主要內(nèi)容鏈接4.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管1.JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理2.JFET的特性曲線及參數(shù)4.3金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管1.N溝道增強(qiáng)型MOSFET2.N溝道耗盡型MOSFET總結(jié)和比較

第四章場(chǎng)效應(yīng)管放大電路BJT是電流控制器件iBiCiDFET是電壓控制器件vGSiE≈iCN溝道P溝道增強(qiáng)型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道4.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFET(JunctiontypeFieldEffectTransistor)是利用半導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)效應(yīng)進(jìn)行工作的，又稱體內(nèi)場(chǎng)效應(yīng)器件。從參與導(dǎo)電的載流子來(lái)劃分，它有電子作為載流子的N溝道器件和空穴作為載流子的P溝道器件。d：漏極(drain)，相當(dāng)于BJT管的c極s：源極(source)，相當(dāng)于BJT管的e極g：柵極(gate)，相當(dāng)于BJT管的b極1.JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理(1)結(jié)構(gòu)(a)N溝道JFET的結(jié)構(gòu)和代表符號(hào)(b)P溝道JFET的結(jié)構(gòu)和代表符號(hào)(2)工作原理N溝道JFET正常工作時(shí)：g極與s極加負(fù)壓(vGS<0)d極與s極加正壓(vDS>0)N溝道中的多數(shù)載流子(電子)由源極向漏極漂移，形成電流iD。因?yàn)閷?dǎo)電的載流子為自由電子，所以稱為N溝道JFET。iD5V10V-5-50V大于0VPN結(jié)均反偏，沒(méi)有橫向電流(a)vGS對(duì)iD的控制作用

場(chǎng)效應(yīng)管內(nèi)沒(méi)有電流，整個(gè)半導(dǎo)體處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。設(shè)vDS=0，若vGS=0：當(dāng)|vGS|增大，耗盡層加寬，溝道電阻加大。當(dāng)|vGS|增大到使兩側(cè)耗盡層合攏，稱溝道被夾斷，相應(yīng)的vGS稱夾斷電壓，用VP表示。vDS=0，vGS<0時(shí)：10V-10V-10V0V0V溝道中有iD電流，|vGS|增大，耗盡層加寬，溝道電阻加大，iD電流下降。直到vGS＝VP，

iD＝0。vDS>0，vGS<0時(shí)：(b)vDS對(duì)iD的控制作用

開(kāi)始階段iD隨著vDS增大而迅速增大vGS=0，vDS>0:10V000V8V耗盡層上寬下窄iD隨著vDS繼續(xù)增大，靠近漏極處的耗盡層首先在A點(diǎn)處合攏，稱為預(yù)夾斷。此時(shí)iD趨于飽和，稱為飽和漏極電流，用IDSS表示。“預(yù)夾斷”后，若vDS繼續(xù)上升，夾斷區(qū)進(jìn)一步向源極延伸；如果vDS過(guò)大，則N溝道中的PN結(jié)會(huì)反向擊穿，iD將迅速上升。夾斷區(qū)的電場(chǎng)很強(qiáng)，仍能將電子拉到漏極，而未夾斷區(qū)的場(chǎng)強(qiáng)幾乎不變，所以iD基本不變。若vGS<0，vDS>0:5V10V-5V-5V0V8V(c)總結(jié)JFET工作時(shí)柵極、溝道之間的PN結(jié)反偏，iG0，輸入電阻高；預(yù)夾斷前，

