4.3场效应晶体管及其应用资料

(1-1)场效应管及其应用(1-2)场效应管是电压控制元件,多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。场效应管及其应用三极管是电流控制元件，多数载流子和少数载流子都参与运行，所以被称为双极型器件。增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道N沟道P沟道场效应管绝缘栅场效应管结型场效应管(1-3)一、绝缘栅场效应管一、结构和电路符号PNNGSDP型基底两个N区SiO2绝缘层导电沟道金属铝GSDN沟道增强型(1-4)N沟道耗尽型PNNGSD预埋了导电沟道GSD在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以当uGS=0时，这些正离子已经感应出了沟道.(1-5)NPPGSDGSDP沟道增强型(1-6)P沟道耗尽型NPPGSDGSD预埋了导电沟道(1-7)绝缘栅型场效应管结构、符号N沟道P型硅衬底N+N+源极S栅极G漏极DSiO2绝缘层金属铝DSG衬底DSG衬底N沟道绝缘栅型场效应管的结构N沟道耗尽型场效应管的符号N沟道增强型场效应管的符号(1-8)P沟道N型硅衬底P+P+源极S栅极G漏极DSiO2绝缘层金属铝DSG衬底DSG衬底P沟道绝缘栅型场效应管的结构P沟道耗尽型场效应管的符号P沟道增强型场效应管的符号耗尽型：UGS=0时漏、源极之间已经存在原始导电沟道。增强型：UGS=0时漏、源极之间才能形成导电沟道。无论是N沟道MOS管还是P沟道MOS管，都只有一种载流子导电，均为单极型电压控制器件。MOS管的栅极电流几乎为零，输入电阻RGS很高绝缘栅型场效应管结构、符号(1-9)二、MOS管的工作原理以N沟道增强型为例PNNGSDUDSUGSUGS=0时D-S间相当于两个反接的PN结ID=0对应截止区(1-10)PNNGSDUDSUGSUGS0时UGS足够大时（UGSVGS(th)）将P区少子电子聚集到P区表面，形成导电沟道，如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流ID。感应出电子VGS(th)称为电压开启(1-11)UGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，UGS越大此电阻越小。PNNGSDUDSUGS(1-12)i(mA)DGS=6Vuu=5VGS=4VuGSu=3VGSuDS(V)Di(mA)10V12341432(V)uGS246UGS(th)iD=f(uGS)uDS=常数三、增强型N沟道MOS管的特性曲线输出特性曲线转移特性曲线(1-13)161284036912UDS/VUGS=2V4V放大区ID/mA(b)漏极特性曲线0246UGS/VID/mAUGS(th)161284IDSS(a)转移特性曲线可变电阻区6VUDS=常数增强型场效应管不存在原始导电沟道，UGS=0时场效应管不能导通，ID=0。UGS0时会产生垂直于衬底表面的电场。P型衬底与绝缘层的界面将感应出负电荷层，UGS增加，负电荷数量增多，积累的负电荷足够多时，两个N+区沟通，形成导电沟道，漏、源极之间有ID出现。在一定的漏、源电压UDS下，使管子由不导通转为导通的临界栅、源电压称为开启电压UGS(th)。UGSUGS(th)时，ID=0；UGSUGS(th)时，随UGS的增加ID增大。N沟道增强型场效应管的特性曲线(1-14)N沟道增强型MOS管的基本特性uGS＜UGS(th)，管子截止uGS＞UGS(th)，管子导通uGS越大，沟道越宽，在相同的漏源电压uDS作用下，漏极电流ID越大(1-15)四、耗尽型N沟道MOS管的特性曲线耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。转移特性曲线0IDUGSVGS(off)(1-16)输出特性曲线IDUDS0UGS=0UGS0UGS0(1-17)161284036912UDS/V－2VUGS=0V放大区ID/mA(b)漏极特性曲线－4－2024UGS/VID/mAUGS(off)161284IDSS(a)转移特性曲线可变电阻区2VUDS=常数N沟道耗尽型场效应管的特性曲线耗尽型场效应管存在原始导电沟道，UGS=0时漏、源极之间就可以导电。这时在外加电压UDS作用下的漏极电流称为漏极饱和电流IDSS。UGS0时沟道内感应出的负电荷增多，沟道加宽，沟道电阻减小，ID增大。UGS0时会在沟道内产生出正电荷与原始负电荷复合，沟道变窄，沟道电阻增大，ID减小。UGS达到一定负值时，沟道内载流子全部复合耗尽，沟道被夹断，ID=0，这时的UGS称为夹断电压UGS(off)。(1-18)在虚线左边的区域内，漏、源电压UDS相对较小，漏极电流ID随UDS的增加而增加，输出电阻ro较小，且可以通过改变栅、源电压UGS的大小来改变输出电阻ro的阻值，这一区域称为可变电阻区。在虚线右边的区域内，当栅、源电压UGS为常数时，漏极电流ID几乎不随漏、源电压UDS的变化而变化，特性曲线趋于与横轴平行，输出电阻ro很大，在栅、源电压UGS增大时，漏极电流ID随UGS线性增大，这一区域称为放大区。漏极特性曲线分析(1-19)一个重要参数——跨导gmgm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。在转移特性曲线上，gm为的曲线的斜率。在输出特性曲线上也可求出gm。1(mA)DSu=6V=3VuuGS(V)1D624i43=5V(mA)243iDGS210V(V)△uGSi△DGSu△i△D(1-20)场效应管的漏极电流ID受栅、源电压UGS的控制，即ID随UGS的变化而变化，所以场效应管是一种电压控制器件。跨导gm表示：常数DSGSDmUUIg(1-21)N沟道耗尽型MOS管的特点当uGS=0时，就有沟道，加入uDS，就有iD。当uGS＞0时，沟道增宽，iD进一步增加。当uGS＜0时，沟道变窄，iD减小。(1-22)小结(1)场效应管放大器输入电阻很大。(2)场效应管共源极放大器(漏极输出)输入输出反相，电压放大倍数大于1；输出电阻=RD。(3)场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于1且约等于1；输出电阻小。