场效应管及其放大电路.ppt

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1、第四章场效应管放大电路FieldEffectTransistor(FET)4.1结型场效应三极管(JFET)(1)结型场效应三极管的结构JFET的结构如图所示，它是在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。一个P区即为栅极，N型硅的一端是漏极，另一端是源极。(动画2-8）(2)结型场效应三极管的工作原理①栅源电压对沟道的控制作用当VGS=0时，若漏、源之间加有一定电压，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，形成耗尽层，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

2、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。这一过程动画所示。（动画2-9）②漏源电压对沟道的控制作用当VDS增加到使VGD=VGS-VDS=VP时，在紧靠漏极处出现预夹断。当VDS继续增加，漏极处的夹断继续向源极方向延长。在栅极加上电压，且VGS＞VP，若漏源电压VDS从零开始增加，则VGD=VGS-VDS将随之减小。使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从左至右呈楔形分布。(3)结型场效应三极管的特性曲线JFET的特性曲线有两条，一是转移特性曲线，二是输出特性曲线。(a)漏极输出特性曲线(b)转移特性曲线N沟道结型场效应三极管的特性曲线动画（2

3、-6）动画（2-7）N沟道增强型MOSFET的结构示意图和符号如图。其中：D(Drain)为漏极,相当于c；G(Gate)为栅极，相当于b；S(Source)为源极,相当于e。N沟道增强型MOSFET结构示意图（动画2-3）4.3金属氧化物半导体场效应管MetalOxideSemiconductorFET(MOSFET)。又称绝缘栅型场效应三极管分为增强型N沟道、P沟道耗尽型N沟道、P沟道一个是漏极D，一个是源极S。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。P型半导体称为衬底，用符号B表示。(1)N沟道增强型MOSFET①结构N沟道增强型MOSFET基本

4、上是一种左右对称的结构，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，当栅极加有电压时，若0＜VGS＜VT时，通过栅极和衬底间的电容作用，将靠近栅极下方的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。耗尽层中的少子将向表层运动，但数量有限，不足以形成沟道，将漏极和源极沟通，所以不可能形成漏极电流ID。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二极管，在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。VGS对漏极电流的控制关系可用ID=f(VGS)VDS=const这

5、一曲线描述，称为转移特性曲线。进一步增加VGS，当VGS＞VT时（VT称为开启电压)，由于此时的栅极电压已经比较强，在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，可以形成沟道，将漏极和源极沟通。如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流ID。在栅极下方形成的导电沟道中的电子，因与P型半导体的载流子空穴极性相反，故称为反型层。(动画2-4）随着VGS的继续增加，ID将不断增加。在VGS=0V时ID=0，只有当VGS＞VT后才会出现漏极电流，这种MOS管称为增强型MOS管。VGS对漏极电流的控制特性——转移特性曲线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

6、制作用。gm的量纲为mA/V，所以gm也称为跨导。跨导的定义式如下gm=ID/VGSVDS=const(单位mS)ID=f(VGS)VDS=const2．漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用当VGS＞VT，且固定为某一值时，来分析漏源电压VDS对漏极电流ID的影响。VDS的不同变化对沟道的影响如图所示。根据此图可以有如下关系VDS=VDG＋VGS=－VGD＋VGSVGD=VGS－VDS当VDS为0或较小时，相当VGS＞VT，沟道分布如图，此时VDS基本均匀降落在沟道中，沟道呈斜线分布。漏源电压VDS对沟道的影响(动画2-5)当VDS为0或较小时，相当VGS

7、＞VT，沟道分布如图，此时VDS基本均匀降落在沟道中，沟道呈斜线分布。当VDS增加到使VGS=VT时，沟道如图所示。这相当于VDS增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况，称为预夹断。当VDS增加到VGSVT时，沟道如图所示。此时预夹断区域加长，伸向S极。VDS增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，ID基本趋于不变。当VGS＞VT，且固定为某一值时，VDS对ID的影响，即ID=f(VDS)VGS=const这一关系曲线如图所示。这一曲线称为漏极输出特性曲线。漏极输出特性曲线ID=f(VDS)VGS=const(2)N沟道耗尽型MOSFET当VGS＞0时，将