结型场效应管

1、4.1 结型场效应管结型场效应管4.2 金属金属-氧化物氧化物-半导体场效应管半导体场效应管4.3 场效应管放大电路场效应管放大电路4.4 各种放大器件电路性能比较各种放大器件电路性能比较4 场效应管放大电路场效应管放大电路4.1结型结型场效应管场效应管4 4 场效应管放大电路场效应管放大电路 晶晶体体管管工工作作在在放放大大区区时时，输输入入回回路路 P PN N 结结正正偏偏，输输入入阻阻抗抗小小，且且是是一一个个电电流流控控制制的的有有源源器器件件。场场效效应应管管也也是是一一种种具具有有 P PN N 结结的的正正向向受受控控作作用用的的有有源源器器件件，它它是是利利用用电电场场效效应

2、应来来控控制制输输出出电电流流的的大大小小，其其输输入入端端 P PN N 结结一一般般工工作作于于反反偏偏状状态态或或绝绝缘缘状状态态。输输入入电电阻阻很很高高。场场效效应应管管根根据据结结构构不不同同分分为为两两大大类类：结结型型场场效效应应管管 (JFET) 输输入入阻阻抗抗961010绝绝缘缘栅栅场场效效应应管管 (IGFET) 输输入入阻阻抗抗14121010 在在IGFET中中又又有有多多种种类类型型，目目前前应应用用最最广广泛泛的的是是以以二二氧氧化化硅硅2OSi为为绝绝缘缘层层的的场场效效应应管管，称称为为金金属属氧氧化化物物半半导导体体场场效效应应管管(MOSFET,Meta

3、l-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) 。4.1结型结型场效应管场效应管N沟道沟道P沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)分类：分类：4 4 场效应管放大电路场效应管放大电路4.1结型结型场效应管场效应管 结构结构 工作原理工作原理 输出特性输出特性 转移特性转移特性 主要参数主要参数 一、一、 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理 二、二、 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数 4.1 4.1 结型

4、场效应管结型场效应管4.1结型结型场效应管场效应管 结型场效应管的结构示意图及其表示符号结型场效应管的结构示意图及其表示符号 (a)N(a)N沟道沟道JFETJFET；(b)P(b)P沟道沟道JFET JFET 1.1.结构：结构： N N沟道管：电子电导，导电沟道为沟道管：电子电导，导电沟道为N N型半导体型半导体 P P沟道管：空穴导电，导电沟道为沟道管：空穴导电，导电沟道为P P型半导体型半导体 一、一、JFET的结构和工作原理的结构和工作原理4.1结型结型场效应管场效应管2.工作原理工作原理 VGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当当VGS0时时（以（以N沟道沟道JFET为例）为例）

5、当沟道夹断时，对应当沟道夹断时，对应的栅源电压的栅源电压VGS称为称为夹断夹断电压电压VP （ 或或VGS(off) ）。）。对于对于N沟道的沟道的JFET，VP 0。PN结反偏结反偏耗尽层加厚耗尽层加厚沟道变窄。沟道变窄。 VGS继续减小，沟道继续减小，沟道继续变窄继续变窄4.1结型结型场效应管场效应管 VDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当当VGS=0时，时， VDS ID 当当VDS增加到使增加到使VGD=VP 时，在紧靠漏极处出现预时，在紧靠漏极处出现预夹断。夹断。 G、D间间PN结的反向电结的反向电压增加，使靠近漏极处的压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，耗尽层加宽，沟道变

6、窄，从上至下呈楔形分布。从上至下呈楔形分布。此时此时VDS 夹断区延长夹断区延长沟道电阻沟道电阻 ID基本不变基本不变 VGS和和VDS同时作用时同时作用时当当VP VGS|UP|时，沟道被全部夹断，时，沟道被全部夹断，iD=0，故此区为截止区。，故此区为截止区。若利用若利用JFET作为开关，则工作在截止区，即相当于开关打开。作为开关，则工作在截止区，即相当于开关打开。 4）击穿区）击穿区随着随着uDS增大，靠近漏区的增大，靠近漏区的PN结反偏电压结反偏电压uDG也随之增大。也随之增大。 夹断电压夹断电压VP (或或VGS(off)： 饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS： 低频跨导低频跨导gm：

7、DSGSDmVvig 时）时）（当（当0)1(2GSPPPGSDSSm vVVVvIg或或漏极电流约为零时的漏极电流约为零时的VGS值值 。VGS=0时对应的漏极电流。时对应的漏极电流。 低频跨导反映了低频跨导反映了vGS对对iD的控制作用。的控制作用。gm可以在转移特性曲线上求得，单位是可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子毫西门子)。 输出电阻输出电阻rd：GSDDSdVivr 4.1结型结型场效应管场效应管3. 主要参数主要参数网赚 网赚论坛 0 吺囬圡 3. 主要参数主要参数4.1 结型结型场效应管场效应管 直流输入电阻直流输入电阻RGS： 对于结型场效应三极管，反偏时对于结型

8、场效应三极管，反偏时RGS约大于约大于107。 最大漏极功耗最大漏极功耗PDM 最大漏源电压最大漏源电压V(BR)DS 最大栅源电压最大栅源电压V(BR)GS4.2MOSFET 一、增强型一、增强型MOSFET 二、耗尽型二、耗尽型MOSFET 三、各种类型三、各种类型MOSMOS管的符号及特性对比管的符号及特性对比4.2 金属金属-氧化物氧化物-半导体场效应管半导体场效应管4.2MOSFET 1. 1. N沟道增强型沟道增强型MOSFET结构与工作原理结构与工作原理（1 1）结构：）结构： N沟道增强型沟道增强型MOS场效应管的结构示意图及符号场效应管的结构示意图及符号一、增强型一、增强型M

