場效應(yīng)管常見問題與解答

1 場效應(yīng)管的性能與雙極型三極管比較具有哪些特點?

答：

場效應(yīng)管是另一種半導(dǎo)體放大器件。在場效應(yīng)管中只是多子參與導(dǎo)電，故稱為單極型三極管;而普通三極管參與導(dǎo)電的，既有多數(shù)載流子，又有少數(shù)載流子，故稱為雙極型三極管。由于少數(shù)載流子的濃度易受溫度的影響，因此，在溫度穩(wěn)定性、低噪聲等方面前者優(yōu)于后者。

2.雙極型三極管是電流控制器件，通過控制基極電流到達(dá)控制輸出電流的目的。因此，基極總有一定的電流，故三極管的輸人電阻較低;場效應(yīng)管是電壓控制器件，其輸出電流決定于柵源極之間的電壓，柵極基本上不取電流，因此，它的輸入電阻很高，可達(dá)10^9～10^14Ω。高輸入電阻是場效應(yīng)管的突出優(yōu)點。

3.場效應(yīng)管的漏極和源極可以互換，耗盡型絕緣柵管的柵極電壓可正可負(fù)，靈活性比雙極型三極管強(qiáng)。

4 場效應(yīng)管和三極管都可以用于放大或作可控開關(guān)。但場效應(yīng)管還可以作為壓控電阻使用，可以在微電流、低電壓條件下工作。且便于集成。在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中應(yīng)用極為廣泛。

2 場效應(yīng)管的伏安特性如何表示?試以N溝道結(jié)型場效應(yīng)管為例，說明場效應(yīng)管的輸出特性曲線與雙極型三極管的輸出特性有和區(qū)別?

答：

場效應(yīng)管的伏安特性用輸出特性(又稱漏極特性)Id=f(Vds)|Vgs=常數(shù)和轉(zhuǎn)移特性Id=f(Vgs)|Vds=常數(shù)表示。它們都反映了場效應(yīng)管工作的同一物理過程，轉(zhuǎn)移特性可以直接從輸出特性上用作圖法�一對應(yīng)地求出。

N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的輸出特性曲線與雙極型三極管的輸出特性相比有類似之處，但有區(qū)別，詳見表 1.3.2。

3 何為場效應(yīng)管的開啟電壓Vt和夾斷電壓Vp? 在圖1.3.3(a)和(b)所示場效應(yīng)管的輸出特性曲線上如何確定其值?

答：

對于增強(qiáng)型絕緣柵型場效應(yīng)管(MOSFET)，在Vgs0時不存在導(dǎo)電溝道，只有當(dāng)Vgs達(dá)到開啟電壓V，時才有漏極電流Id。因此，在輸出特性中， Id大于或等于零(即開始出現(xiàn)Id)時所對應(yīng)的Vgs值即為開啟電壓計。一般，N溝道增強(qiáng)型MOSFET的Vt值為正值，P溝道的Vt值為負(fù)值。

圖1.3.3(a)所示為P溝道增強(qiáng)型MOSFET的輸出特性曲線，由圖可知該管的開啟電壓Vt=-2V。

對于結(jié)型場效應(yīng)管(JFET)和耗盡型絕緣柵型場效應(yīng)管(MOSFET)，當(dāng)Vgs=0時已存在導(dǎo)電溝道，柵源電壓Vgs等于夾斷電壓Vp時，溝道夾斷，漏極電流Id=0。一般N溝道FET的Vp值為負(fù)值，而P溝道FET的Vp值為正值。

圖1.3.3( b)所示為N溝道JFET的輸出特性曲線。根據(jù)以上分析，Id=0所對應(yīng)的Vgs值為夾斷電壓，故Vp=-5V。

由于可變電阻區(qū)和飽和區(qū)的分界線是預(yù)夾斷點的軌跡，預(yù)夾斷時，Vgd=Vp。因此，在輸出特性上，用Vds的值來表示預(yù)夾斷點時，可求得：

