结型场效应管介绍.ppt

场效应管是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件 特点 输入电阻高 噪声低 热稳定性能好 抗辐射能力强 主要用于大规模和超大规模集成电路中 单极型晶体管常用于数字集成电路 N沟道 P沟道 增强型 耗尽型 N沟道 P沟道 N沟道 P沟道 耗尽型 场效应管分类 4 1结型场效应管 结构 工作原理 输出特性 转移特性 主要参数 4 1 1JFET的结构和工作原理 4 1 2JFET的特性曲线及参数 JunctiontypeFieldEffectTransisstor 源极 用S或s表示 N型导电沟道 漏极 用D或d表示 4 1 1JFET的结构和工作原理 1 结构 符号中的箭头方向表示什么 2 工作原理 以N沟道为例 vDS 0V时 N G S D vDS VGS iD PN结反偏 VGS越负 则耗尽区越宽 导电沟道越窄 VGS对沟道的控制作用 VGS达到一定值时耗尽区碰到一起 DS间的导电沟道被夹断 当沟道夹断时 对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP 或VGS off VGS继续减小 对于N沟道的JFET VP 0 N G S D VDS VGS iD VDS 0V时 VDS对沟道的控制作用 当VGS 0时 VDS iD G D间PN结的反向电压增加 使靠近漏极处的耗尽层加宽 沟道变窄 从上至下呈楔形分布 N G S D VDS VGS 越靠近漏端 PN结反压越大 iD 当VDS增加到使VGD VP时 在紧靠漏极处出现预夹断 此时VDS 夹断区延长 沟道电阻 ID基本不变 G S D VDS VGS iD N VGS和VDS同时作用时 VGS越小耗尽区越宽 沟道越窄 电阻越大 iD减小 当VP VGS 0时 导电沟道更容易夹断 对于同样的VDS iD的值比VGS 0时的值要小 在预夹断处 VGD VGS VDS VP 综上分析可知 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电 所以场效应管也称为单极型三极管 JFET是电压控制电流器件 iD受vGS控制 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系 预夹断后 iD趋于饱和 为什么JFET的输入电阻比BJT高得多 JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的 因此iG 0 输入电阻很高 JFET有正常放大作用时 沟道处于什么状态 4 1 2JFET的特性曲线及参数 2 转移特性 VP 1 输出特性 夹断电压VP 或VGS off 饱和漏极电流IDSS 低频跨导gm 或 漏极电流约为零时的VGS值 VGS 0时对应的漏极电流 低频跨导反映了vGS对iD的控制作用 gm可以在转移特性曲线上求得 单位是mS 毫西门子 输出电阻rd 直流输入电阻RGS 对于结型场效应三极管 反偏时RGS约大于107 最大漏极功耗PDM 最大漏源电压V BR DS 最大栅源电压V BR GS 1 N沟道结型场效应管的特性曲线 转移特性曲线 vGS 0 iD IDSS VP 夹断电压 饱和漏极电流 小结 JFET管 输出特性曲线 N沟道结型场效应管的特性曲线 2V 可变电阻区 夹断区 恒流区 予夹断曲线 击穿区 转移特性曲线 饱和漏极电流 夹断电压 2P沟道结型场效应管 符号 栅源端加正电压漏源端加负电压 iD vDS 恒流区 输出特性曲线 0 P沟道结型场效应管 结型场效应管的缺点 1 栅源极间的电阻虽然可达107以上 但在某些场合仍嫌不够高 3 栅源极间的PN结加正向电压时 将出现较大的栅极电流 绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题 2 在高温下 PN结的反向电流增大 栅源极间的电阻会显著下降 4 2砷化镓金属 半导体场效应管 Metal SmeiconductorField EffectTransistor MESFET以N沟道为主 4 3金属 氧化物 半导体场效应管 MOSFET Metal Oxide semiconductortypeFieldEffectTransistor 特点 输入电阻很高 最高可达到1015欧姆 表面场效应器件 增强型 耗尽型 N沟道 P沟道 N沟道 P沟道 耗尽型是当vGS 0时 存在导电沟道 iD 0 增强型是当vGS 0时 不存在导电沟道 iD 0 4 3金属 氧化物 半导体场效应管 MOS 1结构和电路符号 P型硅衬底 两个N区 SiO2绝缘层 金属铝 4 3 1N汮道增强型MOSFET 三个铝电极栅极与漏极 源极无电接触 2工作原理 以N沟道增强型为例 VGS 0时 对应截止区 1 VGS改变感生沟道电阻以控制iD的大小 VGS 0时 感应出电子 VT称为阈值电或开启电压 在VDS作用下开始导电的VGS VGS较小时 导电沟道相当于电阻将D S连接起来 VGS越大此电阻越小 VDS 0时 iD 当VDS不太大时 导电沟道在两个N区间是均匀的 当VDS较大时 靠近D区的导电沟道变窄 2 VDS改变iD VDS增加 VGD VT时 靠近D端的沟道被夹断 称为予夹断 1 输出特性曲线 VGS 0 3 增强型N沟道MOS管的特性曲线 可变电阻区 恒流区 击穿区 3 增强型N沟道MOS管的特性曲线 2 转移特性曲线 vDS 10V 3 计算公式 P沟道增强型 4 参数见表4 1 1 栅源端加负电压漏源端加负电压 1 N沟道耗尽型 予埋了导电沟道 正离子 在P型衬底表面形成反型层 N型 在vGS 0时 就有感生沟道 当VDS 0时 则有iD通过 4 3 2耗尽型MOSFET 2 P沟道耗尽型 N P P g s d 予埋了导电沟道 负离子 3 耗尽型N沟道MOS管的特性曲线 耗尽型的N沟道MOS管VGS 0时就有导电沟道 加反向电压才能夹断 转移特性曲线 输出特性曲线 4 3 3各种FET的特性比较及使用注意事项 见P173 P175 栅源电压可正可负 4 4场效应管放大电路 直流偏置电路 静态工作点 FET小信号模型 动态指标分析 三种基本放大电路的性能比较 4 4 1FET的直流偏置及静态分析 4 4 2FET放大电路的小信号模型分析法 1 直流偏置电路 4 4 1FET的直流偏置电路及静态分析 1 自偏压电路 2 分压式自偏压电路 vGS vGS vGS vGS vGS VGS IDR Q点 VGS ID VDS VGS VDS 已知VP 由 VDD ID Rd R IDR 可解出Q点的VGS ID VDS 如知道FET的特性曲线 也可采用图解法 4 4 2FET放大电路的小信号模型分析法 1 FET小信号模型 1 低频模型 2 高频模型 2 动态指标分析 1 中频小信号模型 2 动态指标分析 2 中频电压增益 3 输入电阻 4 输出电阻 忽略rd 由输入输出回路得 则 通常 则 输出电压与输入电压反相 例4 4 2共漏极放大电路如图示 试求中频电压增益 输入电阻和输出电阻 2 中频电压增益 3 输入电阻 得 解 1 中频小信号模型 由 例题 4 输出电阻 所以 由图有 例题 3 三种基本放大电路的性能比较 组态