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第四章场效应管放大电路
学习要求:
场效应管是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件，这种器件不仅有体积小、重量轻、耗电省、寿命长等特点，而且还有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单等优点，因而大大地扩展了它的应用范围，特别是在大规模和超大规模集成电路中得到了广泛应用。
根据结构的不同，场效应管可分为两大类：结型场效应管JFET和金属-氧化物-半导体场效应管。
本章首先介绍各类场效应管的结构、工作原理、特性曲线及参数，然后介绍场效应管放大电路和各种放大器件电路性能的比较。

第一节　结型场效应管（JFET）
一、结型场效应管
（一） JFET的结构和特点
1、结构　　

　　场效应管的结构如图6.18所示，它是在一块N型半导体的两边利用杂质扩散出高浓度的P型区域，用P+表示，形成两个P+N结。N型半导体的两端引出两个电极，分别称为漏极D和源极S。把两边的P区引出电极并连在一起称为栅极G。如果在漏、源极间加上正向电压，N区中的多子（也就是电子）可以导电。它们从源极S出发， 流向漏极D。电流方向由D指向S，称为漏极电流ID.。由于导电沟道是N型的，故称为N沟道结型场效应管。

2、特点
　　① vGS＜0，Ri很高；
　　② 电压控制器件；
　　③ 单极性器件；
3、N沟道JFET的输出特性

　　在vGS=0时，沟道电阻最小，ID达到最大。

　　当vGS＜0时，耗尽层变大，沟道电阻变大， 相应的ID下降。因此形成图6.19所示的特性曲线。
4. JFET与BJT的特点比较
(1) 场效应管是电压控制器件：
　　通过VGS控制iD。从输出特性看，各条不同输出特性曲线的参变量是VGS。在恒流区，iD与VDS基本无关。并通过跨导gm=△iD/△VGS| VDS描述场效应管的放大作用。而晶体管是通过iB控制iC。参变量是iB。放大区，iC与VCE基本无关。通过电流放大系数β=△iC/△iB描述放大作用。
(2)iG=0。所以，直流、交流Ri都很高。而晶体管b极和e极处于正偏状态，b～e间Ri较小：几千欧。
(3)场效应管利用的是一种极性的多子导电（单极型器件），具有噪声小，受外界T及辐射的影响小等特点（温度稳定性好）。
(4)由于场效应管对称，有时D--S极可互换使用。各项性能基本不受影响。应用时较方便、灵活。但若制造时已将S和衬底连在一起，则D--S不能互换。
(5)场效应管的制造工艺简单，有利于大规模集成，且所占面积小，集成度高。
(6)MOS场效应管Ri高，G极的感应电荷不易泄放。 SiO2层薄，G极与衬底间等效电容很小，感应电荷少量即可形成高电压，将SiO2击穿而损坏管。存放管子时，应将G--S短接，避免G极悬空。焊接时，烙铁外壳应接地良好，防止因烙铁漏电而击穿管子。
(7)场效应管的应用
　　场效应管在恒流区内工作时，当GS电压变化△VGS时， D极电流相应变化△iD。若将△iD通过较大的RL，从RL上取出的△V0=△iDRL，可能比△VGS大许多倍，即△VGS得到了放大。所以场效应管和晶体管一样在电路中可起放大的作用。
FET
BJT
电压控制器件gm=△iD/△VGS| VSD
电流控制器件β=△ic/△ iB∣vCE
输入端PN结反偏，iG=0，Ri很大
输入端PN结正偏ib≠0，rbe较小
单极型器件，一种载流子：噪声小，温度稳定性好
双极型器件，两种种载流子：噪 声较大，温度稳定性较差
结构对称，D-S极可以互换
结构非对称，C-E极不能互换
可以作为性能较好的压控电阻器
线性效果差
场效应管的制造工艺简单具有对称性，有利于大规模集成，且所占面积小，集成度高
三极管的结构非对称，制造工艺较场效应管复杂，集成度不够高 。

第二节 金属-氧化物-半导体场效应管
一、MOS型场效应管

　　JFET的输入电阻可达107欧姆，但就本质而言，这是PN结的反向电阻，而反向偏置时总有反向电流存在，这就限制了在某些工作条件下对阻值的更高要求。同时，从制造工艺看， 把它高度集成化还比较复杂。
　　绝缘栅型场效应管由金属 - 氧化物 -半导体场效应管制成，称为Metal-Oxide-Semiconductor，简称为MOSFET，这种场效应管的栅极被绝缘层（例如SiO2）隔离，因此Ri 更高，可达109 欧姆以上。
　　MOS管与JFET的不同之处在于它们的导电机构和电流控制原理不同 。JFET利用耗尽层的宽度改变导电沟道的宽度来控制ID，OSFET则是利用半导体表面的电场效应，由感应电荷的多少改变导电沟道来控制电流。
　　MOS管分为N沟道和P沟道两类, 每一类又分为增强型和耗尽型：
　　增强型：当VGS=0,无导电沟道,ID＝0
　　耗尽型：当VGS=0,有导电沟道,ID≠0

本章小结
1、第三章讨论的BJT是电流控制电流器件，有两种载流子参与导电，属于双极型器件；而FET是电压控制电流器件，只依靠一种载流子导电，因而属于单极型器件。虽然这两种器件的控制原理有所不同，但通过类比可发现，组成电路的形式极为相似，分析的方法仍然是图解法和小信号模型分析法。
 2、由于FET具有输入阻抗高、噪声低等一系列优点，而BJT电流放大系数高，若FET和BJT结使用，就可大大提高和改善电子电路的某些性能指标。
 3、MOS器件主要用于制成集成电路，由于微电子工艺水平的不断提高，在大规模和超大型大规模数字集成电路中应用极为广泛。同时在集成运算放大和其他模拟集成电路中也得到了迅速的发展，其中CMOS集成电路更具特色，因此，MOS器件的广泛应用必须引起读者的重视。