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

故由預(yù)夾斷軌跡，也可求得Vp。例如，在圖1·3.3(b)中，Vgs=OV那條曲線與預(yù)夾斷分界線交點所對應(yīng)的Vds值就是-Vp，即-Vp=5V;而Vgs=-2V那條曲線與預(yù)夾斷分界線交點所對應(yīng)的Vds值減去Vgs也是一Vp，可得出-Vp=Vds-Vgs=3V-(-2)V=5V。余此類推。

4 場效應(yīng)管有許多類型，它們的輸出特性及轉(zhuǎn)移特性各不相同，不同類型的場效應(yīng)管各極間所加電壓極性也不相同，試總結(jié)它們的規(guī)律。

答：

場效應(yīng)管的種類很多，有結(jié)型FET、耗盡型MOSFET、增強(qiáng)型MOSFET，每一類型又有P溝道和N溝道之分。各種類型場效應(yīng)管的符號和特性曲線見表1·3·4(a)。

為了保證它們工作在飽和區(qū)(即放大區(qū))起放大作用，Vgs和Vds的極性有如下規(guī)律。

1.Vds值的極性取決于導(dǎo)電溝道的類型

凡是N溝道，載流子是電子，欲使電子向漏極漂移運(yùn)動，Vds必為正值;凡是P溝道，載流子是空穴，欲使空穴向漏極漂移運(yùn)動，Vds必為負(fù)值。

2.Vgs值的極性取決于工作方式和導(dǎo)電溝道的類型

對于結(jié)型場效應(yīng)管，要求柵源極間加反向偏置電壓。如果是N溝道，柵極為P型半導(dǎo)體，為使PN結(jié)反偏，要求Vgs≤0;如果是P溝道，要求Vgs≥0。

對于絕緣柵型MOSFET，如果是增強(qiáng)型N溝道，為了吸引電子形成N溝道，柵極必須加正電壓，即Vgs≥O。如果是耗盡型N溝道，為了排斥溝道中的電子，使溝道變窄，柵極必須加負(fù)電壓，即Vgs≤0;為了加寬溝道，吸引更多電子到襯底表面來，柵極必須加正電壓，即Vgs>O;P溝道則相反。

綜上所述，結(jié)型場效應(yīng)管中。Vgs和Vds反極性;增強(qiáng)型MOFETS中Vgs與Vds同極性;耗盡型MOFETS中有兩種情況，視加寬還是縮減溝道而定，可以是正偏、零偏或反偏。見表l·3·4(b)。

3 Vp和Vt的正負(fù)極性取決于導(dǎo)電溝道類型

結(jié)型場效應(yīng)管和耗盡型MOSFET存在夾斷電壓Vp，N溝道Vp為負(fù)值，P溝道為正值;增強(qiáng)型MOSFET存在開啟電壓Vt，N溝道Vt為正值，P溝道為負(fù)值。

5 場效應(yīng)管的工作原理與普通三極管不同，那么場效應(yīng)管放大電路的偏置電路有何特點?它有幾種偏置方式?

答：

場效應(yīng)管偏置電路的特點是：

1.場效應(yīng)管是電壓控制器件，因此，放大電路只要求建立合適的偏置電壓V(GS)，不要求偏置電流;

2.不同類型的場效應(yīng)管，對偏置電壓的極性有不同要求如JFET必須是反極性偏置，即V(GS)與V(DS)極性相反，增強(qiáng)MOSFET的V(GS)和V(DS)必須是同極性偏置，耗盡型MOSFET的V(GS)可正偏、零偏或反偏;

3.場效應(yīng)管的跨導(dǎo)gm都較低，對放大性能不利，因此，必須設(shè)置較高的靜態(tài)工作點。為了減小靜態(tài)工作點受溫度變化的影響，常采用穩(wěn)定工作點的電路。

基于上述特點，必須根據(jù)不同的場效應(yīng)管選用不同的偏置電路。在分立元件的場效應(yīng)管放大電路中，偏置電路有零偏壓、固定偏壓、自偏壓、混合偏置等形式;在集成電路平常采用不同的電流源作為偏置電路。

零偏壓電路只適于耗盡型MOSFET放大電路;固定偏壓適于所有的場效應(yīng)管放大電路;自偏壓適于JFET和耗盡型MOSFET放大電路;混合偏置既包含了固定偏壓又包含了自偏壓，適于所有的場效應(yīng)管放大電路。

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