场效应管及其放大电路(II)

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1、第4章场效应管放大电路7/23/2021基本要求了解场效应管的分类、结型场效应管（JFET）和金属－氧化物－半导体场效应管（MOSFET）的结构、工作原理；熟悉输出特性曲线和转移特性曲线，以及场效应管的主要参数；掌握场效应管放大电路的组成、分析方法和应用。7/23/2021FET特点场效应管根据结构和工作原理的不同，分为两大类：结型场效应管(JunctionFieldEffectTransistor,JFET)和金属－氧化物－半导体场效应管（MOSFET），其中包括耗尽型和增强型。本章先介绍JFET和MOSFET的结构、工作原理、特性曲线及主要参数，再讨论场效

2、应管放大电路的3种组态：共源极、共漏极和共栅极放大电路。BJT工作在放大区时，输入回路的PN结(BE结)加正向偏压，输入阻抗小，且属于电流控制电流器件。场效应管(FET)虽然也是一种具有PN结的半导体器件，但它是利用器件内部的电场效应控制输出电流的大小，其输入回路的PN结通常工作在反偏压或绝缘状态，输入阻抗很高(107～1012)。FET具有体积小、耗电少、寿命长、内部噪声小、热稳定性好、抗辐射能力强、制造工艺简单以及便于集成等特点。7/23/20214.1结型场效应管(JFET)4.1N沟道结型场效应管4.1.1N沟道结型场效应管的结构7/23/2021如图

3、4-1a所示，在一块N型半导体材料的各分别扩散一个高参杂浓度的P型区(用P+表示)，两侧P+区与N沟道交界处形成两个PN结，由于P+区内侧耗尽层非常窄，可见这两个PN结都是非对称PN结。两边P+区各引出一个欧姆接触电极并连接在一起，称为栅极G(Gate)；在N型半导体的两端各引出一个欧姆接触电极，分别称为源极S(Source)和漏极D(Drain)。两个PN结之间的N型区域称为N型导电沟道，简称N沟道。N沟道JFET的符号如图4-1c所示，其中，箭头所指方向表示栅极和源极之间的PN结加正向偏压时，栅极电流的方向是从P指向N。如图4-1b所示为P型沟道JFET的

4、结构示意图，其符号如图4-1c所示。对于P沟道JFET，在使用过程中，除了直流电源电压极性和漏极电流的方向与N型沟道JFET相反外，两者的工作原理完全一样。7/23/20214.1.2N沟道结型场效应管的工作原理7/23/20214.1.2.1对导电沟道和的控制作用导电沟道沟道变窄沟道夹断7/23/20217/23/2021沟道最宽但电流为零沟道变窄7/23/2021沟道预夹断沟道夹断7/23/20217/23/2021(4-1)7/23/20214.1.3结型场效应管的特性曲线(4-2)图4-5a所示N沟道JFET的输出特性曲线。7/23/2021可变电阻区

5、截止区放大区击穿区转移特性7/23/20217/23/20217/23/20212．转移特性曲线(4-3)(4-4)7/23/20214.2绝缘栅场效应管(IG-FET)7/23/20214.2.1N沟道增强型MOSFET4.2.1.1N沟道增强型MOSFET的结构绝缘层衬底吕电极7/23/2021在一块掺杂浓度较低的P型半导体材料(衬底)上，利用扩散工艺在衬底上形成两个高掺杂浓度的N型区域(用N+表示)，并在此N区域上引出两个接触电极(铝电极)，分别称为源极(S)和漏极(D)，两个电极之间的衬底表面覆盖一层二氧化硅(SiO2)绝缘层，该绝缘层上再沉积金属铝层

6、并引出电极作为栅极(G)，从衬底引出的电极称为衬底电极(B)，通常将衬底电极和栅极连接在一起使用。7/23/20214.2.1.2N沟道增强型MOSFET的工作原理7/23/2021反型层导电沟道7/23/2021导电沟道发生变化导电沟道夹断7/23/20217/23/20217/23/20214.2.1.3N沟道增强型MOSFET的特性曲线N沟道增强型MOSFET的特性曲线也分为输出特性和转移特性，如图4-8所示。图4-8b为N沟道增强型MOSFET的输出特性曲线，输出特性同样分为可变电阻区、放大区(饱和区)、击穿区和截止区。7/23/2021(4-6)7/

7、23/20214.2.2N沟道耗尽型MOSFETN沟道耗尽型MOSFET的结构示意图如图4-9a所示。耗尽型MOSFET的符号如图4-9b所示。N沟道耗尽型MOSFET的结构与增强型MOSFET结构相似，不同之处在于N沟道耗尽型MOSFET在制造过程中在栅源之间的SiO2中注入一些离子(图中4-9中用“＋”表示)，使漏源之间的导电沟道在时导电沟道就已经存在了，这一沟道称为初始沟道。7/23/2021“＋”离子导电沟道7/23/2021(4-7)7/23/20214.2.3MOS场效应晶体管使用注意事项MOS场效应晶体管在使用时应注意其分类，不能随意互换。MOS

8、场效应晶体管由于输入阻抗高(包括MOS