第四章 場效應(yīng)管

模擬電子技術(shù)授課教師：胡玉玲第四章

場效應(yīng)管放大電路第四章場效應(yīng)管放大電路4.1結(jié)型場效應(yīng)管4.2金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管場效應(yīng)管（FET):利用電場效應(yīng)來控制電流大小，參與導(dǎo)電的只有一種載流子，屬于單極型器件。引言晶體管（BJT):電流控制電流的器件，參與導(dǎo)電的有兩種載流子，屬于雙極型器件。結(jié)型場效應(yīng)管JFET金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管MOSFET場效應(yīng)管有兩類:優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、耗電省、輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好、噪聲低。§4.1JFET場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管N溝道結(jié)型場效應(yīng)管P溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGSDGS一、N溝道結(jié)型場效應(yīng)管N基底：N型半導(dǎo)體PP兩邊是P區(qū)G(柵極)S源極D漏極導(dǎo)電溝道1、結(jié)構(gòu)S源極NPPG(柵極)D漏極N溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGS2、符號(hào)S源極PNNG(柵極)D漏極P溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGS二、P溝道結(jié)型場效應(yīng)管1、結(jié)構(gòu)2、符號(hào)三、工作原理（以N溝道為例）VDS=0V時(shí)GSDVDS=0VGSNNIDPN結(jié)反偏，|VGS|越大則耗盡層越寬，導(dǎo)電溝道越窄。1、VDS=0，G、S加負(fù)電壓：NPPVDS=0時(shí)NGSDVDS=0VGSPPIDVGS達(dá)到一定值時(shí)（夾斷電壓VP）,耗盡區(qū)碰到一起，DS間被夾斷，這時(shí)，即使VDS0V，漏極電流ID=0A。VGS對(duì)ID的控制作用：改變VGS的大小可以有效地控制導(dǎo)電溝道電阻大小，對(duì)于固定的VDS，VGS增大可以使ID減小。NGSDVDSVGS=0VGS=0且VDS>0時(shí)耗盡區(qū)的形狀PP越靠近漏端，PN結(jié)反壓越大ID2、VGS=0，D、S加正電壓：VDS對(duì)ID的影響：改變VDS的大小可以一方面有利于ID增加，另一方面又增大了阻礙漏極電流增大的因素。3、G、S加負(fù)電壓，D、S加正電壓：NGSDVDSNNIDPPVGS越大耗盡區(qū)越寬，溝道越窄，電阻越大。但當(dāng)VGS較小時(shí)，耗盡區(qū)寬度有限，存在導(dǎo)電溝道。DS間相當(dāng)于線性電阻。VGSVGS<Vp且VDS較大時(shí)VGD<VP時(shí)耗盡區(qū)的形狀溝道中仍是電阻特性，但是是非線性電阻。NGSDVDSPPIDVGSVGS<VpVGD=VP時(shí)漏端的溝道被夾斷，稱為予夾斷。VDS增大則被夾斷區(qū)向下延伸。VGSNGSDVDSPPIDVGS<VpVGD=VP時(shí)此時(shí)，電流ID由未被夾斷區(qū)域中的載流子形成，基本不隨VDS的增加而增加，呈恒流特性。NGSDVDSPPIDVGS四、特性曲線1、輸出特性曲線VDS0IDIDSSVP飽和漏極電流VGS=0夾斷電壓某一VGS下ID-VDS予夾斷曲線VGS=0V-2V-1V-3V-4V-5V可變電阻區(qū)夾斷區(qū)恒流區(qū)輸出特性曲線IDVDS0VGS0IDIDSSVP一定VDS下的ID-VGS曲線2、轉(zhuǎn)移特性曲線P溝道結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線VGS0IDIDSSVP輸出特性曲線P溝道結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線予夾斷曲線IDVDS2VVGS=0V1V3V4V5V可變電阻區(qū)夾斷區(qū)恒流區(qū)0例題1：一個(gè)JFET的轉(zhuǎn)移特性曲線如圖所示，試問：它是N溝道還是P溝道的FET?它的夾斷電壓和飽和漏極電流各是多少？例題2：從JFET的輸出特性中，作出VDS=8V時(shí)的轉(zhuǎn)移特性曲線。六、主要參數(shù)：1、夾斷電壓VP：2、飽和漏極電流IDSS:VGS=0V予夾斷曲線-2V-1V-3V-4V-5VIDVDS03、直流輸入電阻RGS（DC）：柵壓除柵流4、輸出電阻rd:5、最大耗散功率PDM:6、擊穿電壓：V（BR）DSV（BR）GS結(jié)型場效應(yīng)管的缺點(diǎn)1.柵源極間的電阻雖然可達(dá)107以上，但在某些場合仍嫌不夠高。3.柵源極間的PN結(jié)加正向電壓時(shí)，將出現(xiàn)較大的柵極電流。絕緣柵場效應(yīng)管可以很好地解決這些問題。2.在高溫下，PN結(jié)的反向電流增大，柵源極間的電阻會(huì)顯著下降。引言：MOSFET是利用半導(dǎo)體表面的電場效應(yīng)來工作的，它的輸入電阻可達(dá)1015以上?！?.2金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管MOSFET

