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1、單擊此處編輯母版標題樣式abcd,單擊此處編輯母版文本樣式abvd,第二級,第三級,第四級,第五級,*,單擊此處編輯母版標題樣式abcd,單擊此處編輯母版文本樣式abvd,第二級,第三級,第四級,第五級,*,場效應三極管,場效應管工作原理,MOS場效應管構造與工作原理,結型場效應管構造與工作原理,場效應管放大電路組成及主要指標分析,場效應管FET:Field Effect Transistor也是三極管，有三個電極,場效應管的掌握信號是電壓，該器件屬于電壓掌握電流源,場效應管內部只有一種載流子運動，稱為單極型三極管,FET分為結型場效應管JFET 和金屬氧化物場效應管MOSFET:Metal-
2、Oxide-Semiconductor,MOS管在現代集成電路技術中被廣泛應用,場效應三極管,場效應管的分類：,P,溝道,耗盡型,P,溝道,P,溝道,N,溝道,增強型,N,溝道,N,溝道,耗盡型,FET,場效應管,JFET,結型,MOSFET,絕緣柵型,(IGFET),耗盡型,：場效應管沒有加偏置電壓時，就有導電溝道存在,增強型,：場效應管沒有加偏置電壓時，沒有導電溝道,絕緣柵型場效應管MOS管,N溝道增加型MOS管構造與符號,N+,N+,以,P,型硅為襯底,B,d,g,s,大多數管子的襯底在出廠前已和源極連在一起,鋁電極、金屬,Metal,二氧化硅氧化物,Oxide,半導體,Semicond
3、uctor),稱,MOS,管,由于柵極和漏極、源極之間是絕緣的，稱絕緣柵型場效應管。,N+,N+,B,d,g,s,P,d,s,g,B,襯底,虛線表示,增加型,襯底的箭頭方向說明白場效應管是N溝道還是P溝道：箭頭向里是N溝道，箭頭向外是P溝道。,絕緣柵型場效應管MOS管,N溝道增加型MOS管構造與符號,N溝道增加型MOS管構造與符號,N+,N+,以,P,型硅為襯底,B,d,g,s,1,、當柵源極間電壓,v,GS,=0,時,漏極和源極之間相當于兩個背靠背的,PN,結。,v,GS,=0,P,PN,結,PN,結,此時無論,v,DS,是否為,0,，也無論其極性如何，總有一個,PN,結處于反偏狀態(tài)，因此,
4、MOS,管不導通，,i,D,=0,。,i,D,=0,+,-,v,DS,N溝道增加型MOS管工作原理,N溝道增加型MOS管工作原理,N+,N+,以,P,型硅為襯底,B,d,g,s,2,、當,v,DS,=0,且,v,GS,0,時,+,-,v,GS,由于SiO2絕緣層的存在，電流不能通過柵極。但金屬柵極被充電，因此聚攏大量正電荷。,電場力,排斥空穴,形成耗盡層,電場吸引電子,二氧化硅層在,v,GS,作用下被充,電而產生電場,形成N形薄層稱反型層,形成導電溝道,N溝道增加型MOS管工作原理,N+,N+,以,P,型硅為襯底,B,d,g,s,+,-,v,GS,導電溝道形成時，對應的柵-源電壓vGS稱為開啟
5、電壓VTN VGS(th)。,v,GS,越大，反型層越厚，導電溝道電阻越小。,必需依靠柵極外加電壓才能產生反型層(導電溝道)的MOSFET稱為增加型器件,N溝道增加型MOS管工作原理,N+,N+,以,P,型硅為襯底,B,d,g,s,+,-,v,GS,3,、當,v,GS,V,TN,時，,v,DS,加正向電壓,+,-,v,DS,外加較小的,v,DS,時，,i,D,隨著,v,DS,的增大而線性增大。,i,D,增大vDS，導電溝道消失梯度。,直到vGD=VTN,即 vDS=vGSVTN時，溝道在漏極一側消失加斷點，稱為預夾斷。,N+,N+,以,P,型硅為襯底,B,d,g,s,+,-,v,GS,+,-,
6、v,DS,i,D,N溝道增加型MOS管工作原理,3,、當,v,GS,V,TN,時，,v,DS,加正向電壓,在vDSvGSVTN時，溝道夾斷區(qū)延長，iD到達最大且恒定，管子進入飽和區(qū)。,N+,N+,以,P,型硅為襯底,B,d,g,s,+,-,v,GS,+,-,v,DS,i,D,飽和區(qū)又稱恒流區(qū)、放大區(qū),。,N溝道增加型MOS管工作原理,3,、當,v,GS,V,TN,時，,v,DS,加正向電壓,N溝道增加型MOS管工作過程的動畫演示：,以上分析可知,溝道中只有一種類型的載流子參與導電，所以場效應管也稱為單極型三極管。,MOSFET是電壓掌握電流器件VCCS，iD受vGS掌握。,預夾斷前,i,D,與
7、,v,DS,呈近似線性關系,；預夾斷后，,i,D,趨于飽和,。,MOSFET,的柵極是絕緣的，所以,i,G,0,，,輸入電阻很高,。,只有當vGSVTN時，增加型MOSFET的d、s間才能導通。,MOS,管的,I-V,特性曲線及大信號特性方程,1輸出特性及大信號特性方程,截止區(qū),當,v,GS,V,TN,時，導電溝道尚未形成，,i,D,0,，為截止工作狀態(tài)。,可變電阻區(qū),vDS VTN，且vDSvGSVTN,是,v,GS,2,V,TN,時的,i,D,I,-,V,特性：,必需讓FET工作在飽和區(qū)放大區(qū)才有放大作用。,MOS,管的,I-V,特性曲線及大信號特性方程,1輸出特性及大信號特性方程,2轉移
