3-场效应管资料

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,双极型晶体管BJT：输入电阻rbe小，电流把握器件,NPN,PNP,场效应管,输入电阻高、内部噪声小、耗电省、热稳定性好、抗辐射力气强、制造工艺简洁、易于实现集成化、工作频率高,电压把握器件,第四章 场效应管及MOS模拟集成电路基础,4-1 结型场效应管JFET,4-2 金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET,4-3 场效应管放大电路,4-4 MOS模拟集成电路根底,场效应管FET：,是一种具有PN结的有源半导体器件，利用电场效应来把握输出电流的大小。,场效应管的特点：,输入电阻高；,内部噪声小；,功耗低；,热稳定性及抗辐射力气强；,工艺简洁、易于集成化。,输入端PN结一般工作反偏或绝缘状态。,场效应管的分类：,结型FETJFET：,MOSFETIGFET：,N沟道、P沟道,增加型：,耗尽型：,N沟道、P沟道,N沟道、P沟道,N,4.1 结型场效应管JFET,4.1 结型场效应管,一、JFET的构造和符号,#符号中的箭头方向表示什么？,表示栅结正向偏置时，电流方向是由P指向N。,P,P,+,P,+,D,S,G,D,G,S,N沟道JFET 的构造和符号,栅极,漏极,源极,NPN,B,I,B,D,G,S,P沟道JFET,N,+,N,+,C,E,B,C,E,PNP,I,B,B,C,E,B,C,E,二、JFET的工作原理,N沟道JFET工作时，必需在栅极和源极之间加一个负电压uGS0,N沟道中的多子电子由S向D运动，形成漏极电流iD。,i,D,i,G,主要争论uGS对iD的把握作用以及uDS对iD的影响。,电子,i,D,u,GS,u,DS,输入电阻很高,只有一种类型的多数载流子参与导电,G,N,P,+,P,+,D,S,1、UGS对iD对把握作用,U,DS,=0，,u,GS,对导电沟道的影响,G,N,P,+,P,+,D,S,u,GS,=0,导电沟道较宽,|u,GS,|=|,U,GS(off),|,|u,GS,|,U,GS(off),|,导电沟道由于耗尽层的加宽而变窄。,导电沟道由于耗尽层的合拢而被夹断。,G,N,P,+,P,+,D,S,U,GS(off),夹断电压。,当,u,GS,由零向负值增大时,沟道电阻,r,DS,|,u,GS,|,当|uGS|=UGSoff时，沟道夹断，iD=0。,沟道电阻,r,DS,i,D,夹断电压,耗尽层合拢的电压条件,PN结两端电压=夹断电压U,GS(off),G,D,S,N,u,DS,u,GS,P,+,P,+,A,A点电压=,u,DG,=,U,GS(off),=,u,DS,-,u,GS,u,DS,=,u,GS,-,U,GS(off),u,DS,u,GS,-,U,GS(off),耗尽层合拢的电压条件,耗尽层,不,合拢的电压条件,u,GS,夹断电压,U,GS(off),G,D,S,N,u,DS,对,i,D,的影响,u,GS,=0,；,导电沟道较宽；,当,u,DS,较小时(,u,DS,u,GS,-,U,GS(off),),，,i,D,随,u,DS,的增大成正比增大；,u,DS,i,D,0,u,DS,导电沟道由于DS间的电位梯度呈契形；,u,DS,u,DS,u,GS,-,U,GS(off),G,P,+,P,+,D,S,N,u,DS,夹断区长度,外电压的增量主要降落在夹断区上。,u,DS,=,u,GS,-,U,GS(off),沟道预夹断时，,u,GS,=0,u,DS,=,-,U,GS(off),饱和漏电流,u,DS,i,D,0,|,U,GS(off),|,I,DSS,u,GS,=0,r,DS,大,1k,1V,i=1mA,4V,3k,i=1mA,1V,4V,V,u,DS,对,i,D,的影响,G,P,+,P,+,D,S,N,u,DS,=,u,GS,-,U,GS(off),沟道预夹断时，,u,GS,=0,u,DS,=,-,U,GS(off),沟道预夹断后，,u,DS,u,GS,-,U,GS(off),u,DS,夹断区长度,外电压的增量主要降落在夹断区上。