結(jié)型場效應(yīng)管

1、4.1 結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管4.2 金屬金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管半導(dǎo)體場效應(yīng)管4.3 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路4.4 各種放大器件電路性能比較各種放大器件電路性能比較4 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路4.1結(jié)型結(jié)型場效應(yīng)管場效應(yīng)管4 4 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路 晶晶體體管管工工作作在在放放大大區(qū)區(qū)時時，輸輸入入回回路路 P PN N 結(jié)結(jié)正正偏偏，輸輸入入阻阻抗抗小小，且且是是一一個個電電流流控控制制的的有有源源器器件件。場場效效應(yīng)應(yīng)管管也也是是一一種種具具有有 P PN N 結(jié)結(jié)的的正正向向受受控控作作用用的的有有源源器器件件，它它是是利利用用電電場場效效應(yīng)

2、應(yīng)來來控控制制輸輸出出電電流流的的大大小小，其其輸輸入入端端 P PN N 結(jié)結(jié)一一般般工工作作于于反反偏偏狀狀態(tài)態(tài)或或絕絕緣緣狀狀態(tài)態(tài)。輸輸入入電電阻阻很很高高。場場效效應(yīng)應(yīng)管管根根據(jù)據(jù)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)不不同同分分為為兩兩大大類類：結(jié)結(jié)型型場場效效應(yīng)應(yīng)管管 (JFET) 輸輸入入阻阻抗抗961010絕絕緣緣柵柵場場效效應(yīng)應(yīng)管管 (IGFET) 輸輸入入阻阻抗抗14121010 在在IGFET中中又又有有多多種種類類型型，目目前前應(yīng)應(yīng)用用最最廣廣泛泛的的是是以以二二氧氧化化硅硅2OSi為為絕絕緣緣層層的的場場效效應(yīng)應(yīng)管管，稱稱為為金金屬屬氧氧化化物物半半導(dǎo)導(dǎo)體體場場效效應(yīng)應(yīng)管管(MOSFET,Meta

3、l-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) 。4.1結(jié)型結(jié)型場效應(yīng)管場效應(yīng)管N溝道溝道P溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型N溝道溝道P溝道溝道N溝道溝道P溝道溝道（耗盡型）（耗盡型）FET場效應(yīng)管場效應(yīng)管JFET結(jié)型結(jié)型MOSFET絕緣柵型絕緣柵型(IGFET)分類：分類：4 4 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路4.1結(jié)型結(jié)型場效應(yīng)管場效應(yīng)管 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 工作原理工作原理 輸出特性輸出特性 轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性 主要參數(shù)主要參數(shù) 一、一、 JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理 二、二、 JFET的特性曲線及參數(shù)的特性曲線及參數(shù) 4.1 4.1 結(jié)型

4、場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管4.1結(jié)型結(jié)型場效應(yīng)管場效應(yīng)管 結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖及其表示符號結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖及其表示符號 (a)N(a)N溝道溝道JFETJFET；(b)P(b)P溝道溝道JFET JFET 1.1.結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： N N溝道管：電子電導(dǎo)，導(dǎo)電溝道為溝道管：電子電導(dǎo)，導(dǎo)電溝道為N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 P P溝道管：空穴導(dǎo)電，導(dǎo)電溝道為溝道管：空穴導(dǎo)電，導(dǎo)電溝道為P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 一、一、JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理4.1結(jié)型結(jié)型場效應(yīng)管場效應(yīng)管2.工作原理工作原理 VGS對溝道的控制作用對溝道的控制作用當(dāng)當(dāng)VGS0時時（以（以N溝道溝道JFET為例）為例）

5、當(dāng)溝道夾斷時，對應(yīng)當(dāng)溝道夾斷時，對應(yīng)的柵源電壓的柵源電壓VGS稱為稱為夾斷夾斷電壓電壓VP （ 或或VGS(off) ）。）。對于對于N溝道的溝道的JFET，VP 0。PN結(jié)反偏結(jié)反偏耗盡層加厚耗盡層加厚溝道變窄。溝道變窄。 VGS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄繼續(xù)變窄4.1結(jié)型結(jié)型場效應(yīng)管場效應(yīng)管 VDS對溝道的控制作用對溝道的控制作用當(dāng)當(dāng)VGS=0時，時， VDS ID 當(dāng)當(dāng)VDS增加到使增加到使VGD=VP 時，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)時，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。夾斷。 G、D間間PN結(jié)的反向電結(jié)的反向電壓增加，使靠近漏極處的壓增加，使靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道變窄，耗盡層加寬，溝道變

