結(jié)型場效應(yīng)管

1、4.1 結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管4.2 金屬金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管半導(dǎo)體場效應(yīng)管4.3 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路4.4 各種放大器件電路性能比較各種放大器件電路性能比較4 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路4.1結(jié)型結(jié)型場效應(yīng)管場效應(yīng)管4 4 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路 晶晶體體管管工工作作在在放放大大區(qū)區(qū)時(shí)時(shí)，輸輸入入回回路路 P PN N 結(jié)結(jié)正正偏偏，輸輸入入阻阻抗抗小小，且且是是一一個(gè)個(gè)電電流流控控制制的的有有源源器器件件。場場效效應(yīng)應(yīng)管管也也是是一一種種具具有有 P PN N 結(jié)結(jié)的的正正向向受受控控作作用用的的有有源源器器件件，它它是是利利用用電電場場效效應(yīng)

2、應(yīng)來來控控制制輸輸出出電電流流的的大大小小，其其輸輸入入端端 P PN N 結(jié)結(jié)一一般般工工作作于于反反偏偏狀狀態(tài)態(tài)或或絕絕緣緣狀狀態(tài)態(tài)。輸輸入入電電阻阻很很高高。場場效效應(yīng)應(yīng)管管根根據(jù)據(jù)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)不不同同分分為為兩兩大大類類：結(jié)結(jié)型型場場效效應(yīng)應(yīng)管管 (JFET) 輸輸入入阻阻抗抗961010絕絕緣緣柵柵場場效效應(yīng)應(yīng)管管 (IGFET) 輸輸入入阻阻抗抗14121010 在在IGFET中中又又有有多多種種類類型型，目目前前應(yīng)應(yīng)用用最最廣廣泛泛的的是是以以二二氧氧化化硅硅2OSi為為絕絕緣緣層層的的場場效效應(yīng)應(yīng)管管，稱稱為為金金屬屬氧氧化化物物半半導(dǎo)導(dǎo)體體場場效效應(yīng)應(yīng)管管(MOSFET,Meta

3、l-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) 。4.1結(jié)型結(jié)型場效應(yīng)管場效應(yīng)管N溝道溝道P溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型N溝道溝道P溝道溝道N溝道溝道P溝道溝道（耗盡型）（耗盡型）FET場效應(yīng)管場效應(yīng)管JFET結(jié)型結(jié)型MOSFET絕緣柵型絕緣柵型(IGFET)分類：分類：4 4 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路4.1結(jié)型結(jié)型場效應(yīng)管場效應(yīng)管 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 工作原理工作原理 輸出特性輸出特性 轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性 主要參數(shù)主要參數(shù) 一、一、 JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理 二、二、 JFET的特性曲線及參數(shù)的特性曲線及參數(shù) 4.1 4.1 結(jié)型

4、場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管4.1結(jié)型結(jié)型場效應(yīng)管場效應(yīng)管 結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖及其表示符號結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖及其表示符號 (a)N(a)N溝道溝道JFETJFET；(b)P(b)P溝道溝道JFET JFET 1.1.結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： N N溝道管：電子電導(dǎo)，導(dǎo)電溝道為溝道管：電子電導(dǎo)，導(dǎo)電溝道為N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 P P溝道管：空穴導(dǎo)電，導(dǎo)電溝道為溝道管：空穴導(dǎo)電，導(dǎo)電溝道為P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 一、一、JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理4.1結(jié)型結(jié)型場效應(yīng)管場效應(yīng)管2.工作原理工作原理 VGS對溝道的控制作用對溝道的控制作用當(dāng)當(dāng)VGS0時(shí)時(shí)（以（以N溝道溝道JFET為例）為例）

5、當(dāng)溝道夾斷時(shí)，對應(yīng)當(dāng)溝道夾斷時(shí)，對應(yīng)的柵源電壓的柵源電壓VGS稱為稱為夾斷夾斷電壓電壓VP （ 或或VGS(off) ）。）。對于對于N溝道的溝道的JFET，VP 0。PN結(jié)反偏結(jié)反偏耗盡層加厚耗盡層加厚溝道變窄。溝道變窄。 VGS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄繼續(xù)變窄4.1結(jié)型結(jié)型場效應(yīng)管場效應(yīng)管 VDS對溝道的控制作用對溝道的控制作用當(dāng)當(dāng)VGS=0時(shí)，時(shí)， VDS ID 當(dāng)當(dāng)VDS增加到使增加到使VGD=VP 時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。夾斷。 G、D間間PN結(jié)的反向電結(jié)的反向電壓增加，使靠近漏極處的壓增加，使靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道變窄，耗盡層加寬，溝道變