,iD根本不随uDS的增加而上升，iD趋于饱和。,在强电场作用下PN结雪崩击穿，,i,D,急剧增大。,饱和漏电流,u,DS,i,D,0,|,U,GS(off),|,I,DSS,u,GS,=0,假设uDS BUDS，。,u,DS,G,D,S,N,u,DS,u,DS,u,GS,-,U,GS(off),夹断区长度,iD根本不随uDS的增加而上升，iD趋于饱和。,u,DS,在强电场作用下PN结雪崩击穿，,i,D,急剧增大。,u,GS,=0V,u,GS,=-4V,u,GS,=-8V,u,GD,=,u,GS,-,u,DS,=,U,GS(off),综上分析可知：,4.1 结型场效应管,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。,|,U,GS(off),|,I,DSS,u,DS,i,D,0,u,GS,=-4V,u,GS,=-8V,JFET,栅极与沟道间的,PN,结是反向偏置的，因此,i,G,0,，,输入电阻很高。,JFET是电压把握电流器件，iD受uGS把握。,预夹断前,i,D,与,u,DS,呈近似线性关系；预夹断后，,i,D,趋于饱和。,u,GS,G,N,P,+,P,+,D,S,i,D,i,G,电子,i,D,u,DS,N,G,N,N,+,N,+,D,S,i,D,i,G,空穴,i,D,u,GS,u,DS,P,G,N,P,+,P,+,D,S,|u,GS,|,U,GS(off),|,G,N,P,+,P,+,D,S,U,GS(off),夹断电压。,|,u,GS,|,当|uGS|=UGSoff时，沟道夹断，iD=0。,沟道电阻,r,DS,i,D,复习,G,D,S,N,u,DS,u,DS,u,GS,-,U,GS(off),夹断区长度,iD根本不随uDS的增加而上升，iD趋于饱和。,u,DS,在强电场作用下PN结雪崩击穿，,i,D,急剧增大。,u,GS,=0V,u,GS,=-4V,u,GS,=-8V,u,GD,=,u,GS,-,u,DS,=,U,GS(off),4.1 结型场效应管,三、JFET的特性曲线及参数,1.输出特性,i,D,u,DS,0,0,-,4,-,1,-,2,-,3,I,DSS,可变电,阻区,恒流区,击,穿,区,截止区,u,GS,r,ds,恒流区饱和区,击穿区,截止区,全夹断区,u,DS,=,u,GS,-,U,GS(off),u,GS,可变电阻区,G,N,P,+,P,+,D,S,JFET正常放大作用,区域,线性放大区,B,U,DS,P140,表,4,1 N,沟道,JFET,各工作区的条件,u,GS,U,GS(off),u,DS,u,GS,-,U,GS(off),2.转移特性,0,(当,U,GS(off),u,GS,|UGS(off)|10V时的漏极电流。,I,DSS,是JFET能输出的最大电流。,饱和漏电流,I,DSS,|,U,GS(off),|,u,DS,i,D,0,u,GS,=0V,u,GS,=-4V,u,GS,=-8V,u,GD,=,u,GS,-,u,DS,=,U,GS(off),u,DS,=,u,GS,-,U,GS(off),G,N,P,+,P,+,D,S,3直流输入电阻RGS：,在漏源间短路的状况下，栅源间加确定的反偏电压时的栅源直流电阻。,4输出电阻rd：,反映了漏源电压对漏极电流的影响。,在恒流区，iD随uDS转变很小，所以rd的数值很大，在几十千欧到几百千欧之间。,G,D,S,N,u,GS,i,D,P,+,P,+,u,DS,|,U,GS(off),|,u,DS,i,D,0,u,GS,=0V,u,GS,=-4V,u,GS,=-8V,恒流区,5低频跨导gm：,u,DS,为常数时，漏极电流的微变量与引起这个变化的栅源电压的微变量的比。,反映了栅源电压对漏极电流的把握力气，,g,m,可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子)。