结型场效应管

1、西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2015-51第四章第四章 场效应管放大电路场效应管放大电路西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2015-52半导体三极管：半导体三极管： 又称晶体管、双极性三极管，是组成各种电又称晶体管、双极性三极管，是组成各种电子电路的核心器件。子电路的核心器件。 结构、类型：结构、类型：NPNNPN型、型、PNPPNP型型 放大机理：放大机理：内部结构、外部条件内部结构、外部条件 特性曲线：特性曲线：输入特性、输出特性输入特性、输出特性 单级放大电路：单级放大电路： 工作原理工作原理 三种组态三种组态 静态分析静态分析 动态分析动态分析 多级放大电路：多级放大电路：

2、频率特性：频率特性：引言一引言一 西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2015-53引言引言 二二 由于半导体三极管工作在放大状态时，由于半导体三极管工作在放大状态时，必须保必须保证发射结正偏证发射结正偏。 故故输入端始终存在输入电流输入端始终存在输入电流 改变输入电流就可改变输出电流，所以三极管是改变输入电流就可改变输出电流，所以三极管是电流控制器件电流控制器件。 因而三极管组成的放大器，因而三极管组成的放大器，其输入电阻不高其输入电阻不高 随着电子技术及半导体生产工艺的发展与进步，随着电子技术及半导体生产工艺的发展与进步，出现了一种新型的半导体器件出现了一种新型的半导体器件场效应晶体管场效

3、应晶体管西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2015-54 场效应晶体管场效应晶体管(FET)(FET)是利用是利用电压产生的电场效应电压产生的电场效应来控制电来控制电流的一种半导体器件。它与晶体管相比有以下重要流的一种半导体器件。它与晶体管相比有以下重要特点：特点： (1) (1) 它是一种它是一种电压控制器件电压控制器件。 工作时，管子的输入电流几乎为工作时，管子的输入电流几乎为 0 0， 因此具有因此具有极高的输入极高的输入电阻电阻( (约数百兆欧以上约数百兆欧以上) )。 (2)(2) 输出电流输出电流仅由多子运动仅由多子运动而形成，故称而形成，故称单极型单极型器件。器件。 它的它的抗

4、温度抗温度和和抗辐射抗辐射能力强，工作较能力强，工作较稳定稳定。 (3)(3) 制造工艺比较简单，便于大规模集成，且制造工艺比较简单，便于大规模集成，且噪声较小噪声较小。 (4)(4) 类型较多，类型较多， 使电路设计使电路设计灵活性增大灵活性增大。 引言三引言三 西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2015-55 根据根据结构结构的不同，场效应管可的不同，场效应管可分为两大类分为两大类：结结型型场效应管场效应管( (JFETJFET) )和和金属金属 - -氧化物氧化物 - -半导体半导体场效应场效应管管( (MOSMOSFET)FET)。N沟道沟道P沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟

5、道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)引言四引言四 西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2015-56第四章第四章 场效应管放大电路场效应管放大电路4.1 结型场效应管结型场效应管 4.2 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管 4.3 场效应管的主要参数场效应管的主要参数 4.4 场效应管的特点场效应管的特点 4.5 场效应管放大电路场效应管放大电路 西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2015-574.1 4.1 结型场效应管结型场效应管 本节主要讨论结型场效应管JFET 包括：结构工作原理伏安特性 西安电

6、子科技大学计算机学院 吴自力 2015-58N基底基底 ：N型半导体型半导体PP两边是两边是P区区G(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极导电沟道导电沟道结型场效应管也是结型场效应管也是具有具有PNPN结结的半导体器件的半导体器件4.1 4.1 结型场效应管结型场效应管 4.1.1 4.1.1 结构结构N型半导体衬底型半导体衬底高掺杂高掺杂P+型区型区导电沟道导电沟道两个两个PN结结电子发射端电子发射端称为称为源极源极(Source)电子接收端电子接收端称为称为漏极漏极(Drain)栅极栅极(Gate)在在JFETJFET中，中，源极源极S S和漏极和漏极D D是可以互换的是可以互换的。西安电子科技

7、大学计算机学院 吴自力 2015-59NPPG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极符号符号DGSDGSN沟道结型场效应管的沟道结型场效应管的结构与符号结构与符号：结构结构西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2015-510 源极源极，用用S或或s表示表示N型导电沟道型导电沟道漏极漏极，用用D或或d表示表示 P型区型区P型区型区栅极栅极，用用G或或g表示表示栅极栅极，用用G或或g表示表示N沟道结型场效应管的具体结构：沟道结型场效应管的具体结构： 符号符号西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2015-511PNNG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极P沟道结型场效应管结构与符号：沟道结型场效应管结构与符号

8、：DGSDGS符号符号结构结构西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2015-512 N沟道和沟道和P沟道结型场效应管沟道结型场效应管符号上的区别符号上的区别，在于，在于栅极的箭头方向不同栅极的箭头方向不同，但都要，但都要由由P P区指向区指向NN区区。DGSDGSDGSDGS N沟道和沟道和P沟道结型场效应管符号上的区别沟道结型场效应管符号上的区别: N沟道沟道 P沟道沟道西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2015-513 以以N型沟道型沟道JFET为例进行分析，研究为例进行分析，研究JFET的工的工作原理作原理输入电压对输出电流的控制作用输入电压对输出电流的控制作用。 4.1.2 4.1.