6、窄，從上至下呈楔形分布。從上至下呈楔形分布。此時此時VDS 夾斷區(qū)延長夾斷區(qū)延長溝道電阻溝道電阻 ID基本不變基本不變 VGS和和VDS同時作用時同時作用時當(dāng)當(dāng)VP VGS|UP|時，溝道被全部夾斷，時，溝道被全部夾斷，iD=0，故此區(qū)為截止區(qū)。，故此區(qū)為截止區(qū)。若利用若利用JFET作為開關(guān)，則工作在截止區(qū)，即相當(dāng)于開關(guān)打開。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)）擊穿區(qū)隨著隨著uDS增大，靠近漏區(qū)的增大，靠近漏區(qū)的PN結(jié)反偏電壓結(jié)反偏電壓uDG也隨之增大。也隨之增大。 夾斷電壓夾斷電壓VP (或或VGS(off)： 飽和漏極電流飽和漏極電流IDSS： 低頻跨導(dǎo)低頻跨導(dǎo)gm：

7、DSGSDmVvig 時）時）（當(dāng)（當(dāng)0)1(2GSPPPGSDSSm vVVVvIg或或漏極電流約為零時的漏極電流約為零時的VGS值值 。VGS=0時對應(yīng)的漏極電流。時對應(yīng)的漏極電流。 低頻跨導(dǎo)反映了低頻跨導(dǎo)反映了vGS對對iD的控制作用。的控制作用。gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求得，單位是可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求得，單位是mS(毫西門子毫西門子)。 輸出電阻輸出電阻rd：GSDDSdVivr 4.1結(jié)型結(jié)型場效應(yīng)管場效應(yīng)管3. 主要參數(shù)主要參數(shù)3. 主要參數(shù)主要參數(shù)4.1 結(jié)型結(jié)型場效應(yīng)管場效應(yīng)管 直流輸入電阻直流輸入電阻RGS： 對于結(jié)型場效應(yīng)三極管，反偏時對于結(jié)型場效應(yīng)三極管，反偏時RGS約

8、大于約大于107。 最大漏極功耗最大漏極功耗PDM 最大漏源電壓最大漏源電壓V(BR)DS 最大柵源電壓最大柵源電壓V(BR)GS4.2MOSFET 一、增強(qiáng)型一、增強(qiáng)型MOSFET 二、耗盡型二、耗盡型MOSFET 三、各種類型三、各種類型MOSMOS管的符號及特性對比管的符號及特性對比4.2 金屬金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管半導(dǎo)體場效應(yīng)管演示文稿演示文稿 后后 等等, 上海419 上海419門戶 忈莒昑4.2MOSFET 1. 1. N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFET結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)構(gòu)與工作原理（1 1）結(jié)構(gòu)：）結(jié)構(gòu)： N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖及符號場效應(yīng)管的

9、結(jié)構(gòu)示意圖及符號一、增強(qiáng)型一、增強(qiáng)型MOSFET4.2MOSFET（2 2）工作原理：）工作原理： 增強(qiáng)型增強(qiáng)型NMOS管在管在uGS=0時時,兩兩個重?fù)诫s的個重?fù)诫s的N+源區(qū)和漏區(qū)之間被源區(qū)和漏區(qū)之間被P型襯底所隔開型襯底所隔開,就好像兩個背向連就好像兩個背向連接的二極管。這時不論漏極、源極接的二極管。這時不論漏極、源極間加何種極性電壓間加何種極性電壓,總有一個總有一個PN結(jié)結(jié)處于反向偏置處于反向偏置,所以漏極、源極之所以漏極、源極之間只有很小的反向電流通過間只有很小的反向電流通過,可以可以認(rèn)為增強(qiáng)型認(rèn)為增強(qiáng)型NMOS管處于關(guān)斷狀態(tài)管處于關(guān)斷狀態(tài)UGSUT時形成導(dǎo)電溝道時形成導(dǎo)電溝道 1.

10、N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFET結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)構(gòu)與工作原理4.2MOSFET1. 1. N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFET結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)構(gòu)與工作原理（2 2）工作原理：）工作原理： uDS增大時增強(qiáng)型增大時增強(qiáng)型MOS管溝道的變化過程管溝道的變化過程(a)uGS UT出現(xiàn)出現(xiàn)N型溝道型溝道(b)uDS較小時較小時 iD迅速增大迅速增大(c )uDS較大出現(xiàn)時較大出現(xiàn)時 iD趨于飽和趨于飽和 在正的漏極電源在正的漏極電源uDS作用下，將有作用下，將有iD產(chǎn)生。把在產(chǎn)生。把在uDS作用下作用下開始導(dǎo)電的開始導(dǎo)電的uGS叫做開啟電壓叫做開啟電壓UT。4.2MOSFET(1)(1)轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)

