5-場(chǎng)效應(yīng)三極管-Revised資料

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式abcd,單擊此處編輯母版文本樣式abvd,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式abcd,單擊此處編輯母版文本樣式abvd,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,場(chǎng)效應(yīng)三極管,場(chǎng)效應(yīng)管工作原理,MOS場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)造與工作原理,結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)造與工作原理,場(chǎng)效應(yīng)管放大電路組成及主要指標(biāo)分析,場(chǎng)效應(yīng)管FET:Field Effect Transistor也是三極管，有三個(gè)電極,場(chǎng)效應(yīng)管的掌握信號(hào)是電壓，該器件屬于電壓掌握電流源,場(chǎng)效應(yīng)管內(nèi)部只有一種載流子運(yùn)動(dòng)，稱為單極型三極管,FET分為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFET 和金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET:Metal-

2、Oxide-Semiconductor,MOS管在現(xiàn)代集成電路技術(shù)中被廣泛應(yīng)用,場(chǎng)效應(yīng)三極管,場(chǎng)效應(yīng)管的分類：,P,溝道,耗盡型,P,溝道,P,溝道,N,溝道,增強(qiáng)型,N,溝道,N,溝道,耗盡型,FET,場(chǎng)效應(yīng)管,JFET,結(jié)型,MOSFET,絕緣柵型,(IGFET),耗盡型,：場(chǎng)效應(yīng)管沒(méi)有加偏置電壓時(shí)，就有導(dǎo)電溝道存在,增強(qiáng)型,：場(chǎng)效應(yīng)管沒(méi)有加偏置電壓時(shí)，沒(méi)有導(dǎo)電溝道,絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管MOS管,N溝道增加型MOS管構(gòu)造與符號(hào),N+,N+,以,P,型硅為襯底,B,d,g,s,大多數(shù)管子的襯底在出廠前已和源極連在一起,鋁電極、金屬,Metal,二氧化硅氧化物,Oxide,半導(dǎo)體,Semicond

3、uctor),稱,MOS,管,由于柵極和漏極、源極之間是絕緣的，稱絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管。,N+,N+,B,d,g,s,P,d,s,g,B,襯底,虛線表示,增加型,襯底的箭頭方向說(shuō)明白場(chǎng)效應(yīng)管是N溝道還是P溝道：箭頭向里是N溝道，箭頭向外是P溝道。,絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管MOS管,N溝道增加型MOS管構(gòu)造與符號(hào),N溝道增加型MOS管構(gòu)造與符號(hào),N+,N+,以,P,型硅為襯底,B,d,g,s,1,、當(dāng)柵源極間電壓,v,GS,=0,時(shí),漏極和源極之間相當(dāng)于兩個(gè)背靠背的,PN,結(jié)。,v,GS,=0,P,PN,結(jié),PN,結(jié),此時(shí)無(wú)論,v,DS,是否為,0,，也無(wú)論其極性如何，總有一個(gè),PN,結(jié)處于反偏狀態(tài)，因此,

4、MOS,管不導(dǎo)通，,i,D,=0,。,i,D,=0,+,-,v,DS,N溝道增加型MOS管工作原理,N溝道增加型MOS管工作原理,N+,N+,以,P,型硅為襯底,B,d,g,s,2,、當(dāng),v,DS,=0,且,v,GS,0,時(shí),+,-,v,GS,由于SiO2絕緣層的存在，電流不能通過(guò)柵極。但金屬柵極被充電，因此聚攏大量正電荷。,電場(chǎng)力,排斥空穴,形成耗盡層,電場(chǎng)吸引電子,二氧化硅層在,v,GS,作用下被充,電而產(chǎn)生電場(chǎng),形成N形薄層稱反型層,形成導(dǎo)電溝道,N溝道增加型MOS管工作原理,N+,N+,以,P,型硅為襯底,B,d,g,s,+,-,v,GS,導(dǎo)電溝道形成時(shí)，對(duì)應(yīng)的柵-源電壓vGS稱為開啟

