场效应管及基本放大电路李林

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1、第五章场效应管及基本放大电路MOS场效应管结型场效应管场效应管的主要参数和微变等效电路场效应管基本放大电路第一节第二节第三节第四节第一节MOS场效应极管场效应管：是仅由一种载流子参与导电的半导体器件，是以输入电压控制输出电流的的半导体器件。1.根据载流子来划分：N沟道器件：电子作为载流子的。P沟道器件：空穴作为载流子的。2.根据结构来划分：结型场效应管JFET：绝缘栅型场效应管IGFET：(一)增强型MOSFET结构N沟道增强型MOSFET的结构如图：D为漏极，相当C；G为栅极，相当B；S为源极，相当E。一、N沟道增强型MOS场效应管的工作原理绝缘栅型

2、场效应管MOSFET分为：增强型N沟道、P沟道耗尽型N沟道、P沟道N沟道增强型MOSFET结构示意图栅压为零时有沟道栅压为零时无沟道P型硅作衬底浓度较低引出电极B在P型衬底上生成SiO2薄膜绝缘层引出电极G极用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出电极：S极和D极由于BS短接,G与衬底B间产生电场，电子被正极板吸引,空穴被排斥，出现了一薄层负离子的耗尽层。耗尽层中的少子——电子，将向表层运动，但数量有限，不足以形成沟道，所以仍不能形成漏极电流ID。1．栅源电压UGS的控制作用漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压不会在D、S间形

3、成电流。即:ID=0（二）工作原理(1).当UGS=0V时:(2).0＜UGS＜UT时:(3).当UGS=UT:(UT称为开启电压)1.在UGS=0V时ID=0;2.只有当UGS＞UT后才会出现漏极电流，这种MOS管称为增强型MOS管。出现反型层,与N形成一体,形成导电沟道;当UDS＞0时:D沟道S之间形成漏极电流。(4).当UGS＞UT:(UT称为开启电压)随着UGS的继续增加，沟道加厚，沟道电阻，ID将不断（续）工作原理结论(1).转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。(2).gm的量纲为mA/V，所以gm也称为跨

4、导。跨导的定义式如下：图03.14转移特性曲线gm=ID/UGSUDS=const(单位mA/V)（三）特性曲线UGS对ID的控制关系可用如下曲线描述，称为转移特性曲线ID=f(UGS)UDS=const1.转移特性曲线如图：(1).UGS0随UGS沟道加厚沟道电阻IDUDS正向减小，曲线右移，但UDS不同的曲线差别很小在恒流区转移特性曲线中ID与UDS的关系为：ID=K(UGS-UT)2;式中K为导电因子ID=(UGS-UT)2nCOXW/2L

5、短沟道时：ID=K(UGS-UT)2(1+UDS)且UGS固定为某一很小值时：UDS与漏极电流ID之间呈线性关系。图03.15(a)漏源电压UDS对沟道的影响(动画2-5)2．输出特性曲线此时有如下关系:（1）可变电阻区UGS＞UT:反映了漏源电压UDS对漏极电流ID的控制作用：ID=f(UDS)UGS=constID=K(UGS-UT)2UDS由上式可知:UGS一定恒流区内：Ron=dUDS/dID

6、dUGS=0Ron=L/nCOXW(UGS-UT)1.UGS恒定时近似为常数。2.Ron随UGS而变化，故称可变电阻区。图03.16漏极输出特性曲

7、线当UDS=UGS-UT时:(由于的存在，导电沟道不均匀)此时漏极端的导电沟道将开始消失（称预夹断）(2)恒流区：UDS=0或较小时:(即UGD＞UT)当UGS一定时：ID随UDS基本不变，ID恒定称恒流区。当UDS>UGS-UT时:随UDS夹断点向移动，耗尽层的电阻很高（高于沟道电阻）所以新增UDS几乎全部降在耗尽层两端，ID不随UDS而变。(3)击穿区：当UDS增加到某一临界值时，ID（急剧）即D与衬底之间击穿。漏源电压UDS对沟道的影响图03.16漏极输出特性曲线当UGS＞UT，且固定为某一值时:UDS对ID的影响的关系曲线称为漏极输出特性曲

8、线。UGS＜0时；随着UGS的减小漏极电流逐渐减小，直至ID=0。对应ID=0的UGS称为夹断电压，用符号UGS(off)表示，有时也用UP表示。N沟道耗尽型MOSFET的结构和符号如图所示，(二)N沟道耗尽型MOSFET当UGS=0时；正离子已感应出反型层，在漏源之间形成了沟道。只要有漏源电压，就有漏极电流存在。(a)结构示意图在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子。当UGS＞0时；将使ID进一步增加。图03.17N沟道耗尽型MOSFET的结构和转移特性曲线N沟道耗尽型MOSFET的转移特性曲线:如图所示N沟道耗尽型MOSFET的输出特性

9、曲线:图03.18N沟道耗尽型的输出特性曲线P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完