模电第5讲 场效应管

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1、第五讲场效应管一、场效应管的结构和符号二、场效应管的放大原理三、场效应管的特性曲线四、主要参数MOS场效应晶体管场效应管结型场效应三极管JFET绝缘栅型场效应三极管IGFET分类N沟道P沟道一、结型场效应晶体管结构G－栅极（基极）S－源极（发射极）D－漏极（集电极）在N型半导体硅片的两侧各制造一个PN结，形成两个PN结夹着一个N型沟道的结构。P区即为栅极，N型硅的一端是漏极，另一端是源极。工作原理以N沟道PN结结型FET为例正常放大时外加偏置电压的要求问题：如果是P沟道，直流偏置应如何加？VGS<0，使栅极PN结

2、反偏，iG=0。VDS>0，使形成漏电流iD。栅源电压对沟道的控制作用当VGS=0时，在漏、源之间加有一定电压时，在漏源间将形成多子的漂移运动，产生漏极电流。当VGS＜0时，PN结反偏，耗尽层变宽，漏源间的沟道将变窄，ID将减小。VGS继续减小，沟道继续变窄，ID继续减小直至为0。当漏极电流为零时所对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP。漏源电压对沟道的控制作用当VGS=0,VDS=0时，漏电流ID=0当VGS=0,VDS增大时，漏电流ID也增大。此时由于存在沟道电阻，将使沟道内电位分布不均匀，其中d端与栅极间的反

3、压最高，沿着沟道向下逐渐降低，源端最低，从而使耗尽层成楔形分布。当VDS继续增大到使VGS-VDS=VP时，d端附近的沟道被夹断，这称为“预夹断”。出现预夹断后，当VDS继续增大时，夹断长度会自上向下延伸，但从源极到夹断处的沟道上沟道电场基本不随VDS变化，ID基本不随VDS增加而上升，趋于饱和值。特性曲线(b)N沟道结型FET转移特性曲线N沟道结型FET输出特性曲线增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道二、绝缘栅型场效应管金属氧化物半导体三极管MOS管结构以N沟道增强型MOS管为例G－栅极（基极）S－源极（发射极

4、）D－漏极（集电极）B－衬底N沟道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是在P型半导体上生成一层SiO2薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出电极MOS管工作原理以N沟道增强型MOS管为例正常放大时外加偏置电压的要求问题：如果是P沟道，直流偏置应如何加？栅源电压VGS对iD的控制作用VGS

5、生一垂直于表面的电场，P型表面上感应出现许多电子，但电子数量有限,不能形成沟道。当VGS＞VTN时，由于此时栅压较强，P型半导体表层中将聚集较多的电子，可以形成沟道，将漏极和源极连通。如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流ID。在漏源电压作用下开始导电时（即产生iD）的栅源电压为开启电压VT在栅极下方形成的导电沟道中的电子，因与P型半导体的多数载流子空穴极性相反，故称为反型层。漏源电压VDS对iD的控制作用VGS＞VT后,外加的VDS较小时，ID将随着VDS的增加而增大。当VDS继续增加时，由于沟道电阻的存在，

6、沟道上将产生压降，使得电位从漏极到源极逐渐减小，从而使得SiO2层上的有效栅压从漏极到源极增大，反型层中的电子也将从源极到漏极逐渐减小。当VDS大于一定值后，SiO2层上的有效栅压小于形成反型层所需的开启电压，则靠近漏端的反型层厚度减为零，出现沟道夹断，ID将不再随VDS的增大而增大，趋于一饱和值。转移特性曲线iD=f(vGS)VDS=const输入电压与输出电流间的关系曲线，对于共源电路，即：调制系数输出特性曲线输出电压与输出电流间的关系曲线，对于共源电路，即：iD=f(vDS)VGS=constN沟道耗尽

7、型MOS管结构示意图在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以当VGS=0时，这些正离子已经在P型表面感应出反型层，在漏源之间形成了沟道。于是只要有漏源电压，就有漏极电流存在。转移特性曲线耗尽型与增强型MOS管的差异耗尽型：当VGS＝0时，存在导电沟道，ID≠0增强型：当VGS＝0时，没有导电沟道，ID＝0电路符号PMOS场效应管PMOS管结构和工作原理与NMOS管类似，但正常放大时所外加的直流偏置极性与NMOS管相反。PMOS管的优点是工艺简单，制作方便；缺点是外加直流偏置为负电源，难与别的管子制作的

8、电路接口。PMOS管速度较低，现已很少单独使用，主要用于和NMOS管构成CMOS电路。N沟道增强型绝缘栅场效应管P沟道增强型各类场效应三极管的特性曲线场效应管参数开启电压VGS(th)(或VT)开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通。夹断电压VGS(off)(或VP)夹断电压是耗尽型FET的参数，当VGS=VGS(off)时,漏极电