9、OSFET4.2MOSFET（2 2）工作原理：）工作原理： 增强型增强型NMOS管在管在uGS=0时时,两两个重掺杂的个重掺杂的N+源区和漏区之间被源区和漏区之间被P型衬底所隔开型衬底所隔开,就好像两个背向连就好像两个背向连接的二极管。这时不论漏极、源极接的二极管。这时不论漏极、源极间加何种极性电压间加何种极性电压,总有一个总有一个PN结结处于反向偏置处于反向偏置,所以漏极、源极之所以漏极、源极之间只有很小的反向电流通过间只有很小的反向电流通过,可以可以认为增强型认为增强型NMOS管处于关断状态管处于关断状态UGSUT时形成导电沟道时形成导电沟道 1. N沟道增强型沟道增强型MOSFET结构

10、与工作原理结构与工作原理4.2MOSFET1. 1. N沟道增强型沟道增强型MOSFET结构与工作原理结构与工作原理（2 2）工作原理：）工作原理： uDS增大时增强型增大时增强型MOS管沟道的变化过程管沟道的变化过程(a)uGS UT出现出现N型沟道型沟道(b)uDS较小时较小时 iD迅速增大迅速增大(c )uDS较大出现时较大出现时 iD趋于饱和趋于饱和 在正的漏极电源在正的漏极电源uDS作用下，将有作用下，将有iD产生。把在产生。把在uDS作用下作用下开始导电的开始导电的uGS叫做开启电压叫做开启电压UT。4.2MOSFET(1)(1)转移特性曲线转移特性曲线主要特点如下主要特点如下:

11、当当0uGSUT时时,iD=0。尽管尽管uGS0,但无栅流。但无栅流。 当当uGSUT时时,导电沟导电沟道形成道形成,iD0。值时的是式中DTGSDTGSTGSDDiVuIVuVuIi2)() 1(0202. N沟道增强型沟道增强型MOS管特性曲线管特性曲线4.2MOSFET 分为恒流区、可变电分为恒流区、可变电阻区、截止区和击穿区。阻区、截止区和击穿区。其特点为：其特点为：（2）输出特性）输出特性2. N沟道增强型沟道增强型MOS管特性曲线管特性曲线1)截止区：截止区：UGSUT，导电，导电沟道未形成，沟道未形成，iD=0。2)恒流区：恒流区：曲线间隔均匀，曲线间隔均匀，uGS对对iD控制能

12、力强。控制能力强。uDS对对iD的控制能力弱，曲的控制能力弱，曲线平坦。线平坦。3)可变电阻区：可变电阻区：uGS越大，越大，rDS越小，体现了可变电阻越小，体现了可变电阻4）击穿区：）击穿区：随着随着uDS增大，靠近漏区的增大，靠近漏区的PN结反偏电压结反偏电压uDG也随之增大。也随之增大。4.2MOSFET 1. 1. N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET结构与工作原理结构与工作原理（1 1）结构：）结构： 增强型增强型NMOS管在管在uGS=0时时,管内没有导电沟道。耗尽型则管内没有导电沟道。耗尽型则不同不同,它在它在uGS=0时就有导电沟道时就有导电沟道,它的导电沟道是在制造过程它的导电

13、沟道是在制造过程中就形成了的。中就形成了的。 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管的结构示意图及符号管的结构示意图及符号二、耗尽型二、耗尽型MOSFET4.2MOSFET（2 2）工作原理：）工作原理：1. 1. N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET结构与工作原理结构与工作原理 由于由于uGS=0=0时就存在原始沟道，所以只要此时时就存在原始沟道，所以只要此时uDS00，就有漏极电流。如果就有漏极电流。如果uGS 0, 0,指向衬底的电场加强，沟道指向衬底的电场加强，沟道变宽，漏极电流变宽，漏极电流iD将会增大。反之，若将会增大。反之，若uGS 00，则栅压产，则栅压产生的电场与正离子产生的自建电场方

14、向相反，总电场减弱，生的电场与正离子产生的自建电场方向相反，总电场减弱，沟道变窄，沟道电阻变大，沟道变窄，沟道电阻变大， iD减小。当减小。当uGS继续变负，等继续变负，等于某一阈值电压时，沟道将全部消失，于某一阈值电压时，沟道将全部消失， iD =0=0，管子进入，管子进入截止状态。截止状态。4.2MOSFET2. N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管特性曲线管特性曲线(1)(1)转移特性曲线转移特性曲线（2 2）输出特性输出特性 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET管的电流方程与增强型管是一样的，管的电流方程与增强型管是一样的，不过其中的开启电压应换成夹断电压不过其中的开启电压应换成夹断电压UP。经简单变换，耗尽型。经简单变换，耗尽型NMOSFET的电流方程为的电流方程为)0()1(GSP2PGSDSSD vVVvIi4.2MOSFET3. P3. P沟道绝缘栅场效应管沟道绝缘栅场效应管(PMOS)(PMOS) PMOS管也有两种管也有两种:增强型和耗尽型。增强型增强型和耗尽型。增强型PMOS管在工作时为了在漏源极之间形成管在工作时为了在漏源极之间形成P型沟道型沟道,栅源极之间栅源极之间电压电压uGS