模电 课件4.1-4.4 场效应管

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1、BJT是以输入电流控制输出电流，是电流控制器件，组成的放大电路输入电阻不高。FET是以输入电压控制输出电流，是电压控制器件，输入电阻非常高，不吸收信号源电流，不消耗信号源功率。温度稳定性好，抗辐射能力强，噪声低，制造工艺简单，广泛应用于超大规模集成电路中。场效应管是仅由一种载流子参与导电的半导体器件，是一种用输入电压控制输出电流的的半导体器件。从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。从场效应管的结构来划分，它有两大类。1.结型场效应管JFET(JunctiontypeF

2、ieldEffectTransister)2.绝缘栅型场效应管IGFET(InsulatedGateFieldEffectTransister)IGFET也称金属氧化物半导体三极管MOSFET（MetalOxideSemiconductorFET）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。4.1绝缘栅场效应管绝缘栅型场效应管MOSFET(MetalOxideSemiconductorFET)。分为增强型N沟道、P沟道耗尽型N沟道、P沟道(1)N沟道增强

3、型MOSFET①结构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，分别是漏极D，和源极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。源极S有时要和衬底B连接。（动画4-5）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。增加VGS，当VGS＞VGS(th)时（VGS(th)称为开启

4、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。随着VGS的继续增加，ID将不断增加。VGS对漏极电流的控制关系可用ID=f(VGS)VDS=const这一曲线描述，称为转移特性曲线，见图4.6。在VGS=0V时ID=0，只有当VGS＞VGS(th)后才会出现漏极电流，这种MOS管称为增强型MOS管。图4.6VGS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

5、流的控制作用。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)(动画4-6）ID=f(VGS)VDS=const场效应管的转移特性可以用下面公式近似表示：图4.8漏极输出特性曲线当VGS＞VGS(th)，且固定为某一值时，VDS对ID的影响，即ID=f(VDS)VGS=const，这一曲线称为漏极输出特性曲线。2．漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用(2)N沟道耗尽型MOSFET当VGS＞0时，将使ID进一步增加。VGS＜0时，随着VGS的减小漏

6、极电流逐渐减小，直至ID=0。对应ID=0的VGS称为夹断电压，用符号VGS(off)表示，有时也用VP表示。N沟道耗尽型MOSFET的转移特性曲线如图4.9(b)所示。N沟道耗尽型MOSFET的结构和符号如图4.9(a)所示，它是在栅极下方的SiO2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。(a)结构示意图(b)转移特性曲线图4.9N沟道耗尽型MOSFET的结构和转移特性曲线(3)P沟道耗尽型MOSFETP沟道MOS

7、FET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。4.2结型场效应管4.2.1结型场效应管的结构和工作原理4.2.2结型场效应管的特性曲线4.2.1结型场效应管的结构和工作原理(1)结型场效应管的结构JFET的结构如图4.1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。图4.1结型场效应三极管的结构动画（4-1）(2)结型场效应管的工作原

8、理根据结型场效应管的结构，因它没有绝缘层，只能工作在反偏的条件下，对于N沟道结型场效应管只能工作在负栅压区，P沟道的只能工作在正栅压区。4.2.2结型场效应管的特性曲线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。它与MOSFET的特性曲线基本相同，只不过MOSFET的栅压可正、可负，而结型场效应三极管的栅压只能是P沟道的为正或N沟道的为负。