模電課件電第1篇

1、3、場效應晶體管及其電路分析3.1 場效應管的結(jié)構(gòu)、特點與參數(shù)場效應晶體管是電壓控制電流型器件。其工作電流主要由多數(shù)載流子的漂移運動形成，故又稱為單極型晶體管。根據(jù)結(jié)構(gòu)和制造工藝的不同，場效應管分為兩大類：結(jié)型場效應管（JFET）絕緣柵場效應管（MOSFET）/ IGFET場效應管的分類：增強型N 型FETMOSFET耗盡型JFET（耗盡型）P型FET一、絕緣柵場效應管（MOSFET）1. 絕緣柵場效應管的結(jié)構(gòu)、類型及電路符號在一塊低摻雜P型硅基片（襯底)上擴散兩個高濃度的 N區(qū)（引出源極和漏極）。在P型硅表面用熱氧化的方法生成薄的SIO2絕緣層，兩個N區(qū)間的絕緣層上生長一層鋁，引出柵極。絕緣

2、柵場效應管電路符號：2. 工作原理（增強型NMOS管為例）（1）VGS=0,VDS較小時的情況由于GS間的電壓小，該電壓下的電場不足以在柵漏間形成導電溝道，在加有電壓VDS下也不會導電。因為此時的柵源電壓 VGS小于開啟電壓 VT，在二個高濃度的N+區(qū)間沒有導電溝道。（2）VGS VT ,而VDS仍為較小的電壓在柵極與襯底之間產(chǎn)生一個垂直電場（方向為由柵極指向襯底），它使漏-源之間的P型硅表面感應出電子層（即N型層，也稱為反型層）。當VGS大于開啟電壓該電子層使兩個N+區(qū)連通，形成N型導電溝道，d-s間呈現(xiàn)低阻，所以在 VDS 的作用下將可能ID產(chǎn)生漏極電流導電溝道越厚，d-s間等效電阻越小（

3、3）VGSVT且足夠大時,同時加上VDS電壓該情況下 ，在一定的VDS范圍，隨著VGS電壓的增加，ID電流也跟著增大。體現(xiàn)出線性的變化，。在VGSVT時，VDS對增強型N-MOSFET的影響VDSVGS-VT0VDSVGS-VTVDS=VGS-VT3. 伏安特性和電流方程( 以增強型NMOSFET為例)（1）轉(zhuǎn)移特性iD f (UGS )UDS const.(UGS I1)2iDD0UTUT 2 UT開啟電壓ID0UGS是時的漏極電流iD f (vDS )（2）輸出特性const.vGS輸出特性分為三個工作區(qū)：可變電阻區(qū)、放大區(qū)和夾斷區(qū)增強型NMOS管轉(zhuǎn)移特性和輸出特性 50AUT 2VID0

4、（a）可變電阻區(qū)需要滿足的條件是：UT ,UDS UGS UTUGS此時，溝道未預夾斷，溝道較寬，用一電阻等效。 U DSRDSUGS Const.ID（b）放大區(qū)（恒流區(qū)、飽和區(qū)）工作條件：UT ,UDS UGSUTUGS UGSUT 漏端預夾斷點的連線是滿足UDS放大區(qū)和可變電阻區(qū)的分界線iD 主要受 uGS控制，與 uDS 幾乎無關(guān)表現(xiàn)為較好的恒流特性（c）夾斷區(qū)（截止區(qū)） UTUGSiD 0導電溝道，整個溝道被夾斷FET工作在截止狀態(tài)4.耗盡型MOSFET在制造過程，在柵極下方的SIO2絕緣層摻入大量的K（Na）正離子。 0uGS即使靠這些正離子的作用，能使P型襯底表面感應出N型反型層

5、，將兩個N區(qū)連通形成N型導電溝道。UP稱為夾斷電壓工作在放大區(qū)條件：UP , UGS UPUGSU DS耗盡型NMOS管的伏安特性曲線轉(zhuǎn)移特性用電流方程：Ui I(1 GS )2DDSSUPIDSS稱為飽和漏極電流二、結(jié)型場效應管三、FET的主要參數(shù)（一）直流參數(shù)開啟電壓UT夾斷電壓UP飽和漏極電流IDSS很大(107109)（4）直流輸入電阻（二）交流參數(shù)R GS（DC）iDg（1）跨導（互導）gmumGSuDS Const. uDS(2)交流輸出電阻rdsrdsiDuGS Const.(三)極限參數(shù)最大漏源電壓V（BR）DS最大柵源電壓 V（BR）GS最大耗散功率PDM3.2場效應管放大電

6、路場效應管和晶體管一樣，也具有電壓放大作用，它的三個電極s、d、g與三極管e、c、b相對應。三種基本組態(tài)，共源(CS)、共漏(CD)和共柵(CG)，分別與三極管的共射(CE)、共集(CC)和(CB)相對應。場效應管是一種電壓控制器件，只需提供柵偏壓，而不需提供柵極電流，所以它的偏置電路有其自身的特點。它對偏置電路的要求因管子類型不同而有所不同。各類FET對偏置電壓的要求:種類電壓增 強 型耗盡型NMOSPMOSN結(jié)型P結(jié)型NMOSPMOS柵源電壓正負負正負（正）正（負）漏源電壓正負正負正負以下重點介紹兩種偏置電路：自偏壓電路和分壓式自偏壓電路以及組成的CS電路結(jié)構(gòu)與分析方法一、FET的直流偏置

7、和靜態(tài)工作點的計算1. FET偏置電路（1）自給柵偏壓電路（自偏壓電路） UG US ID RSUGS直流偏置采用電流反饋式偏置電路。Rg為柵極泄放電阻取0.110M只適合于耗盡型FET【例1.1.8】（2）分壓式自偏壓電路 UG US UG ID RSUGSRg 2 VIRDDDSR Rg1g 22. 靜態(tài)工作點的計算通?？刹捎脠D解法和估算法（1）圖解法求靜態(tài)工作點例1.3.2以下估算“Q”處的跨導gm ：（物理含義）( uGS 1) 2iIDD 0VTiDUGSQ(12g 2 I1) . IImQD0QD0DQuVVVGSTTT（2）估算法求靜態(tài)工作點：(U GSU I1)2I I(1 G

8、S )2IDD0VDDSSTV UGID RSU GSP IURRGSDSg 2 VIRDDDSRg 2Rg1聯(lián)立方程，可求得UGS和ID（舍去一組），再利用輸出方程求得UDSQ VDD ID (RD RS )U DS【例】 （1） 由FET組成的放大電路。設FET的漏極飽和電流IDSS=1mA，夾斷電壓VP = 2V，試求靜態(tài)工作點，并驗證它的合理性。Rg 2120R ID RS 300 120 16 10ID 4.6 10IDVGSVDDRg1g 2(1 VGS 1 (1 VGSI I)2)2DDSS2VP聯(lián)列求解上列方程， 0.84mA二組解： 0.52mA 0.6VI DQI DQ 3.8VVGSQVGSQ顯然，第組解是不合理的（因為VGSQ=-3.8V VGSQVP = 1.4V，說明FET工作在放大區(qū)?！纠?（2） 由FET組成的放大電路如圖，已知IDSS =4mA，VGSQ = 2V，VP = 4V，試求IDQ、RS1和RS2的最大值。因Rg上無直流通過，所以當要求VGS =2V時，可寫出 ID RS1 2VV