5、電壓VTN VGS(th)。,v,GS,越大，反型層越厚，導(dǎo)電溝道電阻越小。,必需依靠柵極外加電壓才能產(chǎn)生反型層(導(dǎo)電溝道)的MOSFET稱為增加型器件,N溝道增加型MOS管工作原理,N+,N+,以,P,型硅為襯底,B,d,g,s,+,-,v,GS,3,、當(dāng),v,GS,V,TN,時(shí)，,v,DS,加正向電壓,+,-,v,DS,外加較小的,v,DS,時(shí)，,i,D,隨著,v,DS,的增大而線性增大。,i,D,增大vDS，導(dǎo)電溝道消失梯度。,直到vGD=VTN,即 vDS=vGSVTN時(shí)，溝道在漏極一側(cè)消失加斷點(diǎn)，稱為預(yù)夾斷。,N+,N+,以,P,型硅為襯底,B,d,g,s,+,-,v,GS,+,-,

6、v,DS,i,D,N溝道增加型MOS管工作原理,3,、當(dāng),v,GS,V,TN,時(shí)，,v,DS,加正向電壓,在vDSvGSVTN時(shí)，溝道夾斷區(qū)延長(zhǎng)，iD到達(dá)最大且恒定，管子進(jìn)入飽和區(qū)。,N+,N+,以,P,型硅為襯底,B,d,g,s,+,-,v,GS,+,-,v,DS,i,D,飽和區(qū)又稱恒流區(qū)、放大區(qū),。,N溝道增加型MOS管工作原理,3,、當(dāng),v,GS,V,TN,時(shí)，,v,DS,加正向電壓,N溝道增加型MOS管工作過(guò)程的動(dòng)畫演示：,以上分析可知,溝道中只有一種類型的載流子參與導(dǎo)電，所以場(chǎng)效應(yīng)管也稱為單極型三極管。,MOSFET是電壓掌握電流器件VCCS，iD受vGS掌握。,預(yù)夾斷前,i,D,與

7、,v,DS,呈近似線性關(guān)系,；預(yù)夾斷后，,i,D,趨于飽和,。,MOSFET,的柵極是絕緣的，所以,i,G,0,，,輸入電阻很高,。,只有當(dāng)vGSVTN時(shí)，增加型MOSFET的d、s間才能導(dǎo)通。,MOS,管的,I-V,特性曲線及大信號(hào)特性方程,1輸出特性及大信號(hào)特性方程,截止區(qū),當(dāng),v,GS,V,TN,時(shí)，導(dǎo)電溝道尚未形成，,i,D,0,，為截止工作狀態(tài)。,可變電阻區(qū),vDS VTN，且vDSvGSVTN,是,v,GS,2,V,TN,時(shí)的,i,D,I,-,V,特性：,必需讓FET工作在飽和區(qū)放大區(qū)才有放大作用。,MOS,管的,I-V,特性曲線及大信號(hào)特性方程,1輸出特性及大信號(hào)特性方程,2轉(zhuǎn)移

8、特性,#,為什么不談?shì)斎胩匦裕?A,B,C,D,在飽和區(qū)，iD受vGS掌握,MOS,管的,I-V,特性曲線及大信號(hào)特性方程,N,溝道,耗盡型,MOSFET,構(gòu)造示意圖和符號(hào),N,+,N,+,P,型襯底,B,d,g,s,+,+,+,+,+,+,+,+,+,S,i,O,2,絕緣層中,摻有正離子,預(yù)埋了,N,型,導(dǎo)電溝道,d,s,g,B,襯底,N,溝道耗盡型,N,+,N,+,P,型襯底,B,d,g,s,+,+,+,+,+,+,+,+,+,由于耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管預(yù)埋了導(dǎo)電溝道，所以在vGS=0時(shí)，假設(shè)漏源之間加上肯定的電壓vDS，也會(huì)有漏極電流 iD 產(chǎn)生。,此時(shí)的,漏極電流,用,I,DSS,表示，稱為,

9、飽和漏極電流,。,當(dāng)vGS 0時(shí)，使導(dǎo)電溝道變寬，iD 增大；,當(dāng)vGS 0,時(shí),耗盡層將消失楔形，靠近漏極端較寬，靠近源極端較窄。,g,s,d,V,GG,(,v,GS,),V,DD,(,v,DS,),i,D,只要不消失夾斷區(qū)域，溝道電阻根本打算于vGS，iD隨vDS增大線性增大。,JFET工作原理以N溝道FET為例,(3),當(dāng),v,DS,增大到使,v,GD,=,V,PN,時(shí),耗盡層一端消失夾斷區(qū)。,g,s,d,V,GG,(,v,GS,),V,DD,(,v,DS,),i,D,稱,v,GD,=,V,PN,為,預(yù)夾斷,g,s,d,V,GG,(,v,GS,),V,DD,(,v,DS,),i,D,(4