6、窄，從上至下呈楔形分布。從上至下呈楔形分布。此時(shí)此時(shí)VDS 夾斷區(qū)延長夾斷區(qū)延長溝道電阻溝道電阻 ID基本不變基本不變 VGS和和VDS同時(shí)作用時(shí)同時(shí)作用時(shí)當(dāng)當(dāng)VP VGS|UP|時(shí)，溝道被全部夾斷，時(shí)，溝道被全部夾斷，iD=0，故此區(qū)為截止區(qū)。，故此區(qū)為截止區(qū)。若利用若利用JFET作為開關(guān)，則工作在截止區(qū)，即相當(dāng)于開關(guān)打開。作為開關(guān)，則工作在截止區(qū)，即相當(dāng)于開關(guān)打開。 4）擊穿區(qū)）擊穿區(qū)隨著隨著uDS增大，靠近漏區(qū)的增大，靠近漏區(qū)的PN結(jié)反偏電壓結(jié)反偏電壓uDG也隨之增大。也隨之增大。 夾斷電壓夾斷電壓VP (或或VGS(off)： 飽和漏極電流飽和漏極電流IDSS： 低頻跨導(dǎo)低頻跨導(dǎo)gm：

7、DSGSDmVvig 時(shí)）時(shí)）（當(dāng)（當(dāng)0)1(2GSPPPGSDSSm vVVVvIg或或漏極電流約為零時(shí)的漏極電流約為零時(shí)的VGS值值 。VGS=0時(shí)對應(yīng)的漏極電流。時(shí)對應(yīng)的漏極電流。 低頻跨導(dǎo)反映了低頻跨導(dǎo)反映了vGS對對iD的控制作用。的控制作用。gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求得，單位是可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求得，單位是mS(毫西門子毫西門子)。 輸出電阻輸出電阻rd：GSDDSdVivr 4.1結(jié)型結(jié)型場效應(yīng)管場效應(yīng)管3. 主要參數(shù)主要參數(shù)3. 主要參數(shù)主要參數(shù)4.1 結(jié)型結(jié)型場效應(yīng)管場效應(yīng)管 直流輸入電阻直流輸入電阻RGS： 對于結(jié)型場效應(yīng)三極管，反偏時(shí)對于結(jié)型場效應(yīng)三極管，反偏時(shí)RGS約

8、大于約大于107。 最大漏極功耗最大漏極功耗PDM 最大漏源電壓最大漏源電壓V(BR)DS 最大柵源電壓最大柵源電壓V(BR)GS4.2MOSFET 一、增強(qiáng)型一、增強(qiáng)型MOSFET 二、耗盡型二、耗盡型MOSFET 三、各種類型三、各種類型MOSMOS管的符號及特性對比管的符號及特性對比4.2 金屬金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管半導(dǎo)體場效應(yīng)管演示文稿演示文稿 后后 等等, 上海419 上海419門戶 忈莒昑4.2MOSFET 1. 1. N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFET結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)構(gòu)與工作原理（1 1）結(jié)構(gòu)：）結(jié)構(gòu)： N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖及符號場效應(yīng)管的

9、結(jié)構(gòu)示意圖及符號一、增強(qiáng)型一、增強(qiáng)型MOSFET4.2MOSFET（2 2）工作原理：）工作原理： 增強(qiáng)型增強(qiáng)型NMOS管在管在uGS=0時(shí)時(shí),兩兩個(gè)重?fù)诫s的個(gè)重?fù)诫s的N+源區(qū)和漏區(qū)之間被源區(qū)和漏區(qū)之間被P型襯底所隔開型襯底所隔開,就好像兩個(gè)背向連就好像兩個(gè)背向連接的二極管。這時(shí)不論漏極、源極接的二極管。這時(shí)不論漏極、源極間加何種極性電壓間加何種極性電壓,總有一個(gè)總有一個(gè)PN結(jié)結(jié)處于反向偏置處于反向偏置,所以漏極、源極之所以漏極、源極之間只有很小的反向電流通過間只有很小的反向電流通過,可以可以認(rèn)為增強(qiáng)型認(rèn)為增強(qiáng)型NMOS管處于關(guān)斷狀態(tài)管處于關(guān)斷狀態(tài)UGSUT時(shí)形成導(dǎo)電溝道時(shí)形成導(dǎo)電溝道 1.

10、N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFET結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)構(gòu)與工作原理4.2MOSFET1. 1. N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFET結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)構(gòu)與工作原理（2 2）工作原理：）工作原理： uDS增大時(shí)增強(qiáng)型增大時(shí)增強(qiáng)型MOS管溝道的變化過程管溝道的變化過程(a)uGS UT出現(xiàn)出現(xiàn)N型溝道型溝道(b)uDS較小時(shí)較小時(shí) iD迅速增大迅速增大(c )uDS較大出現(xiàn)時(shí)較大出現(xiàn)時(shí) iD趨于飽和趨于飽和 在正的漏極電源在正的漏極電源uDS作用下，將有作用下，將有iD產(chǎn)生。把在產(chǎn)生。把在uDS作用下作用下開始導(dǎo)電的開始導(dǎo)電的uGS叫做開啟電壓叫做開啟電壓UT。4.2MOSFET(1)(1)轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)

