场效应管常见问题与解答
2022-05-24

1 场效应管的性能与双极型三极管比较具有哪些特点?

答:

场效应管是另一种半导体放大器件。在场效应管中只是多子参与导电,故称为单极型三极管;而普通三极管参与导电的,既有多数载流子,又有少数载流子,故称为双极型三极管。由于少数载流子的浓度易受温度的影响,因此,在温度稳定性、低噪声等方面前者优于后者。

2.双极型三极管是电流控制器件,通过控制基极电流到达控制输出电流的目的。因此,基极总有一定的电流,故三极管的输人电阻较低;场效应管是电压控制器件,其输出电流决定于栅源极之间的电压,栅极基本上不取电流,因此,它的输入电阻很高,可达10^9~10^14Ω。高输入电阻是场效应管的突出优点。

3.场效应管的漏极和源极可以互换,耗尽型绝缘栅管的栅极电压可正可负,灵活性比双极型三极管强。

4 场效应管和三极管都可以用于放大或作可控开关。但场效应管还可以作为压控电阻使用,可以在微电流、低电压条件下工作。且便于集成。在大规模和超大规模集成电路中应用极为广泛。

2 场效应管的伏安特性如何表示?试以N沟道结型场效应管为例,说明场效应管的输出特性曲线与双极型三极管的输出特性有和区别?

答:

场效应管的伏安特性用输出特性(又称漏极特性)Id=f(Vds)|Vgs=常数和转移特性Id=f(Vgs)|Vds=常数表示。它们都反映了场效应管工作的同一物理过程,转移特性可以直接从输出特性上用作图法�一对应地求出。

N沟道结型场效应管的输出特性曲线与双极型三极管的输出特性相比有类似之处,但有区别,详见表 1.3.2。

3 何为场效应管的开启电压Vt和夹断电压Vp? 在图1.3.3(a)和(b)所示场效应管的输出特性曲线上如何确定其值?

答:

对于增强型绝缘栅型场效应管(MOSFET),在Vgs0时不存在导电沟道,只有当Vgs达到开启电压V,时才有漏极电流Id。因此,在输出特性中, Id大于或等于零(即开始出现Id)时所对应的Vgs值即为开启电压计。一般,N沟道增强型MOSFET的Vt值为正值,P沟道的Vt值为负值。

图1.3.3(a)所示为P沟道增强型MOSFET的输出特性曲线,由图可知该管的开启电压Vt=-2V。

对于结型场效应管(JFET)和耗尽型绝缘栅型场效应管(MOSFET),当Vgs=0时已存在导电沟道,栅源电压Vgs等于夹断电压Vp时,沟道夹断,漏极电流Id=0。一般N沟道FET的Vp值为负值,而P沟道FET的Vp值为正值。

图1.3.3( b)所示为N沟道JFET的输出特性曲线。根据以上分析,Id=0所对应的Vgs值为夹断电压,故Vp=-5V。

由于可变电阻区和饱和区的分界线是预夹断点的轨迹,预夹断时,Vgd=Vp。因此,在输出特性上,用Vds的值来表示预夹断点时,可求得:

Vds=Vdg+Vgs=Vgs-Vgd=Vgs-Vp

故由预夹断轨迹,也可求得Vp。例如,在图1·3.3(b)中,Vgs=OV那条曲线与预夹断分界线交点所对应的Vds值就是-Vp,即-Vp=5V;而Vgs=-2V那条曲线与预夹断分界线交点所对应的Vds值减去Vgs也是一Vp,可得出-Vp=Vds-Vgs=3V-(-2)V=5V。余此类推。

4 场效应管有许多类型,它们的输出特性及转移特性各不相同,不同类型的场效应管各极间所加电压极性也不相同,试总结它们的规律。

答:

场效应管的种类很多,有结型FET、耗尽型MOSFET、增强型MOSFET,每一类型又有P沟道和N沟道之分。各种类型场效应管的符号和特性曲线见表1·3·4(a)。

为了保证它们工作在饱和区(即放大区)起放大作用,Vgs和Vds的极性有如下规律。

1.Vds值的极性取决于导电沟道的类型

凡是N沟道,载流子是电子,欲使电子向漏极漂移运动,Vds必为正值;凡是P沟道,载流子是空穴,欲使空穴向漏极漂移运动,Vds必为负值。

2.Vgs值的极性取决于工作方式和导电沟道的类型

对于结型场效应管,要求栅源极间加反向偏置电压。如果是N沟道,栅极为P型半导体,为使PN结反偏,要求Vgs≤0;如果是P沟道,要求Vgs≥0。

对于绝缘栅型MOSFET,如果是增强型N沟道,为了吸引电子形成N沟道,栅极必须加正电压,即Vgs≥O。如果是耗尽型N沟道,为了排斥沟道中的电子,使沟道变窄,栅极必须加负电压,即Vgs≤0;为了加宽沟道,吸引更多电子到衬底表面来,栅极必须加正电压,即Vgs>O;P沟道则相反。

综上所述,结型场效应管中。Vgs和Vds反极性;增强型MOFETS中Vgs与Vds同极性;耗尽型MOFETS中有两种情况,视加宽还是缩减沟道而定,可以是正偏、零偏或反偏。见表l·3·4(b)。

3 Vp和Vt的正负极性取决于导电沟道类型

结型场效应管和耗尽型MOSFET存在夹断电压Vp,N沟道Vp为负值,P沟道为正值;增强型MOSFET存在开启电压Vt,N沟道Vt为正值,P沟道为负值。

5 场效应管的工作原理与普通三极管不同,那么场效应管放大电路的偏置电路有何特点?它有几种偏置方式?

答:

场效应管偏置电路的特点是:

1.场效应管是电压控制器件,因此,放大电路只要求建立合适的偏置电压V(GS),不要求偏置电流;

2.不同类型的场效应管,对偏置电压的极性有不同要求如JFET必须是反极性偏置,即V(GS)与V(DS)极性相反,增强MOSFET的V(GS)和V(DS)必须是同极性偏置,耗尽型MOSFET的V(GS)可正偏、零偏或反偏;

3.场效应管的跨导gm都较低,对放大性能不利,因此,必须设置较高的静态工作点。为了减小静态工作点受温度变化的影响,常采用稳定工作点的电路。

基于上述特点,必须根据不同的场效应管选用不同的偏置电路。在分立元件的场效应管放大电路中,偏置电路有零偏压、固定偏压、自偏压、混合偏置等形式;在集成电路平常采用不同的电流源作为偏置电路。

零偏压电路只适于耗尽型MOSFET放大电路;固定偏压适于所有的场效应管放大电路;自偏压适于JFET和耗尽型MOSFET放大电路;混合偏置既包含了固定偏压又包含了自偏压,适于所有的场效应管放大电路。

扩展阅读:

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