模擬電子技術(shù) 場(chǎng)效應(yīng)管

1、第五講 場(chǎng)效應(yīng)管一、場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)二、場(chǎng)效應(yīng)管的放大原理三、場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線四、主要參數(shù)MOSMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)場(chǎng)效效應(yīng)應(yīng)管管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管JFET絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)三極管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)三極管IGFET分類分類N溝道溝道P溝道溝道一、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管一、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)G柵極（基極）柵極（基極）S源極（發(fā)射極）源極（發(fā)射極）D漏極（集電極）漏極（集電極）在在N型半導(dǎo)體硅片型半導(dǎo)體硅片的兩側(cè)各制造一個(gè)的兩側(cè)各制造一個(gè)PN結(jié)，形成兩個(gè)結(jié)，形成兩個(gè)PN結(jié)夾著一個(gè)結(jié)夾著一個(gè)N型型溝道的結(jié)構(gòu)。溝道的結(jié)構(gòu)。P區(qū)區(qū)即為柵極，即為柵極，N型硅型硅的一端是漏極，另的一

2、端是漏極，另一端是源極。一端是源極。工作原理工作原理以以N溝道溝道PN結(jié)結(jié)型結(jié)結(jié)型FET為為例例正常正常放大放大時(shí)外時(shí)外加偏加偏置電置電壓的壓的要求要求問題：如果是問題：如果是P溝道，直流偏置應(yīng)如何加？溝道，直流偏置應(yīng)如何加？0DSVV VGSGS0 00，使形成漏，使形成漏電流電流i iD D。0GSV柵源電壓對(duì)溝道的控制作用柵源電壓對(duì)溝道的控制作用當(dāng)當(dāng)VGS=0時(shí)，在漏、源之間加有一定電壓時(shí)，在漏源時(shí)，在漏、源之間加有一定電壓時(shí)，在漏源間將形成多子的漂移運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生漏極電流。間將形成多子的漂移運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生漏極電流。當(dāng)當(dāng)VGS0時(shí)，時(shí)，PN結(jié)反偏，耗盡層變寬，漏源間的結(jié)反偏，耗盡層變寬，漏源間的

3、溝道將變窄，溝道將變窄，ID將減小。將減小。VGS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄，繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄，ID繼續(xù)減小直至為繼續(xù)減小直至為0。當(dāng)。當(dāng)漏極電流為零時(shí)所對(duì)應(yīng)的柵源電壓漏極電流為零時(shí)所對(duì)應(yīng)的柵源電壓VGS稱為夾斷電壓稱為夾斷電壓VP。漏源電壓對(duì)溝道的控制作用漏源電壓對(duì)溝道的控制作用當(dāng)當(dāng)VGS=0,VDS=0時(shí)，漏電流時(shí)，漏電流ID=0當(dāng)當(dāng)VGS=0,VDS增大時(shí)，漏電流增大時(shí)，漏電流ID也增大。也增大。此時(shí)由于存在溝道電阻，此時(shí)由于存在溝道電阻，將使溝道內(nèi)電位分布不均勻，其中將使溝道內(nèi)電位分布不均勻，其中d端與柵極間的反壓最高，沿著端與柵極間的反壓最高，沿著溝道向下逐漸降低，源端最低，從而使

4、耗盡層成楔形分布。溝道向下逐漸降低，源端最低，從而使耗盡層成楔形分布。 當(dāng)當(dāng)V VDSDS繼續(xù)增大到使繼續(xù)增大到使V VGSGS-V-VDSDS=V=VP P時(shí)，時(shí)，d端端附近的溝道被夾斷，這稱為附近的溝道被夾斷，這稱為“預(yù)夾預(yù)夾斷斷”。 出現(xiàn)預(yù)夾斷后，當(dāng)出現(xiàn)預(yù)夾斷后，當(dāng)V VDSDS繼續(xù)增大時(shí)，夾斷長度會(huì)自上向繼續(xù)增大時(shí)，夾斷長度會(huì)自上向下延伸，但從源極到夾斷處的溝道上溝道電場(chǎng)基本不下延伸，但從源極到夾斷處的溝道上溝道電場(chǎng)基本不隨隨V VDSDS變化，變化，I ID D基本不隨基本不隨V VDSDS增加而上升，趨于飽和值。增加而上升，趨于飽和值。特性曲線特性曲線 (b) N溝道結(jié)型溝道結(jié)型F

