模拟电子技术基础01-4-1讲义(场效应管)课件

场效应晶体管FET场效应管与三极管不同，它是利用多子导电，属于单极型晶体管.结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管MOSFET场效应管有两种:N沟道P沟道耗尽型增强型耗尽型增强型绝缘栅场效应管（IGFET）

绝缘栅场效应管的栅极与其他电极绝缘。它利用栅源间电压所产生的电场效应控制半导体内载流子的运动。根据绝缘材料的不同分为：金属—氧化物—半导体场效应管（简称MOSFET或MOS管）金属—氮化硅—半导体场效应管（简称MNSFET或MNS管）金属—氧化铝—半导体场效应管（简称MALSFET）N沟道增强型MOSFET增强型NMOS管的结构示意图(立体图)简称增强型NMOS管增强型NMOS管的工作原理(一)uGS对iD及导电沟道的控制作用

1.uGS=0MOS管的源极和衬底通常是接在一起的(大多数管子在出厂前已连接好)。增强型NMOS管的漏极d和源极s之间有两个背靠背的PN结即使加上漏-源电压uDS，而且不论uDS的极性如何，总有一个PN结处于反偏状态，漏-源极间没有导电沟道，只有很小的漂移电流。这时漏极电流iD≈0。

2.uGS>0但uGS<UT（在栅-源极间加上正向电压）栅极和衬底之间的SiO2绝缘层中产生一个垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场;这个电场能排斥空穴而吸引电子，因而使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥，剩下不能移动的受主离子(负离子)，形成耗尽层，同时P衬底中的电子（少子）被吸引到衬底表面。

当uGS数值较小，吸引电子的能力不强时，漏-源极之间仍无导电沟道出现

3.uGS继续增加uGS增加时，吸引到P衬底表面的电子就增多，当uGS达到某一数值时，这些电子在栅极附近的P衬底表面便形成一个N型薄层，且与两个N+区相连通，在漏-源极间形成N型导电沟道，其导电类型与P衬底相反，故又称为反型层;uGS越大，电场越强，吸引到P衬底表面的电子就越多，导电沟道越厚，沟道电阻越小。开始出现反型层时的栅-源电压称为开启电压，用UT表示。

(二)uDS对iD的影响(当uGS>UT且为一确定值时)当uDS=0时，沟道里没有电子的定向运动，iD=0；当uDS＞0但较小（uDS<uGS–UT

）时，uGD=uGS

–uDS

(uGD>UT)，源漏极两端沟道的厚度不相等。漏极电流iD沿沟道产生的电压降使沟道内各点与栅极间的电压不再相等，靠近源极一端的电压最大，这里沟道最厚；而漏极一端电压最小，其值为因而这里沟道最薄。所以iD随uDS近似呈线性变化。图(a)随着uDS的增大，靠近漏极的沟道越来越薄，当uDS增加到使uGD=uGS-uDS=UT(或uDS=uGS-UT)时，沟道在漏极一端出现预夹断，即只要uDS再增加一点，沟道就被夹断，成为耗尽区。图(b)

再继续增大uDS，(uGD<UT)夹断点将向源极方向移动，图(c)。由于uDS的增加部分几乎全部降落在夹断区(此处电阻大)

，而对沟道的横向电场影响不大，沟道也从此基本恒定下来。故iD几乎不随uDS增大而增加，管子进入饱和区(或恒流区、放大区)，iD几乎仅由vGS决定。图(b)图(c)输出特性曲线：当uDS=0时，漏极电流ID=0。当uDS较小时，源漏极两端沟道的宽度不相等，如图(a)iD随uDS的增大而增大，为曲线上升部分，即可变电阻区(RON:几百欧)当uDS增大到使uGD=UT时，产生临界状态（图b），临界状态称为预夹断，此时uDS=uGS-UT。当uDS继续增大，耗尽区向源极扩展（图c），uDS增加值主要降落在耗尽区上，iD增加很少，即为恒流区。在恒流区内，电流iD只受uGS控制，uGS越大，饱和电流越大，输出特性为一组受uGS控制的近似平行线。耗尽型NMOS管的结构示意图N沟道耗尽型MOSFET

耗尽型NMOS管在制造过程中就形成了导电沟道，即uGS=0时就有导电沟道，所以只要uDS>0，漏极就有电流。耗尽型NMOS管的符号箭头方向从P型沟道指向N区

输出特性曲线：如果在栅极上加上正电压，指向衬底的电场将增强，沟道加宽。uGS越大，沟道越宽，漏极电流越大。当uGS<0时，电场减弱，沟道变窄，漏极电流减小。uGS可正可负当uGS小到某一值时，原始沟道消失，漏极电流趋近于零，管子截止。这个临界的负电压称为夹断电压（UP）。夹断电压UP转移特性曲线：类型符号在放大状态下uGSuDS转移特性输出特性N沟道耗尽型N沟道增强型绝缘栅型场效应管的特性:类型符号在放大状态下uGSuDS转移特性输出特性P沟道耗尽型P沟道增强型绝缘栅型场效应管的特性:MOS管的开关作用：(1)N沟道增强型MOS管+VDD+10VRD20kBGDSuIuO+VDD+10VRD20kGDSuIuO开启电压UTN=2ViD+VDD+10VRD20kGDSuIuORONRDMOS门的开关作用MOS门

D、S极之间的开关状态受UGS的控制增强型：N沟道P沟道UGS>

UT

>0

(开启电压）UGS<UT

DS断开DS导通（几百欧）UGS<UT<0

(开启电压）UGS>UTDS导通（几百欧）DS断开1MOS管非门MOS管截止2.MOS管导通（在可变电阻区）真值表0110AY+VDD+10VRD20kBGDSuIuO1.+-uGS+-uDS故2.CMOS反相器CMOS电路Complementary-Symmetry

MOS互补对称式MOST2(负载管）T1(驱动管）PMOS管NMOS管T1:ONT2:OFFOFFON同一电平:+UDDSDADSGF1)结构“0”(0V)UGS>UT<0截止+UDDSDADSGT2T1PMOSNMOSUGS>UT>0导通“1”(+UDD)FUA=UDD

3.CMOS与非门&ABFF=+UDDAFT2T1BT3T4SSSSGG工作原理:结构:00

101

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0ABT1T2T3T4F4.CMOS或非门ABT1T2T3T4FABFF=+UDDFAT2T1BT3T4GGSSS工作原理:结构:00

××101××0

10×

×

0

11××

0

二、三态输出与非门（TS门）(ThreeState)三种状态高电平低电平高阻状态（禁止状态）标准与非门输出状态&ABF符号：功能表：0