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1、For personal use only in study and research; not forcommercial use第四章場效應(yīng)管放大電路學(xué)習(xí)要求 :場效應(yīng)管是一種利用電場效應(yīng)來控制其電流大小的半導(dǎo)體器件,這種器件 不僅有體積小、 重量輕、耗電省、壽命長等特點(diǎn), 而且還有輸入阻抗高、 噪聲低、 熱穩(wěn)定性好、 抗輻射能力強(qiáng)和制造工藝簡單等優(yōu)點(diǎn), 因而大大地?cái)U(kuò)展了它的應(yīng)用 范圍,特別是在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中得到了廣泛應(yīng)用。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同,場效應(yīng)管可分為兩大類:結(jié)型場效應(yīng)管JFET和金屬 - 氧化物- 半導(dǎo)體場效應(yīng)管。本章首先介紹各類場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、工作原理、特性曲線及參數(shù),然
2、后介 紹場效應(yīng)管放大電路和各種放大器件電路性能的比較。第一節(jié) 結(jié)型場效應(yīng)管( JFET)一、結(jié)型場效應(yīng)管(一) JFET 的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)1、結(jié)構(gòu)場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)如圖 6.18 所示,它是在一塊 N型半導(dǎo)體的兩邊利用雜質(zhì)擴(kuò)散出高濃度 的 P 型區(qū)域,用 P+表示,形成兩個 P+N結(jié)。 N型半導(dǎo)體的兩端引出兩個電極,分別稱為漏極D 和源極 S。把兩邊的 P區(qū)引出電極并連在一起稱為 柵極 G。如果在漏、源極間加上正向電 壓, N區(qū)中的多子(也就是電子)可以導(dǎo)電。它們從源極S 出發(fā), 流向漏極 D。電流方向由D指向 S,稱為漏極電流 I D. 。由于導(dǎo)電溝道是 N型的,故稱為 N 溝道結(jié)型場效應(yīng)管。2、特
3、點(diǎn)v GS 0, Ri 很高;電壓控制器件;單極性器件; 3、N 溝道 JFET 的輸出特性在 vGS=0 時,溝道電阻最小,I D 達(dá)到最大。當(dāng) vGS 0時,耗盡層變大,溝道電阻變大,相應(yīng)的 I D下降。因此形成圖 6.19 所示的特性曲線。JFET 與 BJT的特點(diǎn)比較場效應(yīng)管是電壓控制器件:通過 VGS控制 i D。從輸出特性看,各條不同輸出特性曲線的參變量是VGS。在恒流區(qū), i D與 VDS基本無關(guān)。并通過跨導(dǎo) gm= i D/ VGS| V DS描述場效應(yīng)管的放大作用。而晶體管是通過 i B控制 i C。參變量是 i B。放大區(qū), i C與 VCE基本無關(guān)。通過電流放大系數(shù) =
4、i C/ i B描述放 大作用。i G=0。所以, 直流、 交流 Ri 都很高。 而晶體管 b 極和 e 極處于正偏狀態(tài), b e 間 Ri 較?。?幾千歐。場效應(yīng)管利用的是一種極性的多子導(dǎo)電(單極型器件),具有噪聲小,受外界 T 及輻射 的影響小等特點(diǎn)(溫度穩(wěn)定性好)。由于場效應(yīng)管對稱,有時 D-S 極可互換使用。各項(xiàng)性能基本不受影響。應(yīng)用時較方便、 靈活。但若制造時已將 S 和襯底連在一起,則 D-S 不能互換。場效應(yīng)管的制造工藝簡單,有利于大規(guī)模集成,且所占面積小,集成度高。MOS場效應(yīng)管 Ri高, G極的感應(yīng)電荷不易泄放。 S iO2層薄, G極與襯底間等效電容很小, 感應(yīng)電荷少量即可
