场效应晶体管.ppt

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,*,1.4,场效应晶体管,场效应管：,结型,N沟道,P沟道,MOS型,N沟道,P沟道,增强型,耗尽型,增强型,耗尽型,1.4.1 结型场效应管,(Junction Field Effect Transistor),1.结型场效应管,箭头方向表示,栅结,正偏,或正偏时栅极,电流方向N沟道结型场效应管的结构动画,D(Drain):漏极，相当c,G(Gate):栅极，相当b,S(Source):源极，相当,e,2.工作原理,I,D,（1）V,GS,对导电沟道的影响：,V,P,(V,GS(OFF),)：夹断电压,(a)V,GS,=0，V,DS,=0，,I,D,=0,结型场效应管通常工作在,反偏,的条件下N沟道结型场效应管只能工作在,负栅压区,，P沟道的只能工作在,正栅压区,N沟道结型场效应管工作原理：,工作原理,(c)|V,GS,|,=,V,P,，导电沟道被全夹断,(b)0,V,GS,0 ,但,|V,GS,-V,DS,|,|V,P,|,时的漏极电流,当|,v,GS,-v,DS,|,|,v,P,|后，管子工作在恒流区，,v,DS,对,i,D,的影响很小。

实验证明，当|,v,GS,-v,DS,|,|,V,P,|时，,i,D,可近似表示为：,特性,特性2,1.4.2绝缘栅型场效应管,(Insulated Gate Field Effect Transistor),绝缘栅型场效应管IGFET又称金属氧化物场效应管,MOSFET,(Metal Oxide,Semiconductor FET),是,一种利用半导体表面的电场效应，由,感应电荷,的多少改变导电沟道来控制漏极电流的器件,，它的栅极与半导体之间是绝缘的，其电阻可达10,15,增强型：,V,GS,=0时，漏源之间没有导电沟道，,在V,DS,作用下无,i,D,耗尽型：,V,GS,=0时，漏源之间有导电沟道，,在V,DS,作用下有,i,D,1.,N沟道增强型MOSFET,浓度较低的P型硅,SiO,2,薄膜绝缘层,两个高掺杂的N型区,从N型区引出电极,作为D和S,在,绝缘层上镀一层金属铝并,引出一个电极作为G,D(Drain):漏极，相当c,G(Gate):栅极，相当b,S(Source):源极，相当,e,B(Substrate):衬底,结构动画,(1)结构和符号,(2)工作原理（以N沟道增强型为例）,(a)V,GS,=0时，,漏源之间相当两个背靠背的 二极管，在D、S之间加上电压，,不管V,DS,极性如何，其中总有一个PN结反向，所以不存在导电沟道。

V,GS,=0，I,D,=0,V,GS,必须大于0,管子才能工作栅源电压,V,GS,的控制作用,栅源电压,V,GS,的控制作用动画,栅源电压,V,GS,的控制作用,（b）当栅极加有电压时，若,0,V,GS,V,T,（,V,T,称为开启电,压,),0,V,GS,V,T,，,I,D,=0,栅源电压,V,GS,的控制作用动画,栅源电压,V,GS,的控制作用,(c),进一步增加,V,GS，,当,V,GS,V,T,时，,V,GS,0,g,吸引电子反型层导电沟道,V,GS,反型层变厚,V,DS,I,D,栅源电压,V,GS,的控制作用动画,漏源电压,V,DS,对漏极电流,I,D,的控制作用,（a）如果,V,GS,V,T,且固定为某一值，,沟道变化；,V,DS,I,D,漏源电压,V,DS,对漏极电流,I,D,的影响,漏源电压,V,DS,对沟道的影响动画,漏源电压,V,DS,对漏极电流,I,D,的控制作用,（b）当,V,DS,增加到使,V,GD,=,V,T,时，沟道如图所示，,靠近漏极的沟道被夹断，,称为,预夹断,漏源电压,V,DS,对沟道的影响动画,漏源电压,V,DS,对漏极电流,I,D,的控制作用,V,DS,I,D,不变,（c）当,V,DS,增加到,V,GD,V,T,时，沟道如图所示。

