第四章 場效應(yīng)管

場效應(yīng)管第四章

4.1結(jié)型場效應(yīng)管原理及其伏安特性4.2絕緣柵型場效應(yīng)管原理及伏安特性4.3主要參數(shù)4.4場效應(yīng)管的基本放大電路場效應(yīng)管是利用電場效應(yīng)來控制電流大小，與雙極型晶體管不同，它是多子導(dǎo)電，輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好、噪聲低。結(jié)型場效應(yīng)管JFET.絕緣柵型場效應(yīng)管MOS;場效應(yīng)管有兩種:引言：HOME場效應(yīng)管的分類

1.結(jié)構(gòu)及符號4.1結(jié)型場效應(yīng)管N基底：N型半導(dǎo)體PP兩邊是P區(qū)G(柵極)S源極D漏極導(dǎo)電溝道HOMES源極NPPG(柵極)D漏極N溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGSDGSHOMES源極PNNG(柵極)D漏極P溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGSDGSHOME2.工作原理（以N溝道為例）UDS=0V時NGSDUDS=0UGSNNPPIDPN結(jié)反偏，|UGS|越大則耗盡區(qū)越寬，導(dǎo)電溝道越窄。(1)、VDS=0，G、S加負電壓：HOMENGSDUDS=0UGSPPUDS=0時UGS達到一定值時（夾斷電壓VGS,off）,耗盡區(qū)碰到一起，DS間被夾斷，這時，即使UDS0V，漏極電流ID=0A。IDHOMENGSDUDSUGS=0UGS=0且UDS>0時耗盡區(qū)的形狀PP越靠近漏端，PN結(jié)反壓越大ID(2)、VGS=0，D、S加正電壓：HOMENGSDUDSNNIDPPUGS越大耗盡區(qū)越寬，溝道越窄，電阻越大。但當(dāng)UGS較小時，耗盡區(qū)寬度有限，存在導(dǎo)電溝道。DS間相當(dāng)于線性電阻。(3)、G、S加負電壓，D、S加正電壓：UGSHOMENGSDUDSUGS<VGS,off且UDS較大時UGD<VGS,off時耗盡區(qū)的形狀PP溝道中仍是電阻特性，但是是非線性電阻。IDUGSHOMENGSDUDSUGS<VGS,offUGD=VGS,off時PP漏端的溝道被夾斷，稱為予夾斷。UDS增大則被夾斷區(qū)向下延伸。IDUGSHOMENGSDUDSUGS<VGS,offUGD=VGS,off時PP此時，電流ID由未被夾斷區(qū)域中的載流子形成，基本不隨UDS的增加而增加，呈恒流特性。IDUGSHOMEUGS0IDIDSSVGSoff3.特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線一定UDS下的ID-UGS曲線HOME輸出特性曲線UDS0IDIDSSVGS,off飽和漏極電流夾斷電壓某一VGS下HOME予夾斷曲線UGS=0V-2V-1V-3V-4V-5V可變電阻區(qū)夾斷區(qū)恒流區(qū)輸出特性曲線IDUDS0HOMEP溝道結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線UGS0IDIDSSVGSoffHOME輸出特性曲線P溝道結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線予夾斷曲線IDUDS2VUGS=0V1V3V4V5V可變電阻區(qū)夾斷區(qū)恒流區(qū)0HOME結(jié)型場效應(yīng)管的缺點：1.柵源極間的電阻雖然可達107以上，但在某些場合仍嫌不夠高。3.柵源極間的PN結(jié)加正向電壓時，將出現(xiàn)較大的柵極電流。絕緣柵場效應(yīng)管可以很好地解決這些問題。2.在高溫下，PN結(jié)的反向電流增大，柵源極間的電阻會顯著下降。HOME4.2絕緣柵型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和符號一.增強型MOS管結(jié)構(gòu)和電路符號PNNGSDP型基底兩個N區(qū)SiO2絕緣層導(dǎo)電溝道金屬鋁GSDN溝道增強型HOMENPPGSDGSDP溝道增強型HOMEN溝道耗盡型PNNGSD予埋了導(dǎo)電溝道GSD二、耗盡型MOS管結(jié)構(gòu)與電路符號HOMEP溝道耗盡型NPPGSDGSD予埋了導(dǎo)電溝道HOME三、MOS管的工作原理PNNGSDUDSUGSUGS=0時D-S間總有一個反接的PN結(jié)ID=0對應(yīng)截止區(qū)HOMEPNNGSDUDSUGSUGS>0時UGS足夠大時（UGS>VGS(Th)）感應(yīng)出足夠多電子，這里出現(xiàn)以電子導(dǎo)電為主的N型導(dǎo)電溝道(反型層）。感應(yīng)出電子（反型層）VGS(Th)稱為閾值電壓HOMEUGS較小時，導(dǎo)電溝道相當(dāng)于電阻將D-S連接起來，UGS越大此電阻越小。PNNGSDUDSUGSHOMEPNNGSDUDSUGS當(dāng)UDS不太大時，導(dǎo)電溝道在兩個N區(qū)間是均勻的。當(dāng)UDS較大時，靠近D區(qū)的導(dǎo)電溝道變窄。HOMEPNNGSDUDSUGS夾斷后，即使UDS繼續(xù)增加，ID仍呈恒流特性。IDUDS增加，UGD=VGS(Th)時，靠近D端的溝道被夾斷，稱為予夾斷。HOMEBVGS=constVDSiDVGS-VGS(TH)

預(yù)夾斷后，夾斷點向源極方向移動，溝道的長度略有減小，相應(yīng)的溝道電阻略有減小，結(jié)果漏極電路稍有增大—溝道長度調(diào)制效應(yīng)HOME伏安特性IDUDS0UGS>0NMOS輸出特性曲線非飽和區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)1.增強型特性曲線HOME0IDUGSVTNMOS轉(zhuǎn)移特性曲線HOME耗盡型MOS管

