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(jiǎn)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(dòng)，所以實(shí)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(duì)于FET，由于柵極沒有電流流過，所以實(shí)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(shí)際上，VGS是以源極為基準(zhǔn)的，

2、像N溝JFET那樣，當(dāng)源極電位比柵極高應(yīng)該給VGS置以負(fù)號(hào)。因此，VS等于將VGS加到VG上時(shí)，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(duì)于FET來說，當(dāng)器件型號(hào)和工作點(diǎn)（ID）不同時(shí)，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(rèn)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?yàn)槁O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(fù)雜。如圖所示，按照結(jié)構(gòu)可以分為結(jié)型（：）和絕緣柵（：）。按照電學(xué)特性，又

4、可以分為耗盡型（）與增強(qiáng)型（）兩類。它們又可以進(jìn)一步分為溝型（與雙極晶體管的型相當(dāng)）和溝型（與雙極晶體管的型相當(dāng)）。從實(shí)際的型號(hào)中完全看不出與、耗盡型與增強(qiáng)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(xué)特性又分為耗盡型和增強(qiáng)型，它們各自又有溝型和溝型）的結(jié)構(gòu) 圖是簡(jiǎn)單的的結(jié)構(gòu)示意圖（溝是型半導(dǎo)體部分與型半導(dǎo)體部分互換）。圖的結(jié)構(gòu)（工作時(shí)柵極與溝道間的二極管處于截止?fàn)顟B(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(dòng)

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(gè)結(jié)，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(jié)，所以認(rèn)為存在著二極管（由于有結(jié)，所以稱為結(jié)型）。圖晶體管的結(jié) （晶體管有兩個(gè)結(jié)?？梢园呀Y(jié)看作是二極管，晶體管可以認(rèn)為是基極發(fā)射極間以及基極集電極間各有一個(gè)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(dǎo)通狀態(tài)，而的柵極溝道間的二極管工作在截止?fàn)顟B(tài)。因此的柵極溝道間流過的電流很小，只相當(dāng)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(gòu)成的，它與半導(dǎo)體溝道之間有一層絕緣膜，形成三層

6、結(jié)構(gòu)。所謂，就是因?yàn)閷?shí)際的結(jié)構(gòu)是由金屬（）、絕緣膜（如氧化膜，）和半導(dǎo)體（）組成。的特點(diǎn)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(hào)圖是各種的電路符號(hào)。晶體管電路符號(hào)中的箭頭表示電流流動(dòng)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(jié)的極性）。圖的電路符號(hào) （晶體管的電路符號(hào)中的箭頭表示電流流動(dòng)的方向，而的箭頭不表示電流的方向，僅僅表示極性）在結(jié)構(gòu)和電路符號(hào)上都沒有標(biāo)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(diào)換也能夠正常工作。圖的電路中使用的實(shí)際上就是。這個(gè)電路中，即使將

7、源極與漏極互換對(duì)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?yàn)榈脑礃O與漏極之間沒有結(jié)，是由同一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體（溝器件是型，溝器件是型）制作的。 但是，制造高頻應(yīng)用的器件時(shí)源極與漏極的形狀有物理性的變化， 兩個(gè)串聯(lián)連接（稱為級(jí)聯(lián)）時(shí)，漏極與源極有區(qū)別，如果調(diào)換就無法工作。 的漏極與源極的結(jié)構(gòu)和符號(hào)都有區(qū)別。因此，就不能將漏極與源極調(diào)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(zhì)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(guān)系。圖是 的傳輸特性。 圖的傳輸特性（把關(guān)于的曲線稱為傳輸特性，是最重要的性質(zhì)。

8、相當(dāng)于晶體管的）當(dāng)柵極源極間電壓為時(shí)的漏極電流最大。這時(shí)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(huì)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(shí)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(fù)方向增大時(shí)減小，最終變?yōu)榱?，這時(shí)的叫做夾斷電壓。當(dāng)在負(fù)方向比更大時(shí)，溝處于截止?fàn)顟B(tài)。把在負(fù)電壓范圍時(shí)的流動(dòng)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(dǎo)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(duì)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(gè)比值稱為跨導(dǎo)（也叫做正向傳輸導(dǎo)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(dāng)于，它的單位是電流與電壓之比，即（西門子）。意味著當(dāng)輸入電壓（）變化時(shí)輸出電流（）會(huì)有多大的變化，可以認(rèn)為是器件本身電流對(duì)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(diǎn)。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(diǎn)。實(shí)際器件的跨導(dǎo)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(hào)的，的分散性也會(huì)很大。因此，為時(shí)的會(huì)在范圍變動(dòng)

10、。但是不論什么樣的雙極晶體管，它們的都在之間） 實(shí)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(shí)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(duì)于不是按跨導(dǎo)而是按區(qū)分檔次。與之間有關(guān)系，愈大，也愈大（如果是同型號(hào)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(biāo)記的。有的公司是用羅馬字母標(biāo)記的。表的分檔（的的分散性大，因此按照的值進(jìn)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(nèi)變動(dòng)。照片是圖電路中使用的的柵極電位與源極電位的波形（設(shè)定輸入信號(hào)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(zhǔn)，所以是負(fù)值）。因此，從圖中為的線與的線的交叉點(diǎn)可以看出這里使用的的約為。實(shí)際上設(shè)計(jì)電路時(shí)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(diǎn)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(qiáng)特性。對(duì)于溝，增強(qiáng)特性是指當(dāng)不在正的電壓范圍時(shí)就沒有流過（溝時(shí)的極性相反）。的耗盡特性與的耗盡特性稍有不同，對(duì)于溝器件即使為正，仍持續(xù)流動(dòng)（溝情況下即使為負(fù)，仍持續(xù)流動(dòng)）。耗盡型的不是漏極源極間所流過的最大電流，只是時(shí)的漏極電流值。圖的傳輸特性 （有耗盡型和增

12、強(qiáng)型兩種特性。耗盡型與不同，即使越過，仍繼續(xù)流動(dòng)） 耗盡型由于時(shí)仍有流過（所謂器件），所以很難應(yīng)用在開關(guān)電路或者功率放大電路中。但是，它的優(yōu)點(diǎn)是在高頻放大電路中容易構(gòu)成偏置電路 ，所以高頻放大用的幾乎都是耗盡型的。對(duì)于時(shí)為零的增強(qiáng)型（所謂器件），如果把當(dāng)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(yīng)用于開關(guān)、調(diào)節(jié)器的開關(guān)器件或電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等功率放大電路的（所謂的功率）幾乎都是增強(qiáng)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(qiáng)型，愈大漏極電流愈大，所以沒有電流限制作用。的跨導(dǎo)的跨導(dǎo)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(gè)是耗盡型器件，在負(fù)電壓區(qū)時(shí)有電流流出，即使越過，仍然相應(yīng)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(fù)的區(qū)域流出） 圖是開關(guān)用溝（）的傳輸特性。這種是增強(qiáng)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(guān)的溝。傳輸特性是增強(qiáng)型，當(dāng)不在正的區(qū)域時(shí)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(shí)電路的工作情況。照片和照片是這時(shí)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(duì)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(dāng)漏極電流為時(shí)，還處于負(fù)的區(qū)域，不是正值。照片使用時(shí)的與的波形（，） （圖電路中使用