结型场效应管

4.1结型场效应管4.2金属-氧化物-半导体场效应管4.3场效应管放大电路4.4各种放大器件电路性能比较4场效应管放大电路4.1结型场效应管4场效应管放大电路晶体管工作在放大区时，输入回路PN结正偏，输入阻抗小，且是一个电流控制的有源器件。场效应管也是一种具有PN结的正向受控作用的有源器件，它是利用电场效应来控制输出电流的大小，其输入端PN结一般工作于反偏状态或绝缘状态。输入电阻很高。场效应管根据结构不同分为两大类：结型场效应管(JFET)输入阻抗9610~10绝缘栅场效应管(IGFET)输入阻抗141210~10在IGFET中又有多种类型，目前应用最广泛的是以二氧化硅2OSi为绝缘层的场效应管，称为金属－氧化物－半导体场效应管(MOSFET,Metal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistor)。4.1结型场效应管N沟道P沟道增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道（耗尽型）FET场效应管JFET结型MOSFET绝缘栅型(IGFET)分类：4场效应管放大电路4.1结型场效应管结构工作原理输出特性转移特性主要参数一、JFET的结构和工作原理二、JFET的特性曲线及参数4.1结型场效应管4.1结型场效应管(a)N沟道JFET；(b)P沟道JFET1.结构：N沟道管：电子电导，导电沟道为N型半导体P沟道管：空穴导电，导电沟道为P型半导体一、JFET的结构和工作原理4.1结型场效应管2.工作原理①VGS对沟道的控制作用当VGS＜0时（以N沟道JFET为例）当沟道夹断时，对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP（或VGS(off)）。对于N沟道的JFET，VP0。PN结反偏耗尽层加厚沟道变窄。VGS继续减小，沟道继续变窄4.1结型场效应管②VDS对沟道的控制作用当VGS=0时，VDSID当VDS增加到使VGD=VP时，在紧靠漏极处出现预夹断。G、D间PN结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。此时VDS夹断区延长沟道电阻ID基本不变③VGS和VDS同时作用时当VPVGS0时，导电沟道更容易夹断，对于同样的VDS，ID的值比VGS=0时的值要小。VGD=VGS-VDS=VP在预夹断处（以N沟道JFET为例）2.工作原理4.1结型场效应管综上分析可知•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。•JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因此iG0，输入电阻很高。const.DSDGS)(vvfi1.转移特性const.GSDDS)(vvfi)0()1(GSP2PGSDSSDvVVvIiVP2.输出特性4.1结型场效应管二、JFET的特性曲线及参数4.1结型场效应管1)恒流区输出特性输出特性曲线表达以UGS为参变量时iD与uDS的关系。根据特性曲线的各部分特征,分为四个区域：恒流区相当于双极型晶体管的放大区。其主要特征为：uGS对iD的控制能力很强，uDS的变化对iD影响很小。2）可变电阻区与双极型晶体管不同，在JFET中，栅源电压uGS对iD上升的斜率影响较大，随着|UGS|增大，曲线斜率变小，说明JFET的输出电阻变大。3）截止区当|UGS||UP|时，沟道被全部夹断，iD=0，故此区为截止区。若利用JFET作为开关，则工作在截止区，即相当于开关打开。4）击穿区随着uDS增大，靠近漏区的PN结反偏电压uDG也随之增大。①夹断电压VP(或VGS(off))：②饱和漏极电流IDSS：③低频跨导gm：DSGSDmVvig时）（当0)1(2GSPPPGSDSSmvVVVvIg或漏极电流约为零时的VGS值。VGS=0时对应的漏极电流。