模拟电子技术 第3章

3,场效应晶体管及其放大电路,三极管的主要特点：,1.,电流控制型器件。,2.,输入电流大，输入电阻小。,3.,多数与少数载流子都参与导电，又称为,双极型晶体管,，简称,BJT,（,Bipolar Junction Transistor),。,场效应管，简称,FET,(,Field Effect Transistor,),，,其主要特点：,(a),输入电阻高，可达,10,7,10,15,W,。,(b),起导电作用的是多数载流子，又称为,单极型晶体管,。,(c),体积小、重量轻、耗电省、寿命长。,(d),噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单。,(e),在大规模集成电路制造中得到了广泛的应用。,1.,结型场效应管，简称,JFET,(,Junction Field Effect Transistor,),场效应管按结构可分为：,场效应管的类型：,2.,绝缘栅型场效应管，简称,IGFET,(,Isolated Gate Field Effect Transistor,),3.2,绝缘栅型场效应管,N,沟道,IGFET,耗尽型,增强型,P,沟道,N,沟道,P,沟道,绝缘栅型场效应管的类别,3.2.1,增强型绝缘栅场效应管,1.,结构示意图,g,s,d,N,+,N,+,SiO,2,保护层,Al,b,P,P,N,+,S,G,D,N,+,以,P,型半导体作衬底,形成两个,PN,结,SiO,2,保护层,引出两个电极,引出两个电极,引出栅极,Al,从衬底引出电极,P,N,+,S,G,D,N,+,SiO,2,保护层,Al,故又称为,MOS,管,管子组成：,a.,金属,（,M,etal),b.,氧化物,(,O,xide),c.,半导体,(,S,emiconductor),2.,工作原理,电路连接图,P,N,+,S,G,D,N,+,+,+,(1),u,GS,=0,u,DS,0,源极和漏极之间始终有一个,PN,结反偏，,i,D,=0,P,N,+,S,G,N,+,i,D,=0,D,+,+,P,N,+,S,G,N,+,i,D,=0,D,+,+,2,u,GS,0,u,DS,=0,产生垂直向下的电场,P,N,+,S,G,N,+,i,D,=0,D,+,+,电场排斥空穴,形成耗尽层,吸引电子,P,N,+,S,G,N,+,i,D,=0,D,+,+,形成导电沟道,当,u,GS,=,U,GS(th,),时,出现反型层,P,N,+,S,G,N,+,i,D,=0,D,+,+,U,GS(th,),开启电压,N,沟道增强型,MOS,管，简称,NMOS,N,沟道,P,N,+,S,G,N,+,i,D,0,D,+,+,3,当,u,GS,U,GS(th,）,u,DS,0,时,.,u,DS,(b),沿沟道有电位梯度,(a),漏极电流,i,D,0,u,DS,增大,，,i,D,增大。,P,N,+,S,G,N,+,i,D,0,D,+,+,u,DS,(b),沿沟道有电位梯度,3,当,u,GS,U,GS(th,）,u,DS,0,时,.,(c),不同点的电场强度,不同,左高右低,(a),漏极电流,i,D,0,u,DS,增大,，,i,D,增大。,P,N,+,S,G,N,+,i,D,0,D,+,+,u,DS,(d),沟道反型层呈,楔形,(b),沿沟道有电位梯度,3,当,u,GS,U,GS(th,）,u,DS,0,时,.,(c),不同点的电场强度,不同,左高右低,(a),漏极电流,i,D,0,u,DS,增大,，,i,D,增大。,a,.,u,DS,升高,沟道变窄,P,N,+,S,G,N,+,i,D,0,D,+,+,u,DS,反型层变窄,b,.,当,u,GD,=,u,GS,-,u,DS,=,U,GS(th,）,时,P,N,+,S,G,N,+,i,D,0,D,+,+,u,DS,沟道在漏极端夹断,(b),管子预夹断,(a),i,D,达到最大值,c,.,当,u,DS,进一步增大,(a),i,D,达到最大值且恒定,P,N,+,S,G,N,+,i,D,0,D,+,+,u,DS,P,N,+,S,G,N,+,D,+,+,u,DS,沟道夹断区延长,(b),管子进入恒流区,2,伏安特性与参数,a,输出特性,可,变,电,阻,区,放大区,截止区,输出特性曲线,2,4,0,6,10,20,(1),可变电阻区,a.,u,DS,较小，沟道尚未夹断,b.,u,DS,u,GS,-|,U,GS(th,),|,c,.,管子相当于受,u,GS,控制的,压控电阻,各区的特点：,可,变,电,阻,区,2,4,0,6,10,20,(2),放大区,(,饱和区、恒流区,),a.,沟道予夹断,c,.,i,D,几乎与,u,DS,无关,d.,i,D,只受,u,GS,的控制,b.,u,DS,u,GS,-|,U,GS(th,),|,放大区,2,4,0,6,10,20,截止区,a.,u,GS,U,GS(th,),(3),截止区,b.,无沟道完全夹断,c.,i,D,=,0,2,4,0,6,10,20,管子工作于放大区时函数表达式,b,转移特性曲线,式中，,K,为与管子有关的参数,0,转移特性曲线,3.2.2,耗尽型,MOS,管,1.,MOS,管,结构示意图,s,g,d,N,+,N,+,SiO,2,Al,b,耗尽层,（导电沟道）,反型层,P,绝缘层中渗入了正离子,P,N,+,S,G,D,N,+,出现反型层,形成导电沟道,导电沟道增宽,a.,导电沟道变窄,b.,耗尽型,MOS,管可以在,u,GS,为正或负下,工作。,P,N,+,S,G,D,N,+,+,2,伏安特性与参数,2,4,0,6,10,20,可,变,电,阻,区,放大区,截止区,a,输出特性曲线,b,转移特性曲线,函数表达式,转移特性曲线,0,工作于放大区时,增强型与耗尽型管子的区别：,耗尽型,：,增强型：,当 时，,当 时，,MOSFET,符号,增强型,耗尽型,G,S,D,S,G,D,P,沟道,G,S,D,N,沟道,G,S,D,