11、移特性曲線主要特點(diǎn)如下主要特點(diǎn)如下: 當(dāng)當(dāng)0uGSUT時(shí)時(shí),iD=0。盡管盡管uGS0,但無柵流。但無柵流。 當(dāng)當(dāng)uGSUT時(shí)時(shí),導(dǎo)電溝導(dǎo)電溝道形成道形成,iD0。值時(shí)的是式中DTGSDTGSTGSDDiVuIVuVuIi2)() 1(0202. N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管特性曲線管特性曲線4.2MOSFET 分為恒流區(qū)、可變電分為恒流區(qū)、可變電阻區(qū)、截止區(qū)和擊穿區(qū)。阻區(qū)、截止區(qū)和擊穿區(qū)。其特點(diǎn)為：其特點(diǎn)為：（2）輸出特性）輸出特性2. N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管特性曲線管特性曲線1)截止區(qū)：截止區(qū)：UGSUT，導(dǎo)電，導(dǎo)電溝道未形成，溝道未形成，iD=0。2)恒流區(qū)：恒流區(qū)：曲線間隔均

12、勻，曲線間隔均勻，uGS對對iD控制能力強(qiáng)。控制能力強(qiáng)。uDS對對iD的控制能力弱，曲的控制能力弱，曲線平坦。線平坦。3)可變電阻區(qū)：可變電阻區(qū)：uGS越大，越大，rDS越小，體現(xiàn)了可變電阻越小，體現(xiàn)了可變電阻4）擊穿區(qū)：）擊穿區(qū)：隨著隨著uDS增大，靠近漏區(qū)的增大，靠近漏區(qū)的PN結(jié)反偏電壓結(jié)反偏電壓uDG也隨之增大。也隨之增大。4.2MOSFET 1. 1. N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)構(gòu)與工作原理（1 1）結(jié)構(gòu)：）結(jié)構(gòu)： 增強(qiáng)型增強(qiáng)型NMOS管在管在uGS=0時(shí)時(shí),管內(nèi)沒有導(dǎo)電溝道。耗盡型則管內(nèi)沒有導(dǎo)電溝道。耗盡型則不同不同,它在它在uGS=0時(shí)就有導(dǎo)電溝道時(shí)就有導(dǎo)電

13、溝道,它的導(dǎo)電溝道是在制造過程它的導(dǎo)電溝道是在制造過程中就形成了的。中就形成了的。 N溝道耗盡型溝道耗盡型MOS管的結(jié)構(gòu)示意圖及符號管的結(jié)構(gòu)示意圖及符號二、耗盡型二、耗盡型MOSFET4.2MOSFET（2 2）工作原理：）工作原理：1. 1. N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)構(gòu)與工作原理 由于由于uGS=0=0時(shí)就存在原始溝道，所以只要此時(shí)時(shí)就存在原始溝道，所以只要此時(shí)uDS00，就有漏極電流。如果就有漏極電流。如果uGS 0, 0,指向襯底的電場加強(qiáng)，溝道指向襯底的電場加強(qiáng)，溝道變寬，漏極電流變寬，漏極電流iD將會增大。反之，若將會增大。反之，若uGS 00，則柵壓產(chǎn)，則

14、柵壓產(chǎn)生的電場與正離子產(chǎn)生的自建電場方向相反，總電場減弱，生的電場與正離子產(chǎn)生的自建電場方向相反，總電場減弱，溝道變窄，溝道電阻變大，溝道變窄，溝道電阻變大， iD減小。當(dāng)減小。當(dāng)uGS繼續(xù)變負(fù)，等繼續(xù)變負(fù)，等于某一閾值電壓時(shí)，溝道將全部消失，于某一閾值電壓時(shí)，溝道將全部消失， iD =0=0，管子進(jìn)入，管子進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。截止?fàn)顟B(tài)。4.2MOSFET2. N溝道耗盡型溝道耗盡型MOS管特性曲線管特性曲線(1)(1)轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線（2 2）輸出特性輸出特性 N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET管的電流方程與增強(qiáng)型管是一樣的，管的電流方程與增強(qiáng)型管是一樣的，不過其中的開啟電壓應(yīng)換成夾斷電壓不過其中的開啟電壓應(yīng)換成夾斷電壓UP。經(jīng)簡單變換，耗盡型。經(jīng)簡單變換，耗盡型NMOSFET的電流方程為的電流方程為)0()1(GSP2PGSDSSD vVVvIi4.2MOSFET3. P3. P溝道絕緣柵場效應(yīng)管溝道絕緣柵場效應(yīng)管(PMOS)(PMOS) PMOS管也有兩種管也有兩種:增強(qiáng)型和耗盡型。增強(qiáng)型增強(qiáng)型和耗盡型。增強(qiáng)型PMOS管在工作時(shí)為了在漏源極之間形成管在工作時(shí)為了在漏源極之間形成P型溝道型溝道,柵源極之間柵源極之間電壓電壓uG