低频跨导反映了vGS对iD的控制作用。gm可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子)。④输出电阻rd：GSDDSdVivr4.1结型场效应管3.主要参数网赚结型场效应管⑤直流输入电阻RGS：对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107Ω。⑧最大漏极功耗PDM⑥最大漏源电压V(BR)DS⑦最大栅源电压V(BR)GS4.2MOSFET一、增强型MOSFET二、耗尽型MOSFET三、各种类型MOS管的符号及特性对比4.2金属-氧化物-半导体场效应管4.2MOSFET1.N沟道增强型MOSFET结构与工作原理（1）结构：N沟道增强型MOS场效应管的结构示意图及符号一、增强型MOSFET4.2MOSFET（2）工作原理：增强型NMOS管在uGS=0时,两个重掺杂的N+源区和漏区之间被P型衬底所隔开,就好像两个背向连接的二极管。这时不论漏极、源极间加何种极性电压,总有一个PN结处于反向偏置,所以漏极、源极之间只有很小的反向电流通过,可以认为增强型NMOS管处于关断状态UGS＞UT时形成导电沟道1.N沟道增强型MOSFET结构与工作原理4.2MOSFET1.N沟道增强型MOSFET结构与工作原理（2）工作原理：uDS增大时增强型MOS管沟道的变化过程(a)uGSUT出现N型沟道(b)uDS较小时iD迅速增大(c)uDS较大出现时iD趋于饱和在正的漏极电源uDS作用下，将有iD产生。把在uDS作用下开始导电的uGS叫做开启电压UT。4.2MOSFET(1)转移特性曲线主要特点如下:当0＜uGS≤UT时,iD=0。尽管uGS＞0,但无栅流。当uGS＞UT时,导电沟道形成,iD＞0。值时的是式中DTGSDTGSTGSDDiVuIVuVuIi2)()1(0202.N沟道增强型MOS管特性曲线4.2MOSFET分为恒流区、可变电阻区、截止区和击穿区。其特点为：（2）输出特性2.N沟道增强型MOS管特性曲线1)截止区：UGS≤UT，导电沟道未形成，iD=0。2)恒流区：曲线间隔均匀，uGS对iD控制能力强。uDS对iD的控制能力弱，曲线平坦。3)可变电阻区：uGS越大，rDS越小，体现了可变电阻4）击穿区：随着uDS增大，靠近漏区的PN结反偏电压uDG也随之增大。4.2MOSFET1.N沟道耗尽型MOSFET结构与工作原理（1）结构：增强型NMOS管在uGS=0时,管内没有导电沟道。耗尽型则不同,它在uGS=0时就有导电沟道,它的导电沟道是在制造过程中就形成了的。N沟道耗尽型MOS管的结构示意图及符号二、耗尽型MOSFET4.2MOSFET（2）工作原理：1.N沟道耗尽型MOSFET结构与工作原理由于uGS=0时就存在原始沟道，所以只要此时uDS0，就有漏极电流。如果uGS0,指向衬底的电场加强，沟道变宽，漏极电流iD将会增大。反之，若uGS0，则栅压产生的电场与正离子产生的自建电场方向相反，总电场减弱，沟道变窄，沟道电阻变大，iD减小。当uGS继续变负，等于某一阈值电压时，沟道将全部消失，iD=0，管子进入截止状态。4.2MOSFET2.N沟道耗尽型MOS管特性曲线(1)转移特性曲线（2）输出特性N沟道耗尽型MOSFET管的电流方程与增强型管是一样的，不过其中的开启电压应换成夹断电压UP。经简单变换，耗尽型NMOSFET的电流方程为)0()1(GSP2PGSDSSDvVVvIi4.2MOSFET3.P沟道绝缘栅场效应管(PMOS)PMOS管也有两种:增强型和耗尽型。增强型PMOS管在工作时为了在漏源极之间形成P型沟道,栅源极之间电压uGS必须为负,而且漏源极电压uDS及漏极电流iD也与NMOS管的相反。4.2MOSFET1.各种类型MOS管符号对比三、各种类型MOS管的符号及特性对比4.2MOSFET2.各种类型MOS管特性对比4.2MOSFET2.各种类型MOS管特性对比4.2MOSFET(a)转移特性(b)输出特性2.各种类型MOS管特性对比