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FET电路工作原理 一般在网上只有三极管放大电路的原理,而FET的工作原理很少提及,现在我 简单地分析一下它的放大原理: 电路中栅极的直流电位VG是电源电压VDD被偏压电阻R3和R2分压后的电 位,即:VG=R2/(R1+R2)*VDD。这与三极管发射极接地的放大电路基极直流电 位相同。但是由于双极型晶体管中有基极电流流动,所以实际基极电位要比电源 被R2和R3分压要低一些(晶体管是电流控制电流,FET是电压控制电流)。 但对于FET,由于栅极没有电流流过,所以实际的栅极电位就是分压公式所 求得的值。 源极的直流电位VS比VG高出栅极源极间电压VGS的值,即: VS=VG+VGS 实际上,VGS是以源极为基准的,像N沟JFET那样,当源极电位比栅极高应 该给VGS置以负号。因此,VS等于将VGS加到VG上时,就成为: VS=VG-VGS 双极晶体管VBE=0.6V或者0.7V,是能够相互置换的。但是对于FET来说, 当器件型号和工作点(ID)不同时,VGS的值是不同的。 流过源极的直流电流Is可以由下式求得: Is=VS/RS=(VG-VGS)/RS 漏极的直流电位VD是从电源电压VDD减去RD上的电压降的部分。如果漏极 电流的直流成分为ID,则有: VD=VDD-ID*RD 由于FET的栅极上没有电流流过,ID=IS,所以上式也可以写成: VD=VDD-Is*RD 下面来求它的交流放大倍数。 由输入Vi引起的源极电流表的交流变化量#is为: #is=vi/RS 高漏极电流的交流变化量为#id,那么可以认为vd的交流变化量#vd就是#id 在漏极电阻RD上的电压降,即: #vd=#id*RD 又因为漏极电流和源极电流相等,所以#vd为: #vd=#is*RD=vi/RS*RD 另外,交流输出电压vo是被输出电容C2隔断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 所以不难求得:交流放大倍数Av为: Av=vo/vi=RD/RS 第2节FET的工作原理 2.2FET的工作原理 2.2.1JFET与MOSFET 双极晶体管只有NPN和PNP两种类型,FET的分类则稍微复杂。 如图2.6所示,FET按照结构可以分为结型FET(JFET:JunctionFE T)和绝缘栅FET(MOSFET:MetalOxideSemiconductor FET)。 按照电学特性,MOSFET又可以分为耗尽型(deletion)与增强型(enha ncement)两类。它们又可以进一步分为N沟型(与双极晶体管的NPN型相当)和 P沟型(与双极晶体管的PNP型相当)。 从实际FET的型号中完全看不出JFET与MOSFET、耗尽型与增强型的区别。仅仅 是N沟器件为2SK×××(也有双栅的3SK×××),P沟器件为2SJ×××,以区别N 沟和P沟器件。 图2.6FET的种类 (FET分为JFET和MOSFET。MOSFET按照电学特性又分为耗尽型和增强型, 它们各自又有N沟型和P沟型) 2.2.2FET的结构 图2.7是FET简单的的结构示意图(P沟FET是P型半导体部分与N型半导体部分互 换)。 图2.7FET的结构 (JFET工作时栅极与沟道间的二极管处于截止状态,所以几乎没有电流流过栅极。MO SFET的栅极与沟道间有绝缘膜,电流的流动更困难) 如图2.8所示,双极晶体管的基极发射极间以及基极集电极间分别是两个PN结,就是说 存在着二极管。JFET的栅极与沟道(把输出电路流过漏极源极间的部分称为沟道)间有 PN结,所以认为存在着二极管(由于有PN结,所以称为结型FET)。 图2.8晶体管的PN结 (晶体管有两个PN结。可以把PN结看作是二极管,晶体管可以认为是基极发射极间以及 基极集电极间各有一个二极管) 双极晶体管的基极发射极间的二极管总是工作在导通状态,而JFET的栅极沟道间的二极 管工作在截止状态。 因此FET的栅极沟道间流过的电流很小,只相当于二极管的反向漏电流,所以器件本身的 输入阻抗比双极晶体管高得多(约108~1012Ω)。 MOSFET的栅极是由金属构成的,它与半导体沟道之间有一层绝缘膜,形成三层结构。 所谓MOS,就是因为实际的结构是由金属(M)、绝缘膜(如氧化膜,O)和半导体(S) 组成。 MOSFET的特点是栅极与沟道间有绝缘膜,栅极与沟道是绝缘的,所以流过栅极的电流 比JFET还要小很多。因此,输入阻抗也比JFET高得多(约1012~1014Ω)。 2.2.3FET的电路符号 图2.9是各种FET的电路符号。晶体管电路符号中的箭头表示电流流动的方向,而FE T的箭头不代表电流的方向,仅仅表示极性(从图2.7