iD與vDS呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，iD趨于飽和，不受vDS

影響，而受vGS控制，所以說(shuō)JFET是電壓控制電流器件。2.JFET的特性曲線及參數(shù)(1)輸出特性JFET的輸出特性是指在柵源電壓vGS一定的情況下，漏極電流iD與漏源電壓vDS之間的關(guān)系?？勺冸娮鑵^(qū)，該區(qū)的邊界是vDS=vGS-Vp，工作在該區(qū)的JFET可看作壓控電阻飽和區(qū)、恒流區(qū)或線性放大區(qū)，該區(qū)的iD不隨vDS變化，只受vGS控制，此時(shí)JFET可看作電壓控制電流源擊穿區(qū)，該區(qū)的邊界是vDS=vGS-VBR截止區(qū)或夾斷區(qū)，該區(qū)的邊界是vGSVp，特點(diǎn)是iD＝0(2)轉(zhuǎn)移特性JFET的轉(zhuǎn)移特性是指在一定的漏源電壓vDS下，柵源電壓vGS對(duì)漏極電流iD的控制特性。轉(zhuǎn)移特性是輸出特性的又一種形式，可以直接從輸出特性上用作圖法求出。JFET轉(zhuǎn)移特性示意圖說(shuō)明JFET一般工作在飽和區(qū)，可認(rèn)為其轉(zhuǎn)移特性重合為一條轉(zhuǎn)移特性曲線與縱軸的交點(diǎn)為vGS＝0，iD＝IDSS，與橫軸的交點(diǎn)為vGS＝VP，iD＝0(3)主要參數(shù)(a)直流參數(shù)夾斷電壓VP根據(jù)JFET的轉(zhuǎn)移特性可知，當(dāng)vDS固定(測(cè)試時(shí)通常定為10V)，iD為零時(shí)的柵源電壓vGS=VP。飽和漏極電流IDSSvGS=0時(shí)，vDS>|VP|時(shí)的漏極電流。測(cè)試時(shí)通常令vDS=10V。直流輸入電阻漏源之間短路(vDS=0)，柵源電壓

VGS與柵極電流IG的比值，一般大于107。測(cè)試時(shí)通常令|VGS|=10V。

低頻互導(dǎo)(跨導(dǎo))gm

vDS=常數(shù)，漏極電流的微變量和柵源電壓微變量之比。(b)交流參數(shù)gm是轉(zhuǎn)移特性曲線在vGS＝VGSQ點(diǎn)附近的斜率，它反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用。交流輸出電阻rdrd是輸出特性曲線在vDS=VDSQ點(diǎn)的斜率的倒數(shù)，反映了漏源電壓對(duì)漏極電流的影響。在飽和區(qū)，iD基本不變，rd很大(幾十～幾百千歐)最大漏源電壓V(BR)DS柵極與溝道間的PN結(jié)發(fā)生反向擊穿的vDS值。

V(BR)DS＝vGS-VBR

最大柵源電壓V(BR)GS柵極與溝道間的PN結(jié)發(fā)生反向擊穿的vGS值。

V(BR)GS＝vDS+VBR

最大耗散功率PDM

PDM＝vDSiD(c)極限參數(shù)4.3金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET(Metal－Oxide-SemiconductortypeFieldEffectTransistor)，簡(jiǎn)稱MOS管，是利用半導(dǎo)體表面的電場(chǎng)效應(yīng)進(jìn)行工作的，又稱表面場(chǎng)效應(yīng)器件。由于MOS管的柵極與溝道絕緣，它又稱絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管IGFET(InsulatedGatetypeFieldEffectTransistor)。

MOS管有N溝道和P溝道之分，每一類(lèi)溝道又有增強(qiáng)型和耗盡型之分。所謂增強(qiáng)型是指vGS＝0時(shí)，不存在導(dǎo)電溝道，沒(méi)有iD電流；所謂耗盡型是指vGS＝0時(shí)，存在導(dǎo)電溝道，有iD電流；1.N溝道增強(qiáng)型MOSFET(1)結(jié)構(gòu)(2)工作原理N溝道增強(qiáng)型MOSFET正常工作時(shí)，g極與s極加正壓(vGS>0)，d極與s極也加正壓(vDS>0)，而且s極一般均和襯底B連在一起。在絕緣層中形成的強(qiáng)電場(chǎng)吸引P型襯底中的電子，使其在靠近表面處形成N型薄層，稱反型層，由于它是柵極正電壓感應(yīng)產(chǎn)生的，又稱感生溝道。反型層(感生溝道)構(gòu)成了電子的導(dǎo)電通道。反型層的厚薄(對(duì)應(yīng)溝道電阻的低和高)受vGS控制。vGS>0

