電子電路場(chǎng)效應(yīng)管概要課件

1、電路與模擬電子技術(shù)原理第六章半導(dǎo)體元器件11:11:191電路與模擬電子技術(shù)原理第六章04:47:091第6章 半導(dǎo)體元器件6.1 從電子管到晶體管6.2 半導(dǎo)體6.3 半導(dǎo)體二極管 6.4 晶體管6.5 場(chǎng)效應(yīng)晶體管11:11:192第6章 半導(dǎo)體元器件6.1 從電子管到晶體管04:47:6.5 場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）是利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制半導(dǎo)體中電流的半導(dǎo)體器件。起控制作用的電極稱為柵極基極；漏極集電極源極發(fā)射極。改變施加在場(chǎng)效應(yīng)管柵極上的電壓，就可以控制漏極和源極之間的電流，所以場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制型器件；與之對(duì)比，晶體管通常被看做電流控制型器件，用基極電流控制集電極電流。

2、11:11:1936.5 場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）是利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)6.5 場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)管比晶體管噪聲更低、熱穩(wěn)定性更好、抗輻射能力更強(qiáng)、輸入阻抗很高。 6.5.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管6.5.2 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管6.5.3 場(chǎng)效應(yīng)管的特性6.5.4 場(chǎng)效應(yīng)管的應(yīng)用 11:11:1946.5 場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)管比晶體管噪聲更低、熱穩(wěn)定性更好6.5.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 Junction Field-Effect Transistor，JFET 1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的基本結(jié)構(gòu) 11:11:1956.5.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 Junction Field-E1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的基本結(jié)構(gòu)場(chǎng)效應(yīng)管電路符號(hào)中箭頭

3、的方向與晶體管電路符號(hào)中箭頭一樣，都是從P區(qū)指向N區(qū) 11:11:1961結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的基本結(jié)構(gòu)場(chǎng)效應(yīng)管電路符號(hào)中箭頭的方向與晶體2結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理 場(chǎng)效應(yīng)管是依靠多子導(dǎo)電的（晶體管的電流放大作用是依靠少子導(dǎo)電實(shí)現(xiàn)的） 使用多子導(dǎo)電的場(chǎng)效應(yīng)管比使用少子導(dǎo)電的晶體管更加穩(wěn)定。 場(chǎng)效應(yīng)管為單極型（Unipolar）器件。晶體管內(nèi)部的既有空穴導(dǎo)電，又有電子導(dǎo)電，稱之為雙極型晶體管（Biplar Junction Transistor，BJT） 11:11:1972結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理 場(chǎng)效應(yīng)管是依靠多子導(dǎo)電的（晶體管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理（續(xù)）11:11:198結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理（續(xù)）0

4、4:47:108結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理（續(xù)）11:11:199結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理（續(xù)）04:47:109結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理（續(xù)）11:11:1910結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理（續(xù)）04:47:10103結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線11:11:19113結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線04:47:1011結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線（續(xù)）可變電阻區(qū)恒流區(qū)、放大區(qū)或飽和區(qū)夾斷區(qū)擊穿區(qū)恒流區(qū)特性11:11:1912結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線（續(xù)）可變電阻區(qū)04:47:10126.5 場(chǎng)效應(yīng)晶體管6.5.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管6.5.2 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管6.5.3 場(chǎng)效應(yīng)管的特性6.5.4 場(chǎng)效應(yīng)管的應(yīng)用 11:11:19136

5、.5 場(chǎng)效應(yīng)晶體管6.5.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管04:47:6.5.2 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的柵極是“絕緣”的，其柵源間的電阻非常大；低功耗、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單柵極（通常用金屬鋁制作）與半導(dǎo)體之間存在一個(gè)二氧化硅薄層，形成“金屬-氧化物-半導(dǎo)體”這樣的結(jié)構(gòu)，所以絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管通常被稱為MOS場(chǎng)效應(yīng)管（Metal-Oxide-Semiconductor FET）。 11:11:19146.5.2 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的柵極是“絕緣1絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的基本結(jié)構(gòu) 根據(jù)導(dǎo)電溝道的不同特性，IGFET分為N溝道P溝道增強(qiáng)型（Enhancement-type）耗盡型（Depletion-type

6、） 11:11:19151絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的基本結(jié)構(gòu) 根據(jù)導(dǎo)電溝道的不同特性，IG絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的基本結(jié)構(gòu)（續(xù)）11:11:1916絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的基本結(jié)構(gòu)（續(xù)）04:47:10164種IGFET的電路符號(hào)虛線表示增強(qiáng)型，實(shí)線表示耗盡型；箭頭總是從P區(qū)指向N區(qū)，所以箭頭向內(nèi)代表N溝道，箭頭向外代表P溝道。 11:11:19174種IGFET的電路符號(hào)虛線表示增強(qiáng)型，實(shí)線表示耗盡型；042絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理和特性曲線絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制型器件，柵極和源極之間的電壓UGS為控制信號(hào)，漏極電流ID為被控制信號(hào)。 11:11:19182絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理和特性曲線絕緣柵型