11、移特性曲線主要特點(diǎn)如下主要特點(diǎn)如下: 當(dāng)當(dāng)0uGSUT時時,iD=0。盡管盡管uGS0,但無柵流。但無柵流。 當(dāng)當(dāng)uGSUT時時,導(dǎo)電溝導(dǎo)電溝道形成道形成,iD0。值時的是式中DTGSDTGSTGSDDiVuIVuVuIi2)() 1(0202. N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管特性曲線管特性曲線4.2MOSFET 分為恒流區(qū)、可變電分為恒流區(qū)、可變電阻區(qū)、截止區(qū)和擊穿區(qū)。阻區(qū)、截止區(qū)和擊穿區(qū)。其特點(diǎn)為：其特點(diǎn)為：（2）輸出特性）輸出特性2. N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管特性曲線管特性曲線1)截止區(qū)：截止區(qū)：UGSUT，導(dǎo)電，導(dǎo)電溝道未形成，溝道未形成，iD=0。2)恒流區(qū)：恒流區(qū)：曲線間隔均

12、勻，曲線間隔均勻，uGS對對iD控制能力強(qiáng)?？刂颇芰?qiáng)。uDS對對iD的控制能力弱，曲的控制能力弱，曲線平坦。線平坦。3)可變電阻區(qū)：可變電阻區(qū)：uGS越大，越大，rDS越小，體現(xiàn)了可變電阻越小，體現(xiàn)了可變電阻4）擊穿區(qū)：）擊穿區(qū)：隨著隨著uDS增大，靠近漏區(qū)的增大，靠近漏區(qū)的PN結(jié)反偏電壓結(jié)反偏電壓uDG也隨之增大。也隨之增大。4.2MOSFET 1. 1. N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)構(gòu)與工作原理（1 1）結(jié)構(gòu)：）結(jié)構(gòu)： 增強(qiáng)型增強(qiáng)型NMOS管在管在uGS=0時時,管內(nèi)沒有導(dǎo)電溝道。耗盡型則管內(nèi)沒有導(dǎo)電溝道。耗盡型則不同不同,它在它在uGS=0時就有導(dǎo)電溝道時就有導(dǎo)電

13、溝道,它的導(dǎo)電溝道是在制造過程它的導(dǎo)電溝道是在制造過程中就形成了的。中就形成了的。 N溝道耗盡型溝道耗盡型MOS管的結(jié)構(gòu)示意圖及符號管的結(jié)構(gòu)示意圖及符號二、耗盡型二、耗盡型MOSFET4.2MOSFET（2 2）工作原理：）工作原理：1. 1. N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)構(gòu)與工作原理 由于由于uGS=0=0時就存在原始溝道，所以只要此時時就存在原始溝道，所以只要此時uDS00，就有漏極電流。如果就有漏極電流。如果uGS 0, 0,指向襯底的電場加強(qiáng)，溝道指向襯底的電場加強(qiáng)，溝道變寬，漏極電流變寬，漏極電流iD將會增大。反之，若將會增大。反之，若uGS 00，則柵壓產(chǎn)，則

14、柵壓產(chǎn)生的電場與正離子產(chǎn)生的自建電場方向相反，總電場減弱，生的電場與正離子產(chǎn)生的自建電場方向相反，總電場減弱，溝道變窄，溝道電阻變大，溝道變窄，溝道電阻變大， iD減小。當(dāng)減小。當(dāng)uGS繼續(xù)變負(fù)，等繼續(xù)變負(fù)，等于某一閾值電壓時，溝道將全部消失，于某一閾值電壓時，溝道將全部消失， iD =0=0，管子進(jìn)入，管子進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。截止?fàn)顟B(tài)。4.2MOSFET2. N溝道耗盡型溝道耗盡型MOS管特性曲線管特性曲線(1)(1)轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線（2 2）輸出特性輸出特性 N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET管的電流方程與增強(qiáng)型管是一樣的，管的電流方程與增強(qiáng)型管是一樣的，不過其中的開啟電壓應(yīng)換成夾斷電壓不過其中的開啟電壓應(yīng)換成夾斷電壓UP。經(jīng)簡單變換，耗盡型。經(jīng)簡單變換，耗盡型NMOSFET的電流方程為的電流方程為)0()1(GSP2PGSDSSD vVVvIi4.2MOSFET3. P3. P溝道絕緣柵場效應(yīng)管溝道絕緣柵場效應(yīng)管(PMOS)(PMOS) PMOS管也有兩種管也有兩種:增強(qiáng)型和耗盡型。增強(qiáng)型增強(qiáng)型和耗盡型。增強(qiáng)型PMOS管在工作時為了在漏源極之間形成管在工作時為了在漏源極之間形成P型溝道型溝道,柵源極之間柵源極之間電壓電壓uG