、vDS=0時(shí)：10V0V0V0V外加一定的正向vDS，開(kāi)始出現(xiàn)漏極電流iD的柵源電壓vGS，稱為開(kāi)啟電壓VT

。由于vGS＝0時(shí)，管子中沒(méi)有iD電流，故稱其為增強(qiáng)型MOS管。vGS=0時(shí)，沒(méi)有感生溝道，兩個(gè)PN結(jié)背靠背，無(wú)論vDS為正為負(fù)，均沒(méi)有iD電流產(chǎn)生。導(dǎo)電的載流子為自由電子，故稱為N溝道MOS管vGS

VT

、vDS

>0時(shí)：10V0V6V0V由于MOS管的柵極與溝道絕緣，它又稱絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管IGFET(InsulatedGatetypeFieldEffectTransistor)若vDS較小，漏極電流iD隨vDS的上升接近線性增加；vGS

VT

、vDS

>0時(shí)：10V0V6V0V當(dāng)vDS增大到一定數(shù)值，感生溝道在靠近漏端被夾斷(此時(shí)vDS=vGS-VT)A10V0V10V0V此后vDS繼續(xù)上升，夾斷區(qū)不斷向源端延伸，iD趨于飽和。如果vDS過(guò)大會(huì)導(dǎo)致漏端PN結(jié)反向擊穿，iD急劇上升。(3)特性曲線2.N溝道耗盡型MOSFET由于事先在SiO2絕緣層中摻入了大量的金屬正離子，所以當(dāng)vGS=0時(shí)，這些正離子已經(jīng)感應(yīng)出反型層，在漏源之間形成了導(dǎo)電溝道。于是只要有漏源電壓，就有漏極電流存在。耗盡型MOS管的特點(diǎn)：柵源電壓為正、為負(fù)或?yàn)榱憔芄ぷ?，且基本無(wú)柵極電流?？偨Y(jié)和比較

課本173～175頁(yè)的表4.3.1：各種場(chǎng)效應(yīng)管的特性比較1.FET的分類(lèi)2.如何給FET提供正確極性的直流電壓3.如何由特性曲線判斷管型例題示意圖1示意圖24.如何由特性曲線確定VP(VT)、IDSS5.FET和BJT的比較FET柵極電流小，輸入電阻大；BJT輸入端PN結(jié)正偏，輸入電流大，輸入電阻小。FET是電壓控制器件，BJT是電流控制器件FET中導(dǎo)電載流子只有一種(單極型器件)，而B(niǎo)JT中同時(shí)存在兩種(雙極型器件)，所以FET有較好的溫度穩(wěn)定性、抗輻射性和低噪聲性能。FET放大電路的放大倍數(shù)低，BJT放大電路的放大倍數(shù)高。FET使用時(shí)d極、s極可以互換；而B(niǎo)JT的c極、e極不可以互換。FET制造工藝簡(jiǎn)單，芯片占用面積小，更適于在集成電路中使用。MOS管柵極絕緣且絕緣層很薄，所以較小的感生電壓能產(chǎn)生很高的電場(chǎng)，易使絕緣層擊穿。為保護(hù)管子，存放MOS管時(shí)應(yīng)將各電極短接；焊接時(shí)電烙鐵應(yīng)有良好的地接觸(或斷電焊接)，并注意對(duì)交流電場(chǎng)的屏蔽。場(chǎng)效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性曲線

－iD流進(jìn)漏極為正N溝道JFETN溝道耗盡型MOSFETN溝道增強(qiáng)型MOSFETvGSiDP溝道JFETP溝道耗盡型MOSFETP溝道增強(qiáng)型MOSFETvGSiD返回場(chǎng)效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性曲線