的的分散性大，因此按照的值進行分檔） 圖的電路中，約為，由圖看出，由于電路中使用的的值存在分散性，在的范圍內變動。照片是圖電路中使用的的柵極電位與源極電位的波形（設定輸入信號為，）。照片的與的波形（

11、，）（使用的圖的電路中，與的直流成分之差為）由于是與的直流成分之差，從照片看出這里使用的的為（以源極電位為基準，所以是負值）。因此，從圖中為的線與的線的交叉點可以看出這里使用的的約為。實際上設計電路時的情況與此相反，從所使用的檔次找到，從傳輸特特性曲線確定電路工作點的值 。的傳輸特性 圖是的傳輸特性。器件中除有與相同的耗盡特性外，還有增強特性。對于溝，增強特性是指當不在正的電壓范圍時就沒有流過（溝時的極性相反）。的耗盡特性與的耗盡特性稍有不同，對于溝器件即使為正，仍持續(xù)流動（溝情況下即使為負，仍持續(xù)流動）。耗盡型的不是漏極源極間所流過的最大電流，只是時的漏極電流值。圖的傳輸特性 （有耗盡型和增

12、強型兩種特性。耗盡型與不同，即使越過，仍繼續(xù)流動） 耗盡型由于時仍有流過（所謂器件），所以很難應用在開關電路或者功率放大電路中。但是，它的優(yōu)點是在高頻放大電路中容易構成偏置電路 ，所以高頻放大用的幾乎都是耗盡型的。對于時為零的增強型（所謂器件），如果把當成，就可以采用與晶體管相同的偏置方法，所以可以與晶體管相互置換使用。 目前，應用于開關、調節(jié)器的開關器件或電動機驅動電路等功率放大電路的（所謂的功率）幾乎都是增強型器件。能限制以上的漏極電流，具有電流限制作用。但是，不論是耗盡型還是增強型，愈大漏極電流愈大，所以沒有電流限制作用。的跨導的跨導與相同，是傳輸函數(shù)曲線的斜率，即與 之比。圖

13、是高頻放大用溝（東芝）的傳輸特性。這個是耗盡型器件，在負電壓區(qū)時有電流流出，即使越過，仍然相應地繼續(xù)增加。多根曲線表明的分散性。 圖的傳輸特性 （是用于高頻放大的溝。傳輸特性是耗盡型，從負的區(qū)域流出） 圖是開關用溝（）的傳輸特性。這種是增強型器件，可以看出如果不是在正電壓區(qū)，就沒有流出。圖 的傳輸特性 （是用于開關的溝。傳輸特性是增強型，當不在正的區(qū)域時沒有流出） 這里我們稍微分析一下用這兩種器件和替代圖電路中的時電路的工作情況。照片和照片是這時的柵極電位和源極電位的波形（輸入電壓與照片中相同，即，）。對于，如照片所示為。這與的值基本相同。如從圖所看到的那樣，當漏極電流為時，還處于負的區(qū)域，不是正值。照片使用時的與的波形（，） （圖電路中使用