9、2 基本工作原理基本工作原理 N沟道场效应管工作时，沟道场效应管工作时，在栅极与源极之间加在栅极与源极之间加负电压负电压，栅极与沟道之间的栅极与沟道之间的PNPN结为结为反偏反偏。 在漏极、源极之间加一在漏极、源极之间加一定定正电压正电压，使使N沟道中的多沟道中的多数载流子数载流子(电子电子)由源极向漏由源极向漏极极漂移漂移，形成，形成iD。iD的大小的大小受受VGS的控制的控制。P沟道场效应管工作时，沟道场效应管工作时，极性相反，极性相反，沟道中的多子沟道中的多子为空穴。为空穴。西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2015-514JFET工作原理工作原理（动画（动画2-9)西安电子科技大学计

10、算机学院 吴自力 2015-515 VGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当当VGS0时时对于对于N沟道的沟道的JFET，VP 0。PN结反偏结反偏耗尽层加厚耗尽层加厚沟道变窄沟道变窄沟道电阻变大，沟道电阻变大，ID减小；减小；VGS更负，沟道更窄，更负，沟道更窄，ID更小；更小；直至沟道被耗尽层全部覆盖，直至沟道被耗尽层全部覆盖，沟道被夹断，沟道被夹断， ID0。这时所这时所对应的栅源电压对应的栅源电压VGS称为称为夹夹断电压断电压VP。西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2015-516漏源电压漏源电压V VDSDS对对i iD D的影响的影响 在栅源间加电压在栅源间加电压V VGSGSV

11、 VP P( (未未夹断夹断) )，漏源间加电压，漏源间加电压V VDSDS。 因漏端耗尽层所受的反偏电压为VGD=VGS-VDS，比源端耗尽层所受的反偏电压VGS大,(如:VGS=-2V, VDS =3V, VP=-9V,则漏端耗尽层受反偏电压为-5V，源端耗尽层受反偏电压为-2V) 使靠近漏端的耗尽层比源端厚，沟道比源端窄。 故VDS对沟道的影响是不均匀的，使沟道呈楔形。 随VDS增大，这种不均匀性越明显。 当VDS增加到使VGD=VGS-VDS =VP 时，在紧靠漏极处出现预夹断点。当当V VDSDS继续增加时，预夹断点向继续增加时，预夹断点向源极方向伸长为源极方向伸长为预夹断区预夹断区

12、。由于由于预夹断区电阻很大，使主要预夹断区电阻很大，使主要V VDSDS降落在该区，由此产生的强电场降落在该区，由此产生的强电场力能把未夹断区漂移到其边界上力能把未夹断区漂移到其边界上的载流子都扫至漏极，形成的载流子都扫至漏极，形成漏极漏极饱和电流饱和电流。西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2015-517 VGS和和VDS同时作用时同时作用时 当当VP VGS=| UP |VVPGS21PGSDSSDUUII西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2015-521 当漏源电压当漏源电压UDS增大到一定程度时，增大到一定程度时，漏端漏端PN结发生结发生雪崩击穿雪崩击穿，使，使iD 剧增剧增的区域

13、。的区域。 由于由于VGD=VGS- -VDS, 故故UGS越负越负，漏端漏端达到击穿所达到击穿所需的电压需的电压UDS就越小，故对应就越小，故对应UGS越负的特性曲线，越负的特性曲线，其击穿越早（击穿电压越小）其击穿越早（击穿电压越小）夹断区夹断区(截止区截止区)： 用途用途：做无触点的、关断状态的电子开关。条件条件：整个沟道都夹断 VVPGS击穿区：击穿区：0iD特点特点：西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2015-522v当漏、源之间电压当漏、源之间电压UDS保持不变时，漏极电流保持不变时，漏极电流ID和栅、和栅、源之间电压源之间电压UGS的关系称为转移特性。的关系称为转移特性。v即它

14、描述了栅、源之间的电压即它描述了栅、源之间的电压UGS对漏极电流对漏极电流ID的控的控制作用制作用。vUGS=0时，时，ID=IDSS漏极电流最大，漏极电流最大，称为称为饱合漏极电流饱合漏极电流IDSS。v|UGS|增大，增大，ID减小，当减小，当UGS=Up时时ID=0。Up称为夹断电压称为夹断电压。v结型场效应管的转移特性在结型场效应管的转移特性在UGS=0Up范围内可近似公式表示：范围内可近似公式表示：2. 转移特性曲线转移特性曲线CVGSDDSVfi)(21PGSDSSDUUII西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2015-5233.根据输出特性曲线做出根据输出特性曲线做出转移特性曲线转移特性曲线西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2015-524结型场效应管的的特性小结特性小结结型场效应管 N沟道耗尽型P沟道耗尽型西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2015-525