,GS,off,GS,GS,DSS,m,du,U,u,I,d,g,1,2,),(,-,=,),(,),(,1,2,off,GS,off,GS,GS,DSS,U,U,u,I,-,=,7最大栅源电压BUGS：,输入栅源间PN结的反向电流开头急剧增加的uGS值。,8最大耗散功率PDM：,JFET,的瞬时耗散功率等于,u,DS,和,i,D,的乘积，即,p,D,u,DS,i,D,6最大漏源电压BUDS：,发生雪崩击穿，iD开头急剧上升时的uDS值。,I,DSS,越负，B,U,DS,越小。,1、转移特性曲线：,ID=f UGS|UDS=常数,I,D,(mA),U,GS,(V),0,U,GS(off),I,DSS,三、特性曲线,2、漏极特性曲线：,ID=f UDS|UGS=常数,恒流区,击,穿,区,截止区,线性放大区,i,D,u,DS,0,0,-,4,-,1,-,2,-,3,I,DSS,u,GS,B,U,DS,可变电阻区,放大区,击,穿,区,线性放大区,u,CE,i,C,0,i,B,饱和区,截止区,3、漏极特性、转移特性曲线间的联系,I,D,U,DS,0,0,-,5,-,7,-,2,-,3,-,4,-6 -4 -2 0,U,GS,I,D,I,DSS,恒流区,击,穿,区,截止区,线性放大区,i,D,u,DS,0,0,-,4,-,1,-,2,-,3,I,DSS,u,GS,B,U,DS,可变电阻区,推断N沟道JFET工作区,u,GS,当,u,DS,u,DS,=,u,GS,-,U,GS(off),u,DS,u,GS,-,U,GS(off),u,GS,U,GS(off),截止区,u,GS,U,GS(off),可变电阻区,预夹断,恒流区,u,DS,BU,DS,击穿区,例41 设N沟道JFET的UGSoff=-4V，试分析图中的JFET各工作在哪个区?,D,G,S,10V,-5V,D,G,S,7V,-3V,解：图,(a),：,u,DS,图,(a),u,GS,=10V,为正极性,=,-,5V,uGS UGSoff 所以导电沟道存在。,又知uDS=7V，uGS-UGSoff=1V，满足uDSuGS-UGSoff所以漏端的沟道已被局部夹断，,图,(b),的,JFET,工作在恒流区,(,放大区,),D,G,S,0.5V,图,(c),uGS=0V，满足uGS UGSoff，所以导电沟道存在,又由于uDS=05V，uGS-UGSoff=4V，满足uDS0,u,GS,u,GS,增大到某一个值时,反型层,反型层是,N,型半导体层,开启电压UGSth,uGS,u,GS(th),u,GS,导电沟道,u,GB,r,DS,(2),i,D,和导电沟道随,u,GS,和,u,DS,的变化,N,+,P 型衬底,G,B,N,+,S,D,u,GS,u,DS,uGS=常数UGSth,电位,S D,低高,宽,窄,S D,有导电沟道的条件,uGD UGSth,u,GD,=,u,GS,-,u,DS,UGSth,uDS uGS-UGSth,u,DS,预夹断后uDS几乎都降落在夹断区上，而未夹断沟道中的电压根本维持不变。,i,D,几乎不变略有增大,u,DS,反向击穿,S,D,u,DS,uGS-uDS,u,GS(th),N,+,P 型衬底,G,B,N,+,S,D,u,GS,导电沟道,u,GS,r,DS,u,DS,i,D,预夹断曲线,uDS=uGS-UGSth,u,DS,=,u,GS,-,U,GS(off),u,GS,i,D,u,DS,0,0,-,4,-,1,-,2,-,3,u,GS,=,U,GS(off),u,GS,=,U,GS(th),4.1 结型场效应管,三、,E,型,N MOSFET,的输出特性曲线,1.输出特性,i,D,u,DS,0,5,4,3,2,可变电,阻区,恒流区,击,穿,区,截止区,u,GS,r,ds,恒流区饱和区,击穿区,截止区,全夹断区,u,DS,=,u,GS,-,U,GS(th),u,GS,可变电阻区,MOSFET,正常放大作用,区域,线性放大区,B,U,DS,u,GS