5、ET轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線(a) N溝道結(jié)型溝道結(jié)型FET輸出特性曲線輸出特性曲線2(1)GSDDSSPviIV-GDGSDSPvvvV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溝道溝道二、絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管二、絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管金金屬屬氧氧化化物物半半導(dǎo)導(dǎo)體體三三極極管管MOS管結(jié)構(gòu)管結(jié)構(gòu)以以N N溝道溝道增強(qiáng)增強(qiáng)型型MOSMOS管管為為例例G柵極（基極）柵極（基極）S源極（發(fā)射極）源極（發(fā)射極）D漏極（集電極）漏極（集電極）B襯底襯底N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFET基本上是基本上是一種左右對(duì)稱的拓一種左右對(duì)稱的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它是在撲結(jié)構(gòu)，它是在P型半導(dǎo)體上生成一型半導(dǎo)體上生成一層

6、層SiO2 薄膜絕緣層薄膜絕緣層，然后用光刻工藝，然后用光刻工藝擴(kuò)散兩個(gè)高摻雜的擴(kuò)散兩個(gè)高摻雜的N型區(qū)，從型區(qū)，從N型區(qū)引型區(qū)引出電極出電極MOS管工作原理管工作原理以以N溝道增強(qiáng)溝道增強(qiáng)型型MOS管為管為例例正常正常放大放大時(shí)外時(shí)外加偏加偏置電置電壓的壓的要求要求0GSV0DSV問題：如果是問題：如果是P溝道，直流偏置應(yīng)如何加？溝道，直流偏置應(yīng)如何加？柵源電壓柵源電壓V VGSGS對(duì)對(duì)i iD D的控制作用的控制作用VGS|VP|時(shí)所對(duì)應(yīng)的漏極時(shí)所對(duì)應(yīng)的漏極電流。電流。輸入電阻輸入電阻RGSMOS管由于柵極絕緣，所以其輸入電管由于柵極絕緣，所以其輸入電阻非常大，理想時(shí)可認(rèn)為無窮大。阻非常大，

7、理想時(shí)可認(rèn)為無窮大。飽和漏極電流飽和漏極電流IDSS場(chǎng)效應(yīng)管參數(shù)場(chǎng)效應(yīng)管參數(shù)低頻跨導(dǎo)指漏極電流變化量與柵壓變化量的低頻跨導(dǎo)指漏極電流變化量與柵壓變化量的比值，可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求取。比值，可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求取。最大漏極功耗最大漏極功耗PDM最大漏極功耗可由最大漏極功耗可由PDM= VDS ID決定，決定，與雙極型三極管的與雙極型三極管的PCM相當(dāng)。相當(dāng)。低頻跨導(dǎo)低頻跨導(dǎo)gmDSDmVGSigv2nGSTNKVV2()DnGSTNiKvV以以MOS管為例管為例BJT與與FET的比較的比較雙極型三極管場(chǎng)效應(yīng)三極管結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)NPN型，型，PNP型型C與與E不可倒置使用不可倒置使用結(jié)型耗盡型：結(jié)型耗盡型： N溝道溝道 P溝道溝道絕緣柵增強(qiáng)型：絕緣柵增強(qiáng)型： N溝道溝道 P溝道溝道絕緣柵耗盡型：絕緣柵耗盡型： N溝道溝道 P溝道溝道D與與S可倒置使用可倒置使用載流載流子子多子、少子均參與多子、少子均參與導(dǎo)電導(dǎo)電多子參與導(dǎo)電多子參與導(dǎo)電輸入輸入量量電流輸入電流輸入電壓輸入電壓輸入控制控制電流控制電流電流控制電流電壓控制電流電壓控制電流BJT與與FET的比較的比較雙極型三極管場(chǎng)效應(yīng)三極管噪聲噪聲較大較大較小較小溫度溫度特性特性受溫度影響較大受溫度影響較大受溫度影響較小，有零溫受溫度影響較小，有零