本文格式為Word版，下載可任意編輯——第5章場(chǎng)效應(yīng)管及其基本放大電路

第5章場(chǎng)效應(yīng)管及其基本放大電路

第5章場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路5.1場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管FET(FieldEffectTransistor)是利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制電流的一種半導(dǎo)體器件，即是電壓控制元件。它的輸出電流決定于輸入電壓的大小，基本上不需要信號(hào)源提供電流，所以它的輸入電阻高，且溫度穩(wěn)定性好。按結(jié)構(gòu)不同場(chǎng)效應(yīng)管有兩種:結(jié)型JFET(JunctionFieldEffect結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管：Transistor)絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管：絕緣柵型IGFET(InsulatedGateFET),MOS管Metal-Oxide-Semiconductor

第5章場(chǎng)效應(yīng)管及其基本放大電路

特點(diǎn)：1.單極性器件(一種載流子導(dǎo)電)2.輸入電阻高

(1071015,IGFET可高達(dá)1015)3.工藝簡(jiǎn)單、易集成、功耗小、體積小、成本低

第5章場(chǎng)效應(yīng)管及其基本放大電路

5.1.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管1.結(jié)構(gòu)與符號(hào)

N溝道JFETG—柵極Gate

P溝道JFETD—漏極DrainS—源極Source

相當(dāng)于三極管的B

相當(dāng)于三極管的C

相當(dāng)于三極管的E

第5章場(chǎng)效應(yīng)管及其基本放大電路

2.工作原理N溝道場(chǎng)效應(yīng)管工作時(shí)，在柵極與源極之間加負(fù)電壓，柵極與溝道之間的PN結(jié)為反偏。在漏極、源極之間加一定正電壓，使N溝道中的多數(shù)載流子(電子)由源極向漏極漂移，形成iD。iD的大小受VGS的控制。N溝道PN結(jié)

P溝道場(chǎng)效應(yīng)管工作時(shí)，極性相反，溝道中的多子為空穴。

第5章場(chǎng)效應(yīng)管及其基本放大電路

①柵源電壓VGS對(duì)iD的控制作用當(dāng)VGS0時(shí)，PN結(jié)反偏，耗盡層變厚，溝道變窄，溝道電阻變大，ID減??；VGS更負(fù)，溝道更窄，ID更小；直至溝道被耗盡層全部覆蓋，溝道被夾斷，ID≈0。這時(shí)所對(duì)應(yīng)的柵源電壓VGS稱為夾斷電壓UGS(off)。

第5章場(chǎng)效應(yīng)管及其基本放大電路

②漏源電壓VDS對(duì)iD的影響在柵源間加電壓VGSUGS(off),漏源間加電壓VDS。則因D端耗盡層所受的反偏電壓比S端耗盡層所受的反偏電壓大,使靠近D端的耗盡層比S端厚，溝道比S端窄,使溝道呈楔形。當(dāng)VDS繼續(xù)增加時(shí)，預(yù)夾斷點(diǎn)向源極方向伸長(zhǎng)為預(yù)夾斷區(qū)。由于預(yù)夾斷區(qū)電阻很大，使主要VDS下降在該區(qū)。Id電流近似不變。

當(dāng)VDS增加到使VGD=VGS-VDS=

UGS(off)時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷點(diǎn)，

第5章場(chǎng)效應(yīng)管及其基本放大電路

3.轉(zhuǎn)移特性和輸出特性

當(dāng)UGS(off)uGS0時(shí),

iDIDSS(1

uGSUGS(off)

)2

iD/vGSQdiD/dvGSQgmms

第5章場(chǎng)效應(yīng)管及其基本放大電路

5.1.2

絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管MOS場(chǎng)效應(yīng)管D

一、加強(qiáng)型N溝道MOSFET(MetalOxideSemi—FET)

1.結(jié)構(gòu)與符號(hào)SN+

G

DN+

GS

B

柵極和其它電極及硅片之間是絕緣的，稱絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管。

耗盡層

(摻雜濃度低)

P型襯底

B

S—源極Source在硅片表面生一用金屬鋁引出用擴(kuò)散的方法在絕緣層上噴金G—柵極Gate層薄SiO2絕緣層屬鋁引出柵極G源極S和漏極D制作兩個(gè)N區(qū)D—漏極Drain

第5章場(chǎng)效應(yīng)管及其基本放大電路

2N溝道加強(qiáng)型管的工作原理由結(jié)構(gòu)圖可見，N+型漏區(qū)和N+型源區(qū)之間被P型襯底隔開，漏極和源極之間是兩個(gè)背靠背的PN