MOSFET分類N溝道MOS管P溝道MOS管增強(qiáng)型耗盡型增強(qiáng)型耗盡型按照導(dǎo)電的載流子分按照導(dǎo)電溝道形成的機(jī)理分4.2.1N溝道增強(qiáng)型MOSFETPNNGSDP型基底兩個(gè)N區(qū)SiO2絕緣層金屬鋁GSD1、結(jié)構(gòu)和電路符號(hào)絕緣柵極NPPGSDGSDP溝道增強(qiáng)型2、N溝道增強(qiáng)型MOS管的工作原理MOSFET是利用柵源電壓的大小來改變半導(dǎo)體表面的感應(yīng)電荷的多少，從而控制漏極電流的大小。增強(qiáng)型：當(dāng)VGS=0V時(shí)，沒有導(dǎo)電溝道，iD=0，而必須依靠柵源電壓的作用，才能形成感生溝道的場效應(yīng)管為增強(qiáng)型。PNNGSDVDSVGSVGS=0時(shí)D-S間相當(dāng)于兩個(gè)反接的PN結(jié)ID=0對(duì)應(yīng)截止區(qū)1、VGS=0時(shí)增強(qiáng)型：

VGS=0V，iD=0iDvDS0截止區(qū)PNNGSDVDSVGSVGS>0時(shí)VGS足夠大時(shí)（VGS>VT）感應(yīng)出足夠多電子，這里出現(xiàn)以電子導(dǎo)電為主的N型導(dǎo)電溝道。感應(yīng)出電子VT稱為開啟電壓2、VGS>0時(shí)VGS較小時(shí)，導(dǎo)電溝道相當(dāng)于電阻將D-S連接起來，VGS越大此電阻越小，在VDS一定時(shí)，電流Id隨著VGS增大而增大。PNNGSDVDSVGSPNNGSDVDSVGS當(dāng)VDS不太大時(shí)，導(dǎo)電溝道在兩個(gè)N區(qū)間是均勻的。3、VDS較小時(shí)iDvDS0A可變電阻區(qū)PNNGSDVDSVGS當(dāng)VDS較大時(shí)，靠近D區(qū)的導(dǎo)電溝道變窄。4、VDS較大時(shí)PNNGSDVDSVGSVDS增加，VGD=VT時(shí)，靠近D端的溝道被夾斷，稱為預(yù)夾斷。預(yù)夾斷后，即使VDS繼續(xù)增加，ID仍呈恒流特性。IDiDvDS0A飽和區(qū)注意：預(yù)夾斷的臨界條件：總結(jié)：MOSFET是一個(gè)電壓控制型器件。對(duì)于增強(qiáng)型，改變VGS的大小可以有效地控制感應(yīng)電荷的多少，對(duì)于固定的VDS，VGS增大可以使ID增大。3、增強(qiáng)型N溝道MOS管的特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線0IDVGSVT輸出特性曲線IDVDS0VGS>VT>0轉(zhuǎn)移特性曲線可以由輸出特性曲線獲得。舉例書204頁圖5.1.4的獲得。耗盡型:VGS=0V，加上VDS有iD存在。PNNGSD絕緣層中摻有大量的正離子，即予埋了導(dǎo)電溝道GSD4.2.2N溝道耗盡型MOS管1、結(jié)構(gòu)和電路符號(hào)P溝道耗盡型NPPGSDGSD予埋了導(dǎo)電溝道PNNGSDVDSVGS2、工作原理3、特性曲線：耗盡型的MOS管VGS=0時(shí)就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓才能夾斷。0IDVGSVT轉(zhuǎn)移特性曲線輸出特性曲線IDVDS0VGS=0VGS<0VGS>0總結(jié)：耗盡型的MOS管也是電壓控制電流的器件，可以在正或負(fù)的柵源電壓下工作。1）場效應(yīng)管的G、S、D相當(dāng)于三極管的B、E、C。2）場效應(yīng)管是電壓控制器件，柵流基本為0。3）場效應(yīng)管的D、S可互換。場效應(yīng)管與三極管比較：補(bǔ)充：MOSFET的