模电第5讲场效应管.ppt

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1、第五讲 场效应管一、场效应管的结构和符号二、场效应管的放大原理三、场效应管的特性曲线四、主要参数场场效效应应管管结型场效应三极管结型场效应三极管JFET绝缘栅型场效应三极管绝缘栅型场效应三极管IGFET分类分类N沟道沟道P沟道沟道结构结构G栅极（基极）栅极（基极）S源极（发射极）源极（发射极）D漏极（集电极）漏极（集电极）在在N型半导体硅片型半导体硅片的两侧各制造一个的两侧各制造一个PN结，形成两个结，形成两个PN结夹着一个结夹着一个N型型沟道的结构。沟道的结构。P区区即为栅极，即为栅极，N型硅型硅的一端是漏极，另的一端是漏极，另一端是源极。一端是源极。工作原理工作原理以以N沟道沟道PN结结结

2、型结型FET为例为例正常正常放大放大时外时外加偏加偏置电置电压的压的要求要求问题：如果是问题：如果是P沟道，直流偏置应如何加？沟道，直流偏置应如何加？V VGSGS0 00，使使形形成成漏漏电电流流i iD D。栅源电压对沟道的控制作用栅源电压对沟道的控制作用当当VGS=0时时，在在漏漏、源源之之间间加加有有一一定定电电压压时时，在在漏漏源源间将形成多子的漂移运动，产生漏极电流。间将形成多子的漂移运动，产生漏极电流。当当VGS0时时，PN结结反反偏偏，耗耗尽尽层层变变宽宽，漏漏源源间间的的沟道将变窄，沟道将变窄，ID将减小。将减小。VGS继继续续减减小小，沟沟道道继继续续变变窄窄，ID继继续续

3、减减小小直直至至为为0。当当漏极电流为零时所对应的栅源电压漏极电流为零时所对应的栅源电压VGS称为夹断电压称为夹断电压VP。漏源电压对沟道的控制作用漏源电压对沟道的控制作用当当VGS=0,VDS=0时，漏电流时，漏电流ID=0当当VGS=0,VDS增增大大时时，漏漏电电流流ID也也增增大大。此此时时由由于于存存在在沟沟道道电电阻阻，将将使使沟沟道道内内电电位位分分布布不不均均匀匀，其其中中d端端与与栅栅极极间间的的反反压压最最高高，沿沿着着沟道向下逐渐降低，源端最低，从而使耗尽层成楔形分布。沟道向下逐渐降低，源端最低，从而使耗尽层成楔形分布。当当V VDSDS继续增大到使继续增大到使V VGS

4、GS-V-VDSDS=V=VP P时，时，d端附端附近的沟道被夹断，这称为近的沟道被夹断，这称为“预夹断预夹断”。出出现现预预夹夹断断后后，当当V VDSDS继继续续增增大大时时，夹夹断断长长度度会会自自上上向向下下延延伸伸，但但从从源源极极到到夹夹断断处处的的沟沟道道上上沟沟道道电电场场基基本本不不随随V VDSDS变化，变化，I ID D基本不随基本不随V VDSDS增加而上升，趋于饱和值。增加而上升，趋于饱和值。特性曲线特性曲线(b)N沟道结型沟道结型FET转移特性曲线转移特性曲线(a)N沟道结型沟道结型FET(b)输出特性曲线输出特性曲线增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟

5、道沟道P沟道沟道金金属属氧氧化化物物半半导导体体三三极极管管MOS管结构管结构以以N N沟道沟道增强增强型型MOSMOS管管为为例例G栅极（基极）栅极（基极）S源极（发射极）源极（发射极）D漏极（集电极）漏极（集电极）B衬底衬底N沟道增强型沟道增强型MOSFET基本上是基本上是一种左右对称的拓一种左右对称的拓扑结构，它是在扑结构，它是在P型半导体上生成一型半导体上生成一层层SiO2 薄膜绝缘层，薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的散两个高掺杂的N型区，从型区，从N型区引型区引出电极出电极MOS管工作原理管工作原理以以N沟道增强沟道增强型型MOS管为管为例例正常正常放大放大

6、时外时外加偏加偏置电置电压的压的要求要求问题：如果是问题：如果是P沟道，直流偏置应如何加？沟道，直流偏置应如何加？栅源电压栅源电压V VGSGS对对i iD D的控制作用的控制作用VGS|VP|时所对应的漏极时所对应的漏极电流。电流。输入电阻输入电阻RGSMOS管管由由于于栅栅极极绝绝缘缘，所所以以其其输输入入电电阻非常大，理想时可认为无穷大。阻非常大，理想时可认为无穷大。饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS场效应管参数场效应管参数低频跨导指漏极电流变化量与栅压变化量的低频跨导指漏极电流变化量与栅压变化量的比值，可以在转移特性曲线上求取。比值，可以在转移特性曲线上求取。最大漏极功耗最大漏极功耗PD

7、M最大漏极功耗可由最大漏极功耗可由PDM=VDS ID决定，决定，与双极型三极管的与双极型三极管的PCM相当。相当。低频跨导低频跨导gm以以MOS管为例管为例BJT与与FET的比较的比较双极型三极管场效应三极管结构结构NPN型，型，PNP型型C与与E不可倒置使用不可倒置使用结型耗尽型：结型耗尽型：N沟道沟道 P沟道沟道绝缘栅增强型：绝缘栅增强型：N沟道沟道 P沟道沟道绝缘栅耗尽型：绝缘栅耗尽型：N沟道沟道 P沟道沟道D与与S可倒置使用可倒置使用载流载流子子多子、少子均参与多子、少子均参与导电导电多子参与导电多子参与导电输入输入量量电流输入电流输入电压输入电压输入控制控制电流控制电流电流控制电流电压控制电流电压控制电流BJT与与FET的比较的比较双极型三极管场效应三极管噪声噪声较大较大较小较小温度温度特性特性受温度影响较大受温度影响较大受温度影响较小，有零温受温度影响较小，有零温度系数点度系数点输入输入电阻电阻几十到几千欧姆几十到几千欧姆几兆欧姆以上几兆欧姆以上静电静电影响影响不受静电影响不受静电影响易受静电影响易受静电影响集成集成工艺工艺不易大规模集成不易大规模集成适合于大规模和超大规模适合于大规模和超大规模集成集成