模拟电子技术 场效应管

1、第五讲 场效应管一、场效应管的结构和符号二、场效应管的放大原理三、场效应管的特性曲线四、主要参数MOSMOS场效应晶体管场效应晶体管场场效效应应管管结型场效应三极管结型场效应三极管JFET绝缘栅型场效应三极管绝缘栅型场效应三极管IGFET分类分类N沟道沟道P沟道沟道一、结型场效应晶体管一、结型场效应晶体管结构结构G栅极（基极）栅极（基极）S源极（发射极）源极（发射极）D漏极（集电极）漏极（集电极）在在N型半导体硅片型半导体硅片的两侧各制造一个的两侧各制造一个PN结，形成两个结，形成两个PN结夹着一个结夹着一个N型型沟道的结构。沟道的结构。P区区即为栅极，即为栅极，N型硅型硅的一端是漏极，另的一

2、端是漏极，另一端是源极。一端是源极。工作原理工作原理以以N沟道沟道PN结结型结结型FET为为例例正常正常放大放大时外时外加偏加偏置电置电压的压的要求要求问题：如果是问题：如果是P沟道，直流偏置应如何加？沟道，直流偏置应如何加？0DSVV VGSGS0 00，使形成漏，使形成漏电流电流i iD D。0GSV栅源电压对沟道的控制作用栅源电压对沟道的控制作用当当VGS=0时，在漏、源之间加有一定电压时，在漏源时，在漏、源之间加有一定电压时，在漏源间将形成多子的漂移运动，产生漏极电流。间将形成多子的漂移运动，产生漏极电流。当当VGS0时，时，PN结反偏，耗尽层变宽，漏源间的结反偏，耗尽层变宽，漏源间的

3、沟道将变窄，沟道将变窄，ID将减小。将减小。VGS继续减小，沟道继续变窄，继续减小，沟道继续变窄，ID继续减小直至为继续减小直至为0。当。当漏极电流为零时所对应的栅源电压漏极电流为零时所对应的栅源电压VGS称为夹断电压称为夹断电压VP。漏源电压对沟道的控制作用漏源电压对沟道的控制作用当当VGS=0,VDS=0时，漏电流时，漏电流ID=0当当VGS=0,VDS增大时，漏电流增大时，漏电流ID也增大。也增大。此时由于存在沟道电阻，此时由于存在沟道电阻，将使沟道内电位分布不均匀，其中将使沟道内电位分布不均匀，其中d端与栅极间的反压最高，沿着端与栅极间的反压最高，沿着沟道向下逐渐降低，源端最低，从而使

4、耗尽层成楔形分布。沟道向下逐渐降低，源端最低，从而使耗尽层成楔形分布。 当当V VDSDS继续增大到使继续增大到使V VGSGS-V-VDSDS=V=VP P时，时，d端端附近的沟道被夹断，这称为附近的沟道被夹断，这称为“预夹预夹断断”。 出现预夹断后，当出现预夹断后，当V VDSDS继续增大时，夹断长度会自上向继续增大时，夹断长度会自上向下延伸，但从源极到夹断处的沟道上沟道电场基本不下延伸，但从源极到夹断处的沟道上沟道电场基本不随随V VDSDS变化，变化，I ID D基本不随基本不随V VDSDS增加而上升，趋于饱和值。增加而上升，趋于饱和值。特性曲线特性曲线 (b) N沟道结型沟道结型F

5、ET转移特性曲线转移特性曲线(a) N沟道结型沟道结型FET输出特性曲线输出特性曲线2(1)GSDDSSPviIV-GDGSDSPvvvV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沟道沟道二、绝缘栅型场效应管二、绝缘栅型场效应管金金属属氧氧化化物物半半导导体体三三极极管管MOS管结构管结构以以N N沟道沟道增强增强型型MOSMOS管管为为例例G栅极（基极）栅极（基极）S源极（发射极）源极（发射极）D漏极（集电极）漏极（集电极）B衬底衬底N沟道增强型沟道增强型MOSFET基本上是基本上是一种左右对称的拓一种左右对称的拓扑结构，它是在扑结构，它是在P型半导体上生成一型半导体上生成一层

6、层SiO2 薄膜绝缘层薄膜绝缘层，然后用光刻工艺，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的扩散两个高掺杂的N型区，从型区，从N型区引型区引出电极出电极MOS管工作原理管工作原理以以N沟道增强沟道增强型型MOS管为管为例例正常正常放大放大时外时外加偏加偏置电置电压的压的要求要求0GSV0DSV问题：如果是问题：如果是P沟道，直流偏置应如何加？沟道，直流偏置应如何加？栅源电压栅源电压V VGSGS对对i iD D的控制作用的控制作用VGS|VP|时所对应的漏极时所对应的漏极电流。电流。输入电阻输入电阻RGSMOS管由于栅极绝缘，所以其输入电管由于栅极绝缘，所以其输入电阻非常大，理想时可认为无穷大。阻非常大，

7、理想时可认为无穷大。饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS场效应管参数场效应管参数低频跨导指漏极电流变化量与栅压变化量的低频跨导指漏极电流变化量与栅压变化量的比值，可以在转移特性曲线上求取。比值，可以在转移特性曲线上求取。最大漏极功耗最大漏极功耗PDM最大漏极功耗可由最大漏极功耗可由PDM= VDS ID决定，决定，与双极型三极管的与双极型三极管的PCM相当。相当。低频跨导低频跨导gmDSDmVGSigv2nGSTNKVV2()DnGSTNiKvV以以MOS管为例管为例BJT与与FET的比较的比较双极型三极管场效应三极管结构结构NPN型，型，PNP型型C与与E不可倒置使用不可倒置使用结型耗尽型：结型耗尽型： N沟道沟道 P沟道沟道绝缘栅增强型：绝缘栅增强型： N沟道沟道 P沟道沟道绝缘栅耗尽型：绝缘栅耗尽型： N沟道沟道 P沟道沟道D与与S可倒置使用可倒置使用载流载流子子多子、少子均参与多子、少子均参与导电导电多子参与导电多子参与导电输入输入量量电流输入电流输入电压输入电压输入控制控制电流控制电流电流控制电流电压控制电流电压控制电流BJT与与FET的比较的比较双极型三极管场效应三极管噪声噪声较大较大较小较小温度温度特性特性受温度影响较大受温度影响较大受温度影响较小，有零温受温度影响较小，有零