結(jié)。SDSEG

當(dāng)柵源電壓UGS=0時(shí)，不管漏極和源極之間所加電壓的極性如何，其中總有一個(gè)PN結(jié)是反向偏置的，反向電阻很高，漏極電流近似為零。

–+

ED

–+UGS

G

D

N+

N+P型硅襯底

第5章場(chǎng)效應(yīng)管及其基本放大電路

1)uGS對(duì)導(dǎo)電溝道的影響(uDS=0)VDS

ID

第5章場(chǎng)效應(yīng)管及其基本放大電路

當(dāng)UGS0時(shí)，P型襯底中的電子受到電場(chǎng)力的吸引到達(dá)表層，填補(bǔ)空穴形成負(fù)離子的耗盡層；–+當(dāng)UGSUGS(th)時(shí)，EG將出現(xiàn)N型導(dǎo)電溝SGD–+道，將D-S連接起UGS來(lái)。UGS愈高，導(dǎo)電溝道愈寬。N+N+在漏極電源的作用P型硅襯底下將產(chǎn)生漏極電流N型導(dǎo)電溝道ID,管子導(dǎo)通。ED

第5章場(chǎng)效應(yīng)管及其基本放大電路

ED當(dāng)UGSUGS(th)后，場(chǎng)–+效應(yīng)管才形成導(dǎo)電溝道，EGS開始導(dǎo)通，若漏–源之間GD–+加上一定的電壓UDS,則UGS有漏極電流ID產(chǎn)生。在一定的UDS下漏極電流IDN+N+的大小與柵源電壓UGS有P型硅襯底關(guān)。所以，場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制電流的器N型導(dǎo)電溝道件。在一定的漏–源電壓UDS下，使管子由不導(dǎo)通變?yōu)閷?dǎo)通的臨界柵源電壓稱為開啟電壓UGS(th)。

第5章場(chǎng)效應(yīng)管及其基本放大電路

2)uDS對(duì)iD的影響(uGSUGS(th))DS間的電位差使溝道呈楔形，uDS,靠近漏極端的溝道厚度變薄。預(yù)夾斷(UGD=UGS(th)):漏極附近反型層消失。

預(yù)夾斷發(fā)生之前：uDSiD。預(yù)夾斷發(fā)生之后：uDSiD不變。

第5章場(chǎng)效應(yīng)管及其基本放大電路

3)特性曲線UDSID/mA可變電阻區(qū)恒流區(qū)UGS=4VUGS=3VUGS=2V

開啟電壓UGS(th)

UGS/無(wú)導(dǎo)電有導(dǎo)電溝道溝道轉(zhuǎn)移特性曲線IDID0(UGSUGS(th)

UGS=1V

o截止區(qū)

UDS/V漏極特性曲線iD值

-1)2ID0為uGS=2UGS(th)時(shí)的

第5章場(chǎng)效應(yīng)管及其基本放大電路

4)P溝道加強(qiáng)型

結(jié)構(gòu)

SiO2絕緣層

符號(hào)：D

P+N型襯底

P+

G加電壓才形成P型導(dǎo)電溝道S

加強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管只有當(dāng)UGSUGS(th)時(shí)才形成導(dǎo)電溝道。

第5章場(chǎng)效應(yīng)管及其基本放大電路

二、耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管假使MOS管在制造時(shí)導(dǎo)電溝道就已形成，稱為耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管。(1)N溝道耗盡型管SiO2絕緣層中摻有正離子符號(hào)：D

G予埋了N型導(dǎo)電溝道S

第5章場(chǎng)效應(yīng)管及其基本放大電路

由于耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管預(yù)埋了導(dǎo)電溝道，所以在UGS=0時(shí)，若漏–源之間加上一定的電壓UDS,也會(huì)有漏極電流ID產(chǎn)生。這時(shí)的漏極電流用IDSS表示，稱為飽和漏極電流。當(dāng)UGS0時(shí)，使導(dǎo)電溝道變寬，ID增大；當(dāng)UGS0時(shí)，使導(dǎo)電溝道變窄，ID減?。籙GS負(fù)值愈高，溝道愈窄，ID就愈小。當(dāng)UGS達(dá)到一定負(fù)值時(shí)，N型導(dǎo)電溝道消失，ID=0,稱為場(chǎng)效應(yīng)管處于夾斷狀態(tài)(即截止)。這時(shí)的UGS稱為夾斷電壓，用UGS(off)表示。

第5章場(chǎng)效應(yīng)管及其基本放大電路

(2)耗盡型N溝道MOS管的特性曲線耗盡型的MOS管UGS=0時(shí)就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓到一定值時(shí)才能夾斷。ID/mAID/mA16UGS0UGS=0UGS048121620UDS漏極特性曲線

UDS=常數(shù)

1612I夾斷電壓DSS8

128UGS