清華模電第3講 場(chǎng)效應(yīng)管課件

第四節(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)單極型晶體管場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)：輸入阻抗高、溫度穩(wěn)定性好、低噪聲、易集成化

分類(lèi)：結(jié)型(JFET)和絕緣柵型(MOS)

一、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(JFET)1結(jié)構(gòu)與工作原理（1）構(gòu)成場(chǎng)效應(yīng)管(FET)是利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制電流的一種半導(dǎo)體器件，屬于壓控器件。由于它僅靠多子參加導(dǎo)電，又稱(chēng)單極型晶體管。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管又有N溝道和P溝道兩種類(lèi)型。（2）工作原理N·JFET的結(jié)構(gòu)及符號(hào)在同一塊N型半導(dǎo)體上制作兩個(gè)高摻雜的P區(qū)，并將它們連接在一起，引出的電極稱(chēng)為柵極G，N型半導(dǎo)體的兩端引出兩個(gè)電極，一個(gè)稱(chēng)為漏極D，一個(gè)稱(chēng)為源極S。P區(qū)與N區(qū)交界面形成耗盡層，漏極和源極間的非耗盡層區(qū)域稱(chēng)為導(dǎo)電溝道。兩個(gè)PN結(jié)之間的N溝道①UDS決定耗盡層的楔形程度②UGS決定溝道的寬窄度③UDS、UGS同時(shí)作用工作原理當(dāng)且時(shí)，耗盡層很窄，導(dǎo)電溝道最寬。(b)當(dāng)增大時(shí)，耗盡層加寬，導(dǎo)電溝道變窄，溝道電阻增大。(c)當(dāng)增大到某一數(shù)值時(shí)，耗盡層閉合，溝道消失，溝道電阻趨于無(wú)窮大，此時(shí)值為夾斷電壓。(a)②當(dāng)固定時(shí)，決定耗盡層的楔形程度。若，電流從漏極流向源極，從而使溝道中各點(diǎn)與柵極間的電壓不再相等，而是沿溝道從源極到漏極逐漸增大，造成靠近漏極一邊的耗盡層比靠近源極一邊寬，溝道呈楔形。（a）（b）（c）且柵漏電壓，所以當(dāng)逐漸增大時(shí)，逐漸減小，靠近漏極一邊的導(dǎo)電溝道必將隨之變窄。一旦的增大使等于，則漏極一邊的耗盡層就會(huì)出現(xiàn)夾斷，如圖(b)所示，為預(yù)夾斷。若繼續(xù)增大，則，耗盡層閉合部分將沿溝道延伸，即夾斷區(qū)加長(zhǎng)，如圖(c)所示。因此，當(dāng)時(shí)，增大幾乎不變，即幾乎僅僅決定于，表現(xiàn)出的恒流性和受控性。N·JFET的特性曲線（2）漏極特性可變電阻區(qū)、

漏極特性與BJT管的輸出特性相仿，也分為三個(gè)區(qū)飽和區(qū)、

擊穿區(qū)

P·JFETP·JFET的特性曲線N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖(a)N溝道管(b)P溝道管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)

（1）結(jié)構(gòu)與符號(hào)1N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵N溝道耗盡型MOS管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)B端為襯底，與源極短接在一起。（2）N溝道的形成N溝道的形成與外電場(chǎng)對(duì)N溝道的影響控制原理分四種情況討論：

①

時(shí)，來(lái)源于外電場(chǎng)UGS正極的正電荷使SiO2中原有的正電荷數(shù)目增加，由于靜電感應(yīng)，N溝道中的電子隨之作同等數(shù)量的增加，溝道變寬，溝道電阻減小，漏電流成指數(shù)規(guī)律的增加。（2）N溝道的形成N溝道的形成與外電場(chǎng)對(duì)N溝道的影響

②

時(shí)，N溝道已經(jīng)存在，因此不為零，仍記以IDSS，但不是最大值。

④

時(shí)，SiO2層中的正電荷全部被負(fù)電源中和，N溝道中電子全部消失，也就是說(shuō)N溝道不存在了，溝道電阻為無(wú)窮大，漏電流，管子截止(夾斷)。綜上所述，MOS管與J型管的導(dǎo)電機(jī)理不同。J型管利用耗盡區(qū)的寬窄度控制漏流；而MOS管是利用感應(yīng)電荷的多少改變導(dǎo)電溝道的性質(zhì)，從而達(dá)到控制的目的。（3）特性曲線及工作原理①轉(zhuǎn)移特性(a)轉(zhuǎn)移特性；(b)漏極特性②漏極特性(d)(c)時(shí)(b)時(shí)(a) 時(shí)

MOS管的漏極特性與J型管類(lèi)似。對(duì)N溝道也有楔形影響。越大，N溝道的楔形程度越嚴(yán)重。一定，楔形一定。改變大小可改變N溝道的寬窄度，從正到負(fù)，即漏極特性曲線由上而下，反映對(duì)的控制作用。*2N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（1）結(jié)構(gòu)與符號(hào)增強(qiáng)型的特點(diǎn)在N溝道的形成上有所不同，增強(qiáng)型管子的N溝道只當(dāng)外加電場(chǎng)uGS＞0時(shí)才能存在，而當(dāng)uGS=0時(shí)，N溝道就不存在了。（3）特性曲線輸出特性上也分為可變電阻區(qū)、飽和區(qū)、夾斷區(qū)和擊穿區(qū)。

ID與UGS之間的關(guān)系:ID0是時(shí)的ID值。增強(qiáng)型NMOS管的特性曲線(a)輸出特性；(b)轉(zhuǎn)移特性*3P溝道絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管(PMOS管)增強(qiáng)型PMOS管的結(jié)構(gòu)示意圖2微變等效電路及其參數(shù)低頻跨導(dǎo)的定義式為是轉(zhuǎn)移特性曲線上某一點(diǎn)的切線的斜率，與切點(diǎn)的位置密切相關(guān)。①在漏極特性上確定gm②在轉(zhuǎn)移特性上求gm

③用計(jì)算法求gm

四、場(chǎng)效應(yīng)管和雙極型三極管的比較

1場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制元件，而雙極型三極管則是電流控制元件。

2場(chǎng)效應(yīng)管是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電(例如N型硅中的自由電子)，而