場效應管(Field-Effect Transistor)也是一種具有PN結結構的半導體器件,簡稱FET,它與三極體的不同之處在於它是電壓控制器件。通過改變柵極的電壓可以控制漏極和源極之間的電流,場效應管具有輸入阻抗高、噪聲小、熱穩定性好、便於集成等特點,但容易被擊穿。場效應管按其結構不同分為兩大類,即絕緣柵型場效應管和結型場效應管。絕緣柵型場效應管由金屬、氧化物和半導體材料製成,簡稱MOS管。M0S管按其工作狀態可分為增強型和耗盡型兩種,每種類型按其導電溝道不同又分為N溝道和P溝道兩種。結型場效應管按其導電溝道不同也分為N溝道和P溝道兩種。下圖所示結型場效應管和絕緣柵 型場效應管的實物外形。
1、場效應管的功能
場效應管通常用來製作低噪聲高增益放大器,下圖所示為場效應管電壓放大的原理示意圖。它與普通三極體的不同之處在於它是電壓控制器件,而三極體是電流控制器件。
場效應管的功能與三極體相似,可用來製作信號放大器、振蕩器等。由場效應管組成的放大器基本結構有三種,即共源極(S)放大器、共柵(G)放大器和共漏極(D)放大器,如下圖所示。
由於場效應管是一種電壓控制器件,柵極不需要控制電流,只需要有一個控制電壓(例如天線感應的微小信號),整個放大電路即可工作。因此,由場效應管構成的放大電路常應用於小信號高頻放大器中,例如收音機的高頻放大器、電視機的高頻放大器等。
2、場效應管的基本特性
根據上述功能可知,場效應管具有電壓放大的作用,下圖所示為結型場效應管的工作原理說明圖。當G、S間不加反向電壓時(即UGs=0),PN結(圖中陰影部分)的寬度窄, 導電溝道寬,溝道電阻小,ID電流大(DS間的電流):當G、S間加負電壓時,PN結的寬度增加,導電溝道寬度減小,溝道電阻增大;當G、S間負向電壓進一步增加時,PN結寬度進一步加寬,兩邊PN結合攏(稱夾斷),沒有導電溝道,溝道電阻很大,電流ID為。通常把導電溝道剛被夾斷的值稱為夾斷電壓,用Uq表示。可見結型場效應管在某種意義上是一個用電壓控制的可變電阻。
場效應管的主要特性有兩個,即轉移特性和輸出特性。
場效應管的轉移特性曲線
柵極電壓(UGs)對漏極電流(ID)的控制作用稱為轉移特性,反映這兩者之間關係的曲線稱為轉移特性曲線。下圖1-60所示為N溝道結型場效應管的轉移特性曲線。當柵極電壓UGs取不同的電壓值時,漏極電流ID將隨之改變。當ID=時,UGS的值為場效應管的夾斷電壓Uq;當UGs=0時,ID的值為場效應管的飽和漏極電流Idss。
場效應管的輸出特性曲線
在Ugs一定時,反映ID與Uds之間的關係曲線為輸出特性曲線,也稱為漏極特性曲線。上圖1-61所示為N溝道結型場效應管的輸出特性曲線。由圖可見,它分為三個區:飽和區、擊穿區和非飽和區。起放大作用時,應工作在飽和區(這一點與前面講的普通三極體不同)。注意,此處的「飽和區」對應普通三極體的「放大區」。