场效应管及放大电路1.pptVIP

第3章 场效应管及其基本放大电路 3.1.1 金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管 * * 场效应管（Field Effect Transistor，简称FET） 只有一种载流子（电子或空穴）参与导电，故称单极型三极管 两种载流子（电子和空穴）都参与导电，故称双极型三极管 电压控制电流型器件（vGS→iD） 电流控制电流型器件（iB→iC） 场效应管 FET 双极型三极管 BJT FET 的分类： N沟道 P沟道 N沟道 P沟道 按导电载流子 增强型 耗尽型 增强型 耗尽型 按导电沟道的 形成机理 根据结构的不同 结型场效应管 (JFET) 金属－氧化物－半导体场效应管 (MOSFET) 1、N沟道增强型MOS管 结构 漏极 d，源极 s，栅极 g 垂直短画线代表增强型导电沟道； 箭头方向表示由P（衬底）指向N（沟道） 衬底B 和源极s 通常是接在一起的。 注意：栅极与源极、漏极均无电接触，故称为绝缘栅极。 符号 SiO2 绝缘层 铝电极 衬底 B 工作原理 (a) vGS=0时，没有导电沟道 两个背靠背的PN结； 不管vDS 极性如何，总有一个PN结反偏； iD=0，即管子截止。 （b）vGS＝VGG＞0V ， vDS＝0V时 栅极（铝层）和P 型衬底（硅片） 相当于以SiO2为介质的平行板电容器 在栅源电压vGS作用下，产生由栅极指向P型衬底的纵向电场。 纵向电场排斥空穴而吸引电子 ①使栅极附近P型衬底中的空穴被排斥； ②P型衬底中的电子被吸引到栅极下的 衬底表面。 当vGS达到一定数值（VT）时，电子 在栅极下的衬底表面形成一个电子薄 层，即：N型导电沟道。 反型层 N型导电沟道 在 vGS＝0时没有导电沟道；而栅源电压增强到一定值才形成导电沟道的场效应管，称为增强型场效应管。 ( vGS 越大，导电沟道越宽) VT开启电压：形成导电沟道所需的栅源电压vGS。 栅极电流 iG＝0 iG=0 因为此时vDS=0 ，所以漏极电流 iD=0. （c）当vGS＞VT， vDS=VDD 0 且较小时， iD≠0，且vDS越大→iD越大 ； 沟道在靠漏极区变窄。 （此时 vGD= vGS－vDS VT ，即： vDS vGS－VT ) 沟道靠漏极区夹断，称为预夹断；但仍有电流 iD， 若vDS再增大，则预夹断区加长； iD基本上不变，只有沟道全部夹断时，才使 iD＝0。 （d）当vGS＞VT， vDS=VGS -VT时， 特性曲线 由于MOSFET的栅极电流iG≈0，因此很少用输入特性曲线，常用的特性曲线有：输出特性曲线、转移特性曲线。 ① 输出特性曲线： iD=f (vDS)?vGS=const ② 转移特性曲线： iD=f( vGS )?vDS =const ① 输出特性曲线：iD=f (vDS)?vGS=const (a) 截止区（夹断区）：vGS VT 导电沟道尚未形成，iD=0。 (b)可变电阻区(预夹断前)：vGS ? VT且vDS vGS -VT ,随vDS↑,iD↑ 受vGS 控制的可变电阻 (c)饱和区(预夹断后) ：vGS ? VT且vDS ? vGS –VT ，iD不随vDS变化 MOSFET处于 可变电阻区时，相当于一个压控可变电阻 恒流区时，相当于一个压控电流源。 ②转移特性曲线：iD=f( vGS )?vDS =const 可根据输出特性曲线，作出转移特性曲线。 例：作vDS=10V的一条转移特性曲线： 开启电压VT 电压控制电流型器件，当vDS为某一定值 时，iD 受 vGS 控制。 2、N沟道耗尽型MOSFET 在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以，即使vGS=0，这些正离子已在s、d极之间的衬底上感应出电子，形成了N型沟道。 特点： 当vGS=0时，有沟道，加入vDS，有iD。 当vGS＞0时，沟道增宽，iD进一步增加。 当vGS＜0时，沟道变窄，iD减小。 当vGS0达到某一值（VP）时，沟道被完全夹断，此时，即使有vDS，也不会有iD。 夹断电压（截止电压 ），VP为负值 沟道被完全夹断前，vDS 对iD 的控制作用同增强型MOS管。 N沟道耗尽型MOSFET的特性曲线 可在正、负栅源电压vGS下工作； 夹断电压VP为负值。 夹断电压VP ① 输出特性曲线： iD=f ( vDS )?vGS=const ②转移特性曲线： iD=f ( vGS )?vDS =const 饱和漏极电流iDSS （vGS=0时的漏极电流） 3、P沟道MOSFET P沟