耗盡型MOS管在uGS＞0、uGS＜0、uGS＝0時均可導(dǎo)通，且與結(jié)型場效應(yīng)管不同，由于SiO2絕緣層的存在，在uGS＞0時仍保持g-s間電阻非常大的特點。加正離子小到一定值才夾斷uGS=0時就存在導(dǎo)電溝道

在集成電路中，許多MOS管都制作在同一襯底上，為了保證襯底與源、漏區(qū)之間的PN結(jié)反偏，襯底必須接在電路的最低電位上。襯底效應(yīng)

若某些MOS管的源極不能處在電路的最低電位上，則其源極與襯底極不能相連，其間就會作用著負值的電壓VUS,在負值襯底電壓VUS作用下，P型硅襯底中的空間電荷區(qū)將向襯底底部擴展，空間電荷區(qū)中的負離子數(shù)增多。可見，VUS和VGS一樣，也具有對ID的控制作用，故又稱襯底電極為背柵極，不過它的控制作用遠比VGS小。

實際上，VUS對ID的影響集中反映在對VGS(th)的影響上。VUS向負值方向增大，VGS(th)也就相應(yīng)增大。因而，在VGS一定時，ID就減小。但是由于VGS不變，即柵極上的正電荷量不變，因而反型層中的自由電子數(shù)就必然減小，從而引起溝道電阻增大，ID減小。HOME2.耗盡型特性曲線：耗盡型的MOS管UGS=0時就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓才能夾斷。轉(zhuǎn)移特性曲線0IDUGSVGSoffHOME輸出特性曲線IDUDS0UGS=0UGS<0UGS>0HOME雙極型和場效應(yīng)型三極管的比較雙極型和場效應(yīng)型三極管的比較(續(xù))（1）直流參數(shù)（2）交流參數(shù)（3）極限參數(shù)HOME4.3主要參數(shù)表3-2常用場效應(yīng)三極管的參數(shù)

四場效應(yīng)三極管的型號1.與雙極型三極管相同：第三位字母J代表結(jié)型場效應(yīng)管，O代表絕緣柵型場效應(yīng)管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反型層是N溝道；C是N型硅P溝道。例如3DJ6D是結(jié)型N溝道場效應(yīng)三極管，3DO6C是絕緣柵型N溝道場效應(yīng)三極管。CS代表場效應(yīng)管，××以數(shù)字代表型號的序號，#用字母代表同一型號中的不同規(guī)格。例如CS14A、CS45G等。場效應(yīng)三極管的型號現(xiàn)行有兩種命名方法：2.第二種命名方法是CS××#：雙極型和場效應(yīng)型三極管的比較雙極型和場效應(yīng)型三極管的比較(續(xù))4.4場效應(yīng)管靜態(tài)工作點的設(shè)置方法根據(jù)場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)的條件，在g-s、d-s間加極性合適的電源1.基本共源放大電路2.自給偏壓電路由正電源獲得負偏壓稱為自給偏壓3.分壓式偏置電路為什么加Rg3?其數(shù)值應(yīng)大些小些？即典型的Q點穩(wěn)定電路場效應(yīng)管放大電路的動態(tài)分析近似分析時可認(rèn)為其為無窮大！根據(jù)iD的表達式或轉(zhuǎn)移特性可求得gm。與晶體管的h參數(shù)等效模型類比：1.場效應(yīng)管的交流等效模型2.基本共源放大電路的動態(tài)分析若Rd=3kΩ，Rg=5kΩ，gm=2mS，則與共射電路比較。3.基本共漏放大電路的動態(tài)分析若Rs=3kΩ，gm=2mS，則基本共漏放大電路輸出電阻的分析若Rs=3kΩ，gm=2mS，則Ro=?（三）共柵組態(tài)基本放大器其等效電路如圖:共柵放大器電路如圖:與共基放大器類似:輸入阻抗低輸出阻抗高電壓增益高-+-Uo+GUiRDRLRsSDED3-24.共柵放大器典型電路電壓增益為:式中:RD’=RD//RL共柵放大器等效電路(電流源)共柵放大器等效電路(電壓源)ri’=

Rs//ri輸入電阻為:-gmrdsUirds

+-Uo+GUiRD’RsSDId

+-3-22.共柵放大器等效電路(電壓源)ri’riri=

Ui/Id1/gm當(dāng)rds>>RD’,gm

rds>>1時：所以：ri’Rs//（1/gm）輸出電阻為:ro’RD//rdsRDro’(四)三種接法基本放大電路的比較三種基本放大電路的比較如下組態(tài)對應(yīng)關(guān)系

CE/CB/CC

CS/CG/CD電壓增益三種基本放大電路的比較如下組態(tài)對應(yīng)關(guān)系

CE/CB/CC

CS/CG/CD輸入電阻Ri

)+/1//(

CB:

CC:CE:ieehfehRCS：RGCD：RGCG：Rs//(1/gm)三種基本放大電路的比較如下組態(tài)對應(yīng)關(guān)系

CE/CB/CC

CS/CG/CD輸出電阻Ro

CS：rds//RDCD：Rs//(1/gm)CG：RD表3-3FET三種組態(tài)性能比較以上表格中參數(shù)是在下列條件下求得的：gm=

1.5mA;rds=

100kRD=Rs=

10k;RG=

5M1.場效應(yīng)管的種類：結(jié)型(分N溝道和P溝道兩種〉和絕緣柵型(又稱M0SFET）；分N溝道耗盡型和增強型,