场效应管及放大电路.ppt

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1、4场效应管放大电路4.1金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管4.3结型场效应管（JFET）*4.4砷化镓金属-半导体场效应管4.5各种放大器件电路性能比较4.2MOSFET放大电路4.1金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管4.1.1N沟道增强型MOSFET4.1.5MOSFET的主要参数4.1.2N沟道耗尽型MOSFET4.1.3P沟道MOSFET4.1.4沟道长度调制效应P沟道耗尽型P沟道P沟道N沟道增强型N沟道N沟道（耗尽型）FET场效应管JFET结型MOSFET绝缘栅型(IGFET)耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在增强型

2、：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道场效应管的分类：4.1.1N沟道增强型MOSFET剖面图1.结构（N沟道）符号一、N沟道增强型MOSFET的结构示意图见图(对照BJT）（１）结构D为漏极，相当c极；G为栅极，相当b极：S为源极，相当e极。栅极与漏极、源极都绝缘（２）工作原理1．栅源电压VGS的控制作用当VGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的ＰＮ结，D、S之间ＩＤ也几乎为０。（动画2-3）当VGS＞０时栅极和衬底间的绝缘层中有向下的电场它将P型半导体中的空穴向下方排斥，出现了一薄层负离子的耗尽层。向下的电场还吸引衬底的少子将向表层运动，但数

3、量有限，不足以形成沟道。当VGS＞VT＞０时（VT称为开启电压)，衬底表层电子增多漏极和源极间有感应的电子沟道，此时加漏源电压，就可以形成漏极电流ID。电流正方向是流入D极，流出S极。导电沟道中的电子，因与P型半导体的空穴极性相反，又称为反型层。这种当VGS＞VT后才会产生导电沟道出现漏极电流的MOS管，称为增强型。它的符号表示出这种特征。(动画2-4）VGS对漏极电流的控制关系可用ID=f(VGS)VDS=const描述，称为转移特性曲线。该曲线与双极型输入特性曲线类似,VGS相当于VBE，但是纵坐标不是IB对应的IG而是ID。（因为MOSFE

4、T的栅极电流始终为０）定义gm=ID/VGSVDS=constgm称为跨导(单位mS)反映了栅源电压对漏极电流的控制作用，而反映的是IＣ受IＢ的控制作用2.vDS对沟道的控制作用靠近漏极d处的电位升高电场强度减小沟道变薄当vGS一定（vGS>VT）时，vDS沟道电位梯度整个沟道呈楔形分布,这时改变VDS，iD随VDS增大而增大。由VGS=VGD＋VDS可知：VGD=VGS－VDS当vDS继续增加，沟道斜度加剧在紧靠漏极处将出现预夹断。vDS为0或较小时沟道均匀因vD较高，预夹断后，沟道中电子被拉过夹断区延续电流iD夹断区延长

5、沟道电阻iD基本不变2.vDS对沟道的控制作用在预夹断处：vGD=vGS-vDS=VT此后再增加vDS(动画2-5)当VGS＞VT，且改变栅源电压大小，，即得到一组曲线如图所示。这一曲线iD=f(vDS)vGS=const称为漏极输出特性曲线。与双极型三极管的输出特性曲线也很类似iD对应于iＣ，vDS对应于vＣＥ，恒流区对应于线性放大区。由预夹断临界条件VGD=VGS-VDS=VT或VDS=VGS-VT作为输出特性曲线中判断恒流区（饱和区）和可变电阻区的分界点。VDS＞VGS-VT为恒流区（饱和区）VDS＜VGS-VT为可变电阻区,而VGS＜

6、VT则为截止区。N沟道增强型NPN双极型与NPN型BJT性能比较如下：3.V-I特性曲线及大信号特性方程（1）输出特性及大信号特性方程①截止区当vGS＜VT时，导电沟道尚未形成，iD＝0，为截止工作状态。3.V-I特性曲线及大信号特性方程（1）输出特性及大信号特性方程②可变电阻区vDS≤（vGS－VT）由于vDS较小，可近似为rdso是一个受vGS控制的可变电阻3.V-I特性曲线及大信号特性方程（1）输出特性及大信号特性方程②可变电阻区n：反型层中电子迁移率Cox：栅极（与衬底间）氧化层单位面积电容本征电导因子其中Kn为电导常数，单位：mA/V2

7、3.V-I特性曲线及大信号特性方程（1）输出特性及大信号特性方程③饱和区vGS>VT，且vDS≥（vGS－VT）iD几乎不随vDS变化是vGS＝2VT时的iD得到V-I特性：将VDS=VGS-VT代入3.V-I特性曲线及大信号特性方程（2）转移特性N沟道耗尽型MOSFET的结构如图所示，绝缘层中掺入了大量的金属正离子，所以当VGS=0时，这些正离子已经感应出电子沟道。于是只要有漏源电压，就有漏极电流存在。符号中用实线表现了这个特征。4.1.2N沟道耗尽型MOSFET1.结构和工作原理简述当VGS＞0时，电子沟道更宽，ID进一步增加。VGS＜0时，衬

8、底中空穴被吸引与沟道电子复合，沟道中感生电荷减少漏极电流逐渐减小，直至为0，所以称为耗尽型。对应ID=0的VGS称为夹断电