电子技术场效应管课件

第3章场效应管及其放大电路3.1

绝缘栅型场效应管3.2

场效应管放大电路场效应管（FieldEffectTransistor)3.掌握场效应管的伏安特性及主要参数；本章要求：1.了解场效应管的结构与类型；2.理解场效应管的工作原理；4.掌握场效应管放大电路的分析。场效应管的特点1.它是利用改变外加电压产生的电场强度来控制其导电能力的半导体器件。2.它具有双极型三极管的体积小、重量轻、耗电少、寿命长等优点，3.还具有输入电阻高、热稳定性好、抗辐射能力强、噪声低、制造工艺简单、便于集成等特点。4.在大规模及超大规模集成电路中得到了广泛的应用。

源极，用S或s表示N型导电沟道漏极，用D或d表示

P型区P型区栅极，用G或g表示栅极，用G或g表示符号符号#

符号中的箭头方向表示什么？3.1.1结型场效应晶体管JFET结型场效应管的结构如图所示。在一块N型半导体材料的两边各扩散一个高杂质浓度的P+区,就形成两个不对称的P+N结，即耗尽层。把两个P+区并联在一起，引出一个电极g，称为栅极，在N型半导体的两端各引出一个电极，分别称为源极s和漏极d。夹在两个P+N结中间的区域称为导电沟道（简称沟道）。图所示的管子的N区是电流的通道，称为N沟道结型场效应管。

场效应管的三个电极与三极管的三个电极的对应关系栅极g--基极b源极s--发射极e漏极d--集电极c1.P沟道和N沟道结构及电路符号P沟道G门极D漏极S源极gdsP沟道结构及电路符号N沟道G门极D漏极S源极gdsN沟道结构及电路符号(2)恒流工作（电压控制电流源）GID+RDVDDDSPN结加反向电压（Ugs)使沟道微闭合时电流ID与UDS无关，称恒流区。ID=IDSS（1-）2ugsvPPNNGIDIS=IDPN结PN结++-耗尽层闭合时UGS=VPRDVDDUGS电路图等效图(3)截止工作PNNGID=0IS=IDPN结PN结++-RDVDDUGS耗尽层完全闭合，沟道夹断，电子过不去栅极电压UGS大于等夹断电压UP时，ID=0相当一个很大的电阻3.JFET的主要参数1）夹断电压VP:手册给出是ID为一微小值时的VGS2）饱和漏极电流IDSS;VGS=0，时的IDudsidvgs=常数vgsidUds=常数∂uGS∂id5)极限参数：V（BR）DS、漏极的附近发生雪崩击穿。V（BR）GS、栅源间的最高反向击穿。PDM最大漏极允许功耗，与三极管类似。3)、电压控制电流系数gm=4）交流输出电阻rds=综上分析可知沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，

所以场效应管也称为单极型三极管。JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。#

为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？

JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因

此iG0，输入电阻很高。Sect增强型MOSFET耗尽型MOSFET3.1.2绝缘栅型场效应管MOSFET1.N沟道增强型MOS场效应管结构漏极D→集电极C源极S→发射极E栅极G→基极B衬底B电极—金属绝缘层—氧化物基体—半导体因此称之为MOS管Sect增强型MOS管UDS一定时，UGS对漏极电流ID的控制关系曲线ID=f(UGS)UDS=C(1)转移特性曲线UDS>UGS-UTUGS(V)ID(mA)UT在恒流区，ID与UGS的关系为ID≈K(UGS-UT)2沟道较短时，应考虑UDS对沟道长度的调节作用：ID≈K(UGS-UT)2（1+UDS)K—导电因子（mA/V2)—沟道调制长度系数n—沟道内电子的表面迁移率COX—单位面积栅氧化层电容W—沟道宽度L—沟道长度Sn—沟道长宽比K'—本征导电因子Sect2.特性曲线(以N沟道为例)UGS一定时，ID与UDS的变化曲线，是一族曲线

(2)输出特性曲线ID与UDS的关系近线性ID≈2K(UGS-UT)UDSUGS=6VUGS=4VUGS=5VUGS=3VUGS=UT=3VUGS(V)ID(mA)ID=f(UDS)UGS=C①可变电阻区：当UGS变化时，RON将随之变化因此称之为可变电阻区②恒流区：该区内，UGS一定，ID基本不随UDS变化而变③击穿区：UDS增加到某一值时，ID开始剧增而出现击穿。当UDS增加到某一临界值时，ID开始剧增时UDS称为漏源击穿电压。UGS=6VUGS=4VUGS=5VUGS=3VUGS=UT=3VUGS(V)ID(mA)Sect当UGS一定时，RON近似为一常数因此又称之为恒阻区Sect基础知识当UDS增加到使UGD=UT时，当UDS增加到UGDUT时，增强型MOS管

漏源电压UDS对漏极电流ID的控制作用这相当于UDS增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况，称为预夹断。此时的漏极电流ID

基本饱和此时预夹断区域加长，伸向S极。UDS增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，ID基本趋于不变。

MOS管衬底的处理

保证两个PN结反偏，源极—沟道—漏极之间处于绝缘态NMOS管—UBS加一负压PMOS管—UBS加一正压处理原则：处理方法：Sect2.耗尽型MOS管+++++++耗尽型MOS管存在原始导电沟道Sect结构UGS(V)ID(mA)N沟道耗尽型MOS场效应管特性曲线转移特性曲线在恒流区，ID与UGS的关系为ID≈K(UGS-UP)2沟道较短时，ID≈K(UGS-UT)2（1+UDS)ID≈IDSS(1-UGS/UP)2常用关系式：Sect输出特性曲线UGS=6VUGS=4VUGS=1VUGS=0VUGS=--1VUGS(V)ID(mA)N沟道耗尽型MOS管可工作在UGS0或UGS>0N沟道增强型MOS管只能工作在UGS>0各类绝缘栅场效应三极管的特性曲线绝缘栅场效应管N沟道增强型P沟道增强型Sect3.场效应管的主要参数（1）开启电压UT开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通。（2）夹断电压UP夹断电压是耗尽型FET的参数，当UGS=UP时,漏极电流为零。（3）饱和漏极电流IDSS耗尽型场效应三极管当UGS=0时所对应的漏极电流。（4）直流输入电阻RGS栅源间所加的恒定电压UGS与流过栅极电流IGS之比结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107Ω，绝缘栅场效应三极管RGS约是109～1015Ω。(5)漏源击穿电压BUDS使ID开始剧增时的UDS。(6)栅源击穿电压BUGSJFET：反向饱和电流剧增时的栅源电压MOS：使SiO2绝缘层击穿的电压Sect

（7）低频跨导gm

低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用gm的求法:①图解法—gm实际就是转移特性曲线的斜率②解析法：如增强型MOS管存在ID=K(UGS-UT)2Sect

2.衬底跨导gmb反映了衬底偏置电压对漏极电流ID的控制作用——跨导比Sect3.漏极电阻rds反映了UDS对ID的影响，实际上是输出特性曲线上工作点切线上的斜率4.导通电阻Ron在恒阻区内Sect5.极间电容Cgs—栅极与源极间电容Cgd—栅极与漏极间电容Cgb—栅极与衬底间电容

Csd—源极与漏极间电容Csb—源极与衬底间电容Cdb—漏极与衬底间电容主要的极间电容有：Sect4.3、绝缘栅型场效应晶体管IGFET（MOS）分增强型和耗尽型两类：各类有分NMOS和PMOS两种：