10、),當(dāng),v,GD,V,PN,時(shí)，,vDS增大時(shí)，幾乎全部用來(lái)抑制溝道的電阻，iD根本不變，僅僅打算于vGS，表現(xiàn)為恒流特性。,2,、當(dāng),v,GS,為,V,PN,0,中某一個(gè)固定值時(shí)，,v,DS,對(duì)漏極電流,i,D,的影響,-,1V,i,D,v,DS,O,-,2V,-,4V,-,3V,V,GS,=0,預(yù)夾斷軌跡,可變電阻區(qū),恒,區(qū),流,擊穿區(qū),截止區(qū),V,PN,-,1V,i,D,v,GS,O,-,2V,-,4V,-,3V,I,DSS,夾斷電壓,漏極飽和電流,JFET,的特性曲線及參數(shù),(N,溝道,),轉(zhuǎn)移特性,輸出特性,(,V,PN,v,GS,0),P,溝道,JFET,的特性曲線如何？,主要參數(shù)

11、,夾斷電壓VGS(off)VPN,飽和漏電流 IDSS,直流輸入電阻RGS,低頻互導(dǎo)gm,JFET,的特性曲線及參數(shù),V,PN,-,1V,i,D,v,GS,O,-,2V,-,4V,-,3V,I,DSS,JFET,的特點(diǎn)：,JEFT,柵極、溝道之間的,PN,結(jié)是反向偏置的，因此，,i,G,0,，,輸入電阻很高,。,JEFT是電壓掌握電流器件，iD 受vGS掌握。,預(yù)夾斷前，,i,D,與,u,DS,呈現(xiàn)線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，,i,D,趨于飽和。,工作在恒流區(qū)時(shí),g-s,、,d-s,間的電壓極性,v,GS,=0,可工作在恒流區(qū)的場(chǎng)效應(yīng)管有哪幾種？,v,GS,0,才可能工作在恒流區(qū)的場(chǎng)效應(yīng)管有哪幾種？,

12、v,GS,0,才可能工作在恒流區(qū)的場(chǎng)效應(yīng)管有哪幾種？,場(chǎng)效應(yīng)管的分類,小結(jié),雙極型三極管和場(chǎng)效應(yīng)三極管比較,場(chǎng)效應(yīng)管有三個(gè)極：源極s、柵極g、漏極d，對(duì)應(yīng)于晶體管的e、b、c；有三個(gè)工作區(qū)域：截止區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū)，對(duì)應(yīng)于晶體管的截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。,雙極型三極管,場(chǎng)效應(yīng)三極管,兩種載流子,一種載流子,電流控制電流源,電壓控制電流源,輸入電子較小,輸入電阻很大,放大倍數(shù)大,噪聲低,例,1,某管子的輸出特性如下圖。試分析該管是什么類型的場(chǎng)效應(yīng)管(結(jié)型、絕緣柵型、N溝道、P溝道、增加型、耗盡型)？,*推斷管子的類型，主要是看iD、vDS和vGS的正負(fù)。,N溝道增加型MOS管,i,D,/mA

13、,v,DS,/V,8V,O,10V,6V,4V,0.25,1,2,3V,6V,9V,12V,練習(xí)：,管子的轉(zhuǎn)移特性以下圖所示。試分析管子是什么類型的場(chǎng)效應(yīng)管(結(jié)型、絕緣柵型、N溝道、P溝道、增加型、耗盡型)？并寫出它的開啟電壓或夾斷電壓。,i,D,/mA,v,GS,/V,O,1,2,3,-4,-2,i,D,/mA,u,GS,/V,O,2,4,-2,-1,-3,i,D,/mA,v,GS,/V,O,-1,1,2,-3,i,D,/mA,v,GS,/V,O,-2,-4,-2,-4,N,溝道,JEFT,管,V,GS(off),=,-,4V,N,溝道耗盡型,MOS,管,V,GS(off),=,-,3V,P,溝道耗盡型,MOS,管,V,GS(off),=2V,P溝道增加型MOS管,V,GS(th),=,-,4V,