8、特性,#,為什么不談輸入特性？,A,B,C,D,在飽和區(qū)，iD受vGS掌握,MOS,管的,I-V,特性曲線及大信號特性方程,N,溝道,耗盡型,MOSFET,構造示意圖和符號,N,+,N,+,P,型襯底,B,d,g,s,+,+,+,+,+,+,+,+,+,S,i,O,2,絕緣層中,摻有正離子,預埋了,N,型,導電溝道,d,s,g,B,襯底,N,溝道耗盡型,N,+,N,+,P,型襯底,B,d,g,s,+,+,+,+,+,+,+,+,+,由于耗盡型場效應管預埋了導電溝道，所以在vGS=0時，假設漏源之間加上肯定的電壓vDS，也會有漏極電流 iD 產生。,此時的,漏極電流,用,I,DSS,表示，稱為,
9、飽和漏極電流,。,當vGS 0時，使導電溝道變寬，iD 增大；,當vGS 0,時,耗盡層將消失楔形，靠近漏極端較寬，靠近源極端較窄。,g,s,d,V,GG,(,v,GS,),V,DD,(,v,DS,),i,D,只要不消失夾斷區(qū)域，溝道電阻根本打算于vGS，iD隨vDS增大線性增大。,JFET工作原理以N溝道FET為例,(3),當,v,DS,增大到使,v,GD,=,V,PN,時,耗盡層一端消失夾斷區(qū)。,g,s,d,V,GG,(,v,GS,),V,DD,(,v,DS,),i,D,稱,v,GD,=,V,PN,為,預夾斷,g,s,d,V,GG,(,v,GS,),V,DD,(,v,DS,),i,D,(4
10、),當,v,GD,V,PN,時，,vDS增大時，幾乎全部用來抑制溝道的電阻，iD根本不變，僅僅打算于vGS，表現為恒流特性。,2,、當,v,GS,為,V,PN,0,中某一個固定值時，,v,DS,對漏極電流,i,D,的影響,-,1V,i,D,v,DS,O,-,2V,-,4V,-,3V,V,GS,=0,預夾斷軌跡,可變電阻區(qū),恒,區(qū),流,擊穿區(qū),截止區(qū),V,PN,-,1V,i,D,v,GS,O,-,2V,-,4V,-,3V,I,DSS,夾斷電壓,漏極飽和電流,JFET,的特性曲線及參數,(N,溝道,),轉移特性,輸出特性,(,V,PN,v,GS,0),P,溝道,JFET,的特性曲線如何？,主要參數
11、,夾斷電壓VGS(off)VPN,飽和漏電流 IDSS,直流輸入電阻RGS,低頻互導gm,JFET,的特性曲線及參數,V,PN,-,1V,i,D,v,GS,O,-,2V,-,4V,-,3V,I,DSS,JFET,的特點：,JEFT,柵極、溝道之間的,PN,結是反向偏置的，因此，,i,G,0,，,輸入電阻很高,。,JEFT是電壓掌握電流器件，iD 受vGS掌握。,預夾斷前，,i,D,與,u,DS,呈現線性關系；預夾斷后，,i,D,趨于飽和。,工作在恒流區(qū)時,g-s,、,d-s,間的電壓極性,v,GS,=0,可工作在恒流區(qū)的場效應管有哪幾種？,v,GS,0,才可能工作在恒流區(qū)的場效應管有哪幾種？,
12、v,GS,0,才可能工作在恒流區(qū)的場效應管有哪幾種？,場效應管的分類,小結,雙極型三極管和場效應三極管比較,場效應管有三個極：源極s、柵極g、漏極d，對應于晶體管的e、b、c；有三個工作區(qū)域：截止區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū)，對應于晶體管的截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。,雙極型三極管,場效應三極管,兩種載流子,一種載流子,電流控制電流源,電壓控制電流源,輸入電子較小,輸入電阻很大,放大倍數大,噪聲低,例,1,某管子的輸出特性如下圖。試分析該管是什么類型的場效應管(結型、絕緣柵型、N溝道、P溝道、增加型、耗盡型)？,*推斷管子的類型，主要是看iD、vDS和vGS的正負。,N溝道增加型MOS管,i,D,/mA
13、,v,DS,/V,8V,O,10V,6V,4V,0.25,1,2,3V,6V,9V,12V,練習：,管子的轉移特性以下圖所示。試分析管子是什么類型的場效應管(結型、絕緣柵型、N溝道、P溝道、增加型、耗盡型)？并寫出它的開啟電壓或夾斷電壓。,i,D,/mA,v,GS,/V,O,1,2,3,-4,-2,i,D,/mA,u,GS,/V,O,2,4,-2,-1,-3,i,D,/mA,v,GS,/V,O,-1,1,2,-3,i,D,/mA,v,GS,/V,O,-2,-4,-2,-4,N,溝道,JEFT,管,V,GS(off),=,-,4V,N,溝道耗盡型,MOS,管,V,GS(off),=,-,3V,P,溝道耗盡型,MOS,管,V,GS(off),=2V,P溝道增加型MOS管,V,GS(th),=,-,4V,
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