场效应晶体管及其放大电路

上页,下页,返回,模拟电子技术基础,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MOS管,g,s,d,N,+,N,+,SiO,2,保护层,Al,b,P,结构示意图,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,两边扩散两个高浓度的N区,SiO,2,保护层,P,N,+,s,g,d,N,+,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),1.,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,g,+,+,电场排斥空穴,吸引电子,形成耗尽层,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,+,+,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)绝缘层内不同点的电场强度,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,增强型,NMOS,管工作原理动画演示,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,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)沟道预夹断,(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),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。,O,转移特性曲线,例 图示为某一增强型,NMOS,管的转移特性。试求其相应的常数,K,值。,解,由图可知，该管的,U,GS（th）,=2 V,当,U,GS,=8 V 时，,I,D,=2 mA,故,0,2,4,6,8,1,2,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,d,N,+,出现反型层,形成导电沟道,g,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,d,N,+,+,g,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,O,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,JFET,符号,N沟道,P沟道,场效应管的特点（与双极型晶体管比较）,(1),场效应管是一种电压控制器件，即通过,u,GS,来控,制,i,D,；,双极型,晶体,管是一种电流控制器件，即通过,i,B,来控制,i,C,。,(2),场效应管的输入端电流几乎为零，输入电阻非常,高;,双极型,晶体,管的发射结始终处于正向偏置，有一定,的输入电流，基极与发射极间的输入电阻较小。,(3),场效应管是利用多数（一种极性）载流子导电的;,在双极型,晶体,管中二种极性的载流子（电子和空穴）同时参与了导电。,(4),场效应管具有噪声小、受辐射的影响小、热稳定,性较好，且存在零温度系数工作点。,(5),场效应管的结构对称，有时（除了源极和衬底,在,制造时已连在一起的MOS管）,漏极和源极可以,互换使用，且各项指标基本不受影响，使用方便、,灵活。,(6),场效应管制造工艺简单，有利于大规模集成。,每个,MOS场效应管在硅片上所占的面积只有双极,性晶体管5%。,场效应管的跨导小，当组成放大电路时，在相,同的负载电阻下，电压放大倍数比双极性,晶体,管,低。,(8)由于MOS,管的输入电阻高，由外界感应产生的电,荷不易泄露，而栅极上的绝缘层又很薄，这将在,栅极上产生很高的电场强度，以致引起绝缘层的,击穿而损坏管子。,2.绝缘栅场效应管的栅极为什么不能开路？,思 考 题,1.与双极型晶体管相比，场效应管主要有哪些特点？,