7、場(chǎng)效應(yīng)管是一（1）N溝道增強(qiáng)型IGFETIGFET不能像JFET那樣靠改變耗盡層寬度來(lái)控制漏極和源極間溝道的導(dǎo)電性能。 11:11:1919（1）N溝道增強(qiáng)型IGFETIGFET不能像JFET那樣靠改 UGS對(duì)ID的控制作用11:11:1920 UGS對(duì)ID的控制作用04:47:1020UGS對(duì)ID的控制作用（續(xù)）11:11:1921UGS對(duì)ID的控制作用（續(xù)）04:47:1021 UDS對(duì)ID的控制作用（續(xù)）11:11:1922 UDS對(duì)ID的控制作用（續(xù)）04:47:1022 N溝道增強(qiáng)型IGFET的特性曲線 N溝道增強(qiáng)型IGFET在恒流區(qū)的轉(zhuǎn)移特性其中ID(on)稱為通態(tài)漏極電流（On

8、State Drain Current），它是UGS2UGS(th)時(shí)的ID值。 11:11:1923 N溝道增強(qiáng)型IGFET的特性曲線 N溝道增強(qiáng)型IGFETN溝道增強(qiáng)型IGFET特性曲線（續(xù)）11:11:1924N溝道增強(qiáng)型IGFET特性曲線（續(xù)）04:47:1024（2）N溝道耗盡型IGFET 在恒流區(qū)的轉(zhuǎn)移特性11:11:1925（2）N溝道耗盡型IGFET 在恒流區(qū)的轉(zhuǎn)移特性04:47:N溝道耗盡型IGFET特性曲線11:11:1926N溝道耗盡型IGFET特性曲線04:47:1026（3）P溝道IGFET 增強(qiáng)型耗盡型 （分析略）11:11:1927（3）P溝道IGFET 增強(qiáng)型0

9、4:47:10276.5 場(chǎng)效應(yīng)晶體管6.5.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管6.5.2 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管6.5.3 場(chǎng)效應(yīng)管的特性6.5.4 場(chǎng)效應(yīng)管的應(yīng)用 11:11:19286.5 場(chǎng)效應(yīng)晶體管6.5.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管04:47:6.5.3 場(chǎng)效應(yīng)管的特性1場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線2場(chǎng)效應(yīng)管的特性參數(shù) 11:11:19296.5.3 場(chǎng)效應(yīng)管的特性1場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線04:471場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線 場(chǎng)效應(yīng)管的漏極電流ID既受柵源電壓UGS的控制，又受漏源電壓UDS的控制：漏極輸出特性曲線描述了場(chǎng)效應(yīng)管在不同UGS、UDS作用下的ID值，轉(zhuǎn)移特性曲線則特別描述了場(chǎng)效應(yīng)管工作在放大區(qū)時(shí)UGS對(duì)ID的控制。 11:

10、11:19301場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線 場(chǎng)效應(yīng)管的漏極電流ID既受柵源電壓U場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線（續(xù)）改變UGS將改變導(dǎo)電溝道的寬度，從而改變漏極和源極間的導(dǎo)電性能。當(dāng)改變UGS使溝道寬度為零時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管截止；當(dāng)溝道寬度不為零，而且UDS較小時(shí)，它對(duì)溝道的影響可以忽略，場(chǎng)效應(yīng)管工作于（受UGS控制的）可變電阻區(qū)。 11:11:1931場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線（續(xù)）改變UGS將改變導(dǎo)電溝道的寬度，從而場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線（續(xù)）增大UDS，它對(duì)溝道的影響不能忽略，隨著UDS的增大，溝道將發(fā)生預(yù)夾斷，使場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)入恒流區(qū)（放大區(qū)）；UDS過(guò)大，將使場(chǎng)效應(yīng)管發(fā)生擊穿。當(dāng)把場(chǎng)效應(yīng)管作為一種電壓控制電流型的放大器件時(shí)，UGS為輸入（控制）信號(hào)，ID為輸出（被控制）信號(hào)。 11:11:1932場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線（續(xù)）增大UDS，它對(duì)溝道的影響不能忽略，2場(chǎng)效應(yīng)管的特性參數(shù) 開(kāi)啟電壓UGS(th)（或UT） 夾斷電壓UGS(off)（或UP） 飽和漏極電流IDSS 輸入電阻RGS 低頻跨導(dǎo)（互導(dǎo)）gm 最大漏極功耗PDM 11:11:19332場(chǎng)效應(yīng)管的特性參數(shù) 開(kāi)啟電壓UGS(th)（或UT）6.5.4 場(chǎng)效應(yīng)管的應(yīng)用利用恒流區(qū)“ID基本上只受UGS控制，UGS不變則ID基本不變”的