此时预夹断区域加长，向S极延伸V,DS,增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，,I,D,基本趋于不变,漏源电压,V,DS,对沟道的影响动画,I,D,=,f,(,V,GS,),V,DS,=const,转移特性曲线,i,D,v,GS,/V,I,D,=,f,(,V,DS,),V,GS,=const,输出特性曲线,v,DS,/V,i,D,(3)特性曲线（以N沟道增强型为例）,转移特性曲线的斜率,g,m,的大小反映了栅源电压,V,GS,对漏极电流,I,D,的控制作用g,m,的量纲为mA/V，称为,跨导,g,m,=,I,D,/,V,GS,V,DS,=const,输出特性曲线,v,DS,/V,i,D,(1)截止区（夹断区）,V,GS,|V,P,|,时的漏,极电流耗尽）,(4),直流输入电阻R,gs,：,在V,DS,=0时，栅源间直流电压与栅极直流电流的比值,2.交流参数,(1),低频跨导,g,m,：,表示,v,GS,对,i,D,的控制作用在转移特性曲线上，,g,m,是曲线在某点上的斜率，也可由,i,D,的表达式求导得出，单位为 S 或 mS2)输出电阻r,ds,：,表示V,DS,对,i,D,的影响,它是输出特性曲线上工作点处斜率的倒数。

3)极间电容,：,漏源电容C,DS,约为 0.11pF，栅源电容C,GS,和栅,漏极电容C,GD,约为13pF3.极限参数,(1)最大漏极电流 I,DM,(3)漏源击穿电压 V,(BR)DS,栅源击穿电压 V,(BR)GS,(2)最大漏极耗散功率 P,DM,1.4.4场效应管与双极型三极管的比较及使用注意事项,双极型三极管,场效应三极管,结构,NPN型,PNP型,结型耗尽型 N沟道 P沟道,绝缘栅增强型 N沟道 P沟道,绝缘栅耗尽型 N沟道 P沟道,C与E一般不可倒置使用,D与S可倒置使用,载流子,多子扩散少子漂移,多子漂移,控制,电流控制电流源CCCS(,),电压控制电流源VCCS(,g,m,),噪声,较大,较小,温度特性,受温度影响较大,较小，可有零温度系数点,输入电阻,几十到几千欧姆,几兆欧姆以上,静电影响,不受静电影响,易受静电影响,集成工艺,不易大规模集成,适宜大规模和超大规模集成,2.5 场效应管放大电路,场效应管的小信号模型,共源极放大电路,共漏极放大电路,共栅组态基本放大电路,2.5.1场效应管的小信号模型,一般r,ds,很大，可忽略，得简化小信号模型:,2.5.2 共源极放大电路,以NMOS增强型场效应管为例,三极管与场效应管三种组态对照表：,1 电路组成,比较共源和共射放大电路，它们只是在偏置电路和受控源的类型上有所不同。

只要将微变等效电路画出，就是一个解电路的问题了,图中,R,g1,、,R,g2,是栅极偏置电阻，,R,s,是源极电阻，,R,d,是漏极负载电阻与共射基本放大电路的,R,b1,、,R,b2,，,R,e,和,R,c,分别一一对应2 静态工作点的确定,（估算法）,直流通路,静态工作点(估算法）：,V,G,=,V,DD,R,g2,/(,R,g1,+R,g2,),V,GS,=,V,G,V,S,=,V,G,I,D,R,I,D,=,I,DSS,1(,V,GS,/V,P,),2,V,DS,=,V,DD,I,D,(,R,d,+R,),解出,V,GS,、,I,D,和,V,DS,3 动态参数分析,微变等效电路,2.5.3 共漏极放大电路,直流分析,V,G,=,V,DD,R,g2,/(,R,g1,+R,g2,),V,GS,=,V,G,V,S,=,V,G,I,D,R,I,D,=,I,DSS,1(,V,GS,/V,P,),2,V,DS,=,V,DD,I,D,R,由此可以解出,V,GS,、,I,D,和,V,DS,与三极管共集电极电路对应,直流通路：,Rg的作用？,交流分析,输出电阻,2.5.4 共栅极放大电路,R,o,R,d,例题1 共源,已知：,g,m,=0.3mA/V,I,DSS,=3mA,V,P,=-2V,解：静态分析：,V,GS,=-RI,D,I,D,=,I,DSS,1(,V,GS,/V,P,),2,代入参数得：,3I,D,2,-7I,D,+3=0,I,D,=0.57mA I,D,=1.77mA,V,GS,=-1.14V V,DS,=V,DD,-I,D,(R,d,+R)=8.31V,+v,i,-,C,1,0.01u,Q,R,g,10M,R,2K,R,d,15K,R,L,18K,C,2,0.1u,C,3,10u,V,DD,18V,+v,o,-,（不合理，舍去）,例题1解,动态分析：,R,i,=R,g,=10M,R,o,=R,d,=15K,。