模電場(chǎng)效應(yīng)光課件

1.4場(chǎng)效應(yīng)管圖1-1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)一.結(jié)構(gòu)1.4.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管++++N溝道JFET，是在一根N型半導(dǎo)體棒兩側(cè)通過(guò)高濃度擴(kuò)散制造兩個(gè)重?fù)诫sP++型區(qū)，形成兩個(gè)PN結(jié)，將兩個(gè)P++區(qū)接在一起引出一個(gè)電極，稱為柵極(Gate)，在兩個(gè)PN結(jié)之間的N型半導(dǎo)體構(gòu)成導(dǎo)電溝道。在N型半導(dǎo)體的兩端各制造為源極(Source)，接收端稱為漏極(Drain)。在JFET中，源極和漏極是可以互換的。如果在柵極和源極之間加上負(fù)的電壓UGS，而在漏極和源極之間加上正的電壓UDS，那么，在UDS作用下，電子將源源不斷地由源極向漏極運(yùn)動(dòng)，形成漏極電流ID。因?yàn)闁旁措妷篣GS為負(fù)，PN結(jié)反偏，在柵源間僅存在微弱的反向飽和電流，所以柵極電流IG≈0，源極電流IS=ID。這就是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管輸入阻抗很大的原因。

二.工作原理(a)UGS=0，溝道最寬，ID最大1.UGS對(duì)導(dǎo)電溝道的影響圖1-2UGS對(duì)導(dǎo)電溝道影響示意圖(c)UGS負(fù)壓進(jìn)一步增大，溝道夾斷，ID=0圖1-2UGS對(duì)導(dǎo)電溝道影響示意圖UGS=夾斷電壓UP為了使輸入阻抗大(不允許出現(xiàn)柵流iG)，也為了使柵源電壓對(duì)溝道寬度及漏極電流有效地進(jìn)行控制，PN結(jié)一定要反偏，所以在N溝道JFET中，uGS必須為負(fù)值。2.UGS=0時(shí)UDS對(duì)導(dǎo)電溝道的影響圖1-3UDS對(duì)導(dǎo)電溝道和ID的影響1.轉(zhuǎn)移特性曲線圖1-4N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線三.特性曲線根據(jù)工作情況,輸出特性可劃分為4個(gè)區(qū)域,即:可變電阻區(qū)、恒流區(qū)、擊穿區(qū)和截止區(qū)。1.可變電阻區(qū)當(dāng)uDS很小，|uDS-uGS|<|UP|時(shí)，即預(yù)夾斷前(如圖所示)，uDS的變化直接影響整個(gè)溝道的電場(chǎng)強(qiáng)度，從而影響iD的大小。所以在此區(qū)域，隨著uDS的增大，iD增大很快。與雙極型晶體管不同，在JFET中，柵源電壓uGS對(duì)iD上升的斜率影響較大，隨著|uGS|增大，曲線斜率變小，說(shuō)明JFET的輸出電阻變大。如圖1--5所示

。2.恒流區(qū)恒流區(qū)相當(dāng)于雙極型晶體管的放大區(qū)。其主要特征為：(1)當(dāng)UP<UGS<0時(shí)，uGS變化，曲線平移，iD與uGS符合平方律關(guān)系，uGS對(duì)iD的控制能力很強(qiáng)。(2)UGS固定，uDS增大，iD增大極小。說(shuō)明在恒流區(qū)，uDS對(duì)iD的控制能力很弱。這是因?yàn)?，?dāng)uDS較大時(shí)，UDG增大，靠近漏區(qū)的PN結(jié)局部變厚，當(dāng)|uDS-uGS|>|UP|

時(shí)，溝道在漏極附近被局部夾斷(稱為預(yù)夾斷)，如圖所示。此后，uDS再增大，電壓主要降到局部夾斷區(qū)，而對(duì)整個(gè)溝道的導(dǎo)電能力影響不大。所以u(píng)DS的變化對(duì)iD影響很小。3.截止區(qū)當(dāng)|UGS|>|UP|時(shí)，溝道被全部夾斷，iD=0，故此區(qū)為截止區(qū)。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。4.擊穿區(qū)隨著uDS增大，靠近漏區(qū)的PN結(jié)反偏電壓uDG(=uDS-uGS)也隨之增大2.工作原理圖1-7UGS＞UT時(shí)形成導(dǎo)電溝道ID0是uGS=2UT時(shí)的iD3.特性曲線圖1-8N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線二.N溝道耗盡型MOS場(chǎng)效應(yīng)管圖1-9N溝道耗盡型MOS管的結(jié)構(gòu)示意圖圖3-11MOS場(chǎng)效應(yīng)管電路符號(hào)表3-1各種場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)和特性曲線表1-1續(xù)表3.開啟電壓UT(增強(qiáng)型)UT是增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管的重要參數(shù),它的定義是當(dāng)UDS一定時(shí),漏極電流ID達(dá)到某一數(shù)值(例如10μA)時(shí)所需加的UGS值。

4.直流輸入電阻RGSRGS是柵、源之間所加電壓與產(chǎn)生的柵極電流之比。由于柵極幾乎不索取電流,因此輸入電阻很高。結(jié)型為106Ω以上,MOS管可達(dá)1010Ω以上。二.交流參數(shù)1.低頻跨導(dǎo)gm

跨導(dǎo)gm的單位是mA/V。它的值可由轉(zhuǎn)移特性或輸出特性求得。三.極限參數(shù)1.漏極最大允許耗散功率PDmPDm與ID、UDS有如下關(guān)系:這部分功率將轉(zhuǎn)化為熱能,使管子的溫度升高。PDm決定于場(chǎng)效應(yīng)管允許的最高溫升。2.漏、源間擊穿電壓U（BR）DS在場(chǎng)效應(yīng)管輸出特性曲線上,當(dāng)漏極電流ID急劇上升產(chǎn)生雪崩擊穿時(shí)的UDS。工作時(shí)外加在漏、源之間的電壓不得超過(guò)此值。1.4.4場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)(1)場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制器件,即通過(guò)UGS來(lái)控制ID。

(2)場(chǎng)效應(yīng)管輸入端幾乎沒(méi)有電流,所以其直流輸入電阻和交流輸入電阻都非常高。(3)由于場(chǎng)效應(yīng)管是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電的,因此,與雙極性三極管相比,具有噪聲小、受幅射的影響小、熱穩(wěn)定性較好而且存在零溫度系數(shù)工作點(diǎn)等特性。(4)由于場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)對(duì)稱,有時(shí)漏極和源極可以互換使用,而各項(xiàng)指標(biāo)基本上不受影響,因此應(yīng)用時(shí)比較方便、靈活。

(5)場(chǎng)效應(yīng)管的制造工藝簡(jiǎn)單,有利于大規(guī)模集成。(6)由于MOS場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻可高達(dá)1015Ω,因此,由外界靜電感應(yīng)所