模电课件12第四章场效应管.ppt

双极型晶体管BJT：输入电阻rbe小，电流控制器件,场效应管,输入电阻高、内部噪声小、耗电省、热稳定性好、抗辐射能力强、制造工艺简单、易于实现集成化、工作频率高,电压控制器件,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,4-4MOS模拟集成电路基础,场效应管（FET）：,是一种具有PN结的有源半导体器件，利用电场效应来控制输出电流的大小。,场效应管的特点：,输入电阻高；,内部噪声小；,功耗低；,热稳定性及抗辐射能力强；,工艺简单、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FET（JFET）：,MOSFET（IGFET）：,N沟道、P沟道,增强型：,耗尽型：,N沟道、P沟道,N沟道、P沟道,4.1结型场效应管（JFET）,一、JFET的结构和符号,#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。,G,N沟道JFET的结构和符号,栅极,漏极,源极,B,P沟道JFET,C,E,B,C,E,二、JFET的工作原理,N沟道JFET工作时，必须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。,主要讨论uGS对iD的控制作用以及uDS对iD的影响。,电子,iD,uGS,uDS,输入电阻很高,只有一种类型的多数载流子参与导电,1、UGS对iD对控制作用,UDS=0，uGS对导电沟道的影响,uGS=0,导电沟道较宽,|uGS|=|UGS(off)|,|uGS|UGS(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。,UGS(off)夹断电压。,当uGS由零向负值增大时,沟道电阻rDS,|uGS|,当|uGS|=UGS（off）时，沟道夹断，iD=0。,沟道电阻rDS,iD,夹断电压,耗尽层合拢的电压条件,PN结两端电压=夹断电压UGS(off),A点电压=uDG=UGS(off),=uDS-uGS,uDS=uGS-UGS(off),uDSuGS-UGS(off),耗尽层合拢的电压条件,耗尽层不合拢的电压条件,uGS夹断电压UGS(off),uDS对iD的影响,uGS=0；,导电沟道较宽；,当uDS较小时(uDSuGS-UGS(off),uDS,夹断区长度,外电压的增量主要降落在夹断区上。,iD基本不随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，iD急剧增大。,uGS=0,若uDSBUDS，。,uDS,uDS,uDSuGS-UGS(off),夹断区长度,iD基本不随uDS的增加而上升，iD趋于饱和。,uDS,在强电场作用下PN结雪崩击穿，iD急剧增大。,uGS=0V,uGS=-4V,uGS=-8V,uGD=uGS-uDS=UGS(off),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栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因此iG0，输入电阻很高。,JFET是电压控制电流器件，iD受uGS控制。,预夹断前iD与uDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。,|uGS|UGS(off)|,UGS(off)夹断电压。,|uGS|,当|uGS|=UGS（off）时，沟道夹断，iD=0。,沟道电阻rDS,iD,复习,uDS,uDSuGS-UGS(off),夹断区长度,iD基本不随uDS的增加而上升，iD趋于饱和。,uDS,在强电场作用下PN结雪崩击穿，iD急剧增大。,uGS=0V,uGS=-4V,uGS=-8V,uGD=uGS-uDS=UGS(off),三、JFET的特性曲线及参数,1.输出特性,可变电阻区,恒流区,击穿区,uGSrds,恒流区（饱和区）,击穿区,截止区（全夹断区）,uDS=uGS-UGS(off),uGS,可变电阻区,JFET正常放大作用区域,线性放大区,BUDS,P140表41N沟道JFET各工作区的条件,uGSUGS(off),uDSuGS-UGS(off),2.转移特性,0,(当UGS(off)UGS(off),可变电阻区,预夹断,恒流区,uDSBUDS,击穿区,例41设N沟道JFET的UGS（off）=-4V，试分析图中的JFET各工作在哪个区?,10V,-5V,7V,-3V,解：图(a)：uDS,图(a),uGS,=10V为正极性,=-5V,uGSUGS（off）所以导电沟道存在。,又知uDS=7V，uGS-UGS（off）=1V，满足uDSuGS-UGS（off）所以漏端的沟道已被部分夹断，,图(b)的JFET工作在恒流区(放大区),0.5V,图(c),uGS=0V，满足uGSUGS（off），所以导电沟道存在,又因为uDS=05V，uGS-UGS（off）=4V，满足uDS0,uGS,uGS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UGS（th）,uGSuGS(th),uGS,导电沟道,uGB,rDS,(2)iD和导电沟道随uGS和uDS的变化,uGS=常数UGS（th）,电位,SD,低高,宽窄,SD,有导电沟道的条件,uGDUGS（th）,uGD=uGS-uDS,UGS（th）,uDSuGS-UGS（th）,uDS,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基本维持不变。,iD几乎不变略有增大,uDS,反向击穿,uGS-uDSuGS(th),导电沟道,uGS,rDS,iD,预夹断曲线,uDS=uGS-UGS（th）,uGS=UGS(off),uGS=UGS(th),三、E型NMOSFET的输出特性曲线,1.输出特性,iD,uDS,0,5,4,3,2,可变电阻区,恒流区,击穿区,uGSrds,恒流区（饱和区）,击穿区,截止区（全夹断区）,uDS=uGS-UGS(th),uGS,可变电阻区,MOSFET正常放大作用区域,线性放大区,BUDS,uGSUGS(th),uDSuGS-UGS(th),UGS(th),P145表42,2.转移特性,2,3,4,5,转移特性曲线,E型NMOSFET,(当UGS(off)uGSUGS(th),可变电阻区,预夹断,恒流区,uDSBUDS,击穿区,uGS=3VUGS（th）=2V,uDS=05V，uGS-UGS（th）=1V,满足uDSuGS-UGS（th）,N沟道MOSFET工作在可变电阻区,作业：P1664.3,二、N沟道耗尽型MOS管,1、结构和符号,uGS,uGS,导电沟道,UGS(off)夹断电压,3输出特性曲线,uGS=0.2V,uGS=0.1V,uGS=0V,uGS=-0.2V,uGS=UGS(off),预夹断曲线,uDS=uGS-UGS（off）,2.转移特性,E型NMOSFET,D型NMOSFET,P沟道MOSFET，除了外加电压极性和漏极电流方向与N沟道MOSFET相反外工作原理完全相同,UGS（off）,UGS（th）,JFET,耗尽型MOST,增强型MOST,UGS（off）,UGS（th）,JFET,耗尽型MOST,增强型MOST,(a)N沟道FET,(b)P沟道FET,复习1,复习2,一、N沟道增强型MOSFET,