5、形成高電壓,將SiO2 擊穿而損壞管。存放管子時,應(yīng)將 G-S 短接,避免 G極懸空。焊接時,烙鐵外殼應(yīng)接地良好,防止因烙鐵漏電而擊穿管子。場效應(yīng)管的應(yīng)用場效應(yīng)管在恒流區(qū)內(nèi)工作時,當(dāng)GS電壓變化 VGS時, D 極電流相應(yīng)變化 i D。若將i D通過較大的 RL,從 RL上取出的 V0=i DRL,可能比 VGS大許多倍,即 VGS得到了放大。 所以場效應(yīng)管和晶體管一樣在電路中可起放大的作用。FETBJT電壓控制器件 gm=i D/ VGS| V SD電流控制器件 =ic/ i BvCE輸入端 PN結(jié)反偏, i G=0, Ri 很大輸入端 PN結(jié)正偏, i b 0,r be較小單極型器件,一種
6、載流子:噪聲小,溫度穩(wěn)定性好雙極型器件,兩種種載流子:噪 聲較大, 溫度穩(wěn)定性較差結(jié)構(gòu)對稱, D-S 極可以互換結(jié)構(gòu)非對稱, C-E 極不能互換可以作為性能較好的壓控電阻器線性效果差場效應(yīng)管的制造工藝簡單具有對稱性,有利于大規(guī)模集成,且所占面積小,集成度高三極管的結(jié)構(gòu)非對稱,制造工藝較場效應(yīng)管 復(fù)雜,集成度不夠高 。第二節(jié) 金屬-氧化物 -半導(dǎo)體場效應(yīng)管、 MOS 型場效應(yīng)管JFET 的輸入電阻可達(dá) 107歐姆,但就本質(zhì)而言,這是 PN 結(jié)的反向電阻,而反向偏置時 總有反向電流存在, 這就限制了在某些工作條件下對阻值的更高要求。 同時,從制造工藝看, 把它高度集成化還比較復(fù)雜。絕緣柵型場效應(yīng)管
7、由金屬 - 氧化 物 - 半導(dǎo)體場效應(yīng)管制成,稱為 Metal-Oxide-Semiconductor ,簡稱為 MOSFE,T 這種場效應(yīng)管的柵極被絕緣層(例如SiO2)隔離,因此 Ri 更高,可達(dá) 109 歐姆以上。MOS管與 JFET的不同之處在于它們的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)和電流控制原理不同。JFET 利用耗盡層的寬度改變導(dǎo)電溝道的寬度來控制I D,OSFET則是利用半導(dǎo)體表面的電場效應(yīng),由感應(yīng)電荷的多少改變導(dǎo)電溝道來控制電流。MOS管分為 N溝道和 P 溝道兩類 , 每一類又分為增強(qiáng)型和耗盡型:增強(qiáng)型:當(dāng) VGS=0, 無導(dǎo)電溝道 ,I D 0耗盡型:當(dāng) VGS=0, 有導(dǎo)電溝道 ,I D 0本章
8、小結(jié)1、第三章討論的 BJT 是電流控制電流器件,有兩種載流子參與導(dǎo)電,屬于雙極 型器件;而 FET 是電壓控制電流器件,只依靠一種載流子導(dǎo)電,因而屬于單極 型器件。雖然這兩種器件的控制原理有所不同, 但通過類比可發(fā)現(xiàn), 組成電路的 形式極為相似,分析的方法仍然是圖解法和小信號模型分析法。2、由于 FET 具有輸入阻抗高、噪聲低等一系列優(yōu)點(diǎn),而 BJT 電流放大系數(shù)高, 若 FET 和 BJT 結(jié)使用,就可大大提高和改善電子電路的某些性能指標(biāo)。3、MOS 器件主要用于制成集成電路,由于微電子工藝水平的不斷提高,在大 規(guī)模和超大型大規(guī)模數(shù)字集成電路中應(yīng)用極為廣泛。 同時在集成運(yùn)算放大和其他 模擬集成電路中也得到了迅速的發(fā)展,其中 CMOS 集成電路更具特色,因此, MOS 器件的廣泛應(yīng)用必須引起讀者的重視。以下無正文僅供個人用于學(xué)習(xí)、研究;不得用于商業(yè)用途 , , .For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f r den pers?nlichen fr Studien, Forsc
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