场效应管及其放大电路ppt课件.ppt

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1、Chap5场效应管及其放大电路常熟理工学院物理与电子科学系2006.11场效应管场效应管(FET)FieldEffectTransistorFET是电压控制电流型器件分类MOSFETJFET引言1.场效应管的特点(1)它是利用改变外加电压产生的电场强度来控制其导电能力的半导体器件。(2)它具有双极型三极管的体积小、重量轻、耗电少、寿命长等优点，(3)还具有输入电阻高、热稳定性好、抗辐射能力强、噪声低、制造工艺简单、便于集成等特点。(4)在大规模及超大规模集成电路中得到了广泛的应用。引言2.场效应管的分类根据结构和工作原理的不

2、同，场效应管可分为两大类：(1)结型场效应管(JFET)(2)金属－氧化物－半导体场效应管(MOSFET)。3.本章内容(1)JFET的结构、工作原理、特性曲线和主要参数(2)MOSFET的结构、工作原理、特性曲线和主要参数(3)场效应管放大电路。Chap5场效应管及其放大电路5.1金属－氧化物－半导体（MOS）场效应管5.2MOSFET放大电路5.3结型场效应管（JFET）5.5各种场效应管性能比较5.3结型场效应管（P225）5.3.1．结型场效应管的结构在一块N型半导体材料的两边各扩散一个高杂质浓度的P区,就形成两个不

3、对称的PN结，即耗尽层。把两个P区并联在一起，引出一个电极g，称为栅极，在N型半导体的两端各引出一个电极，分别称为源极s和漏极d。夹在两个PN结中间的区域称为导电沟道（简称沟道）。5.3.1JFET的结构结型场效应管的符号其中，栅极上的箭头表示栅极电流的方向（由P区指向N区）。由结型场效应管代表符号中栅极上的箭头方向，可以确认沟道的类型（N沟道）。N沟道结场效应管符号5.3.1JFET的结构场效应管的与三极管的三个电极的对应关系：栅极g--基极b源极s--发射极e漏极d--集电极c5.3.1JFET的结构N沟道JFET的结构

4、剖面图如图图中衬底和顶部的中间都是P型半导体，它们连接在一起（图中未画出）作为栅极g。两个N区分别作为源极s和漏极d。三个电极s、g、d分别由不同的铝接触层引出。5.3.1JFET的结构P沟道结场效应管如果在一块P型半导体的两边各扩散一个高杂质浓度的N区，就可以制成一个P沟道的结型场效应管。P沟道结型场效应管的结构示意图和它在电路中的代表符号如图所示。P沟道结场效应管符号2.工作原理（P226）以N沟道结场效应管为例分析。偏置电压的要求：栅-源极间加一负电压(vGS＜0)。作用：使栅-源极间的PN结反偏，栅极电流iG≈0，场

5、效应管呈现很高的输入电阻(高达10^7左右)。漏-源极间加一正电压(vDS＞0)。作用：使N沟道中的多数载流子电子在电场作用下由源极向漏极作漂移运动，形成漏极电流iD。2.工作原理（P226）在vGS、vDS两个电源的作用下,iD的大小主要受栅-源电压vGS控制，同时也受漏-源电压vDS的影响。因此，讨论场效应管的工作原理就是：讨论栅-源电压vGS对漏极电流iD（或沟道电阻）的控制作用；讨论漏-源电压vDS对漏极电流iD的影响。2.工作原理（P227）（1）vGS对iD的控制作用（为便于讨论，先假设漏-源极间所加的电压vDS

6、=0。）(a)当vGS=0时，沟道较宽，其电阻较小，如图(a)所示。(b)当vGS<0，且其大小增加时，在这个反偏电压的作用下，两个PN结耗尽层将加宽。由于N区掺杂浓度小于P区，因此，随着

7、vGS

8、的增加，耗尽层将主要向N沟道中扩展，使沟道变窄，沟道电阻增大，如图(b)所示。(c)当

9、vGS

10、进一步增大到一定值

11、VP

12、时，两侧的耗尽层将合拢，沟道被夹断，如图(c)所示。由于耗尽层中没有载流子，因此这时漏-源极间的电阻将趋于无穷大，即使加上一定的电压vDS，漏极电流iD也将为零。这时的栅-源电压vGS称为夹断电压，用VP表示。

13、2.工作原理（P227）（1）vGS对iD的控制作用上述分析表明:(a)改变栅源电压vGS的大小，可以有效地控制沟道电阻的大小。(b)若同时在漏源-极间加上固定的正向电压vDS，则漏极电流iD将受vGS的控制，

14、vGS

15、增大时，沟道电阻增大，iD减小。(c)上述效应也可以看作是栅-源极间的偏置电压在沟道两边建立了电场，电场强度的大小控制了沟道的宽度，即控制了沟道电阻的大小，从而控制了漏极电流iD的大小。2.N沟道结场效应管原理（2）vDS对iD的影响（设vGS值固定，且VP

16、道中有电流iD流过。在vDS的作用下,导电沟道呈楔形：由于沟道存在一定的电阻，因此，iD沿沟道产生的电压降使沟道内各点的电位不再相等，漏极端电位最高，源极端电位最低。这就使栅极与沟道内各点间的电位差不再相等，其绝对值沿沟道从漏极到源极逐渐减小，在漏极端最大(为

17、vGD

18、)，即加到该处PN结