结型场效应管 ppt课件

1、西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-41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 2011-42半导体三极管：半导体三极管： 又称晶体管、双极性三极管，是又称晶体管、双极性三极管，是组成各种电子电路的中心器件。组成各种电子电路的中心器件。 构造、类型：构造、类型：NPNNPN型、型、PNPPNP型型 放大机理：内部构造、外部条件放大机理：内部构造、外部条件 特性曲线：输入特性、输出特性特性曲线：输入特性、输出特性 单级放大电路：单级放大电路： 任务原理任务原理 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 2011-43引言引言 二二 由于半导体三极管任务在放大形状时，必需保由于半导体三极管任务在放大形状时，必需保证发射结正偏。证发射结正偏。 故输入端一直存在输入电流故输入端一直存在输入电流 改动输入电流就可改动输出电流，所以三极管改动输入电流就可改动输出电流，所以三极管是电流控制器件。是电流控制器件。 因此三极管组成的放大器，其输入电阻不高。因此三极管组成的放大器，其输入电阻不高。 随着电子技术及半导体消费工艺的开展与提高，随着电子技术及半导体消费工艺的开展与提高，出现了一种新型的半导体器件场效应晶体管。出现了一种新型的半导

3、体器件场效应晶体管。西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-44 场效应晶体管场效应晶体管(FET)(FET)是利用电压产生的电场效应来控制是利用电压产生的电场效应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特点：电流的一种半导体器件。它与晶体管相比有以下重要特点： (1) (1) 它是一种电压控制器件。它是一种电压控制器件。 任务时，管子的输入电流几乎为任务时，管子的输入电流几乎为 0 0， 因此具有极高的因此具有极高的输入电阻输入电阻( (约数百兆欧以上约数百兆欧以上) )。 (2) (2) 输出电流仅由多子运动而构成，故称单极型器件。输出电流仅由多子运动而构成，故称单极型器

4、件。 它的抗温度和抗辐射才干强，任务较稳定。它的抗温度和抗辐射才干强，任务较稳定。 (3) (3) 制造工艺比较简单，便于大规模集成，且噪声较小。制造工艺比较简单，便于大规模集成，且噪声较小。 (4) (4) 类型较多，类型较多， 使电路设计灵敏性增大。使电路设计灵敏性增大。 引言三引言三 西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-45 根据构造的不同，场效应管可分为两大类：结型根据构造的不同，场效应管可分为两大类：结型场效应管场效应管(JFET)(JFET)和金属和金属 - -氧化物氧化物 - -半导体场效应管半导体场效应管(MOSFET)(MOSFET)。N沟道沟道P沟道沟道加强型加强

5、型耗尽型耗尽型N沟道沟道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 2011-46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 2011-474.1 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：构造任务原理伏

6、安特性 西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-48N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具有结型场效应管也是具有PN结的半导体器件结的半导体器件4.1 4.1 结型场效应管结型场效应管 4.1.1 4.1.1 构造构造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源极称为源极(Source)电子接纳端电子接纳端称为漏极称为漏极(Drain)栅极栅极(Gate)在在JFETJFET中，源极中，源极S S和漏极和漏极D D是可以互换的。是可以互换的。

7、西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-49NPPG(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构造与符号：沟道结型场效应管的构造与符号：构造构造西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-410 源极，用源极，用S或或s表示表示N型导电沟道型导电沟道漏极，用漏极，用D或或d表示表示 P型区P型区型区栅极，用栅极，用G或或g表表示示栅极，用栅极，用G或或g表表示示N沟道结型场效应管的详细构造：沟道结型场效应管的详细构造： 符号符号西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-411PNNG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极P沟道结型场效应管构造与符号：沟道结型

8、场效应管构造与符号：DGSDGS符号符号构造构造西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-412 N沟道和沟道和P沟道结型场效应管符号上的区别，在于沟道结型场效应管符号上的区别，在于栅极的箭头方向不同，但都要由栅极的箭头方向不同，但都要由P区指向区指向N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 2011-413 以以N型沟道型沟道JFET为例进展分析，研讨为例进展分析，研讨JFET的任的任务原理务原理输入电压对输出电流的控制造用。输入电压对输出电流的控制造用。 4.

9、1.2 4.1.2 根本任务原理根本任务原理 N沟道场效应管任务时，沟道场效应管任务时，在栅极与源极之间加负电在栅极与源极之间加负电压，栅极与沟道之间的压，栅极与沟道之间的PN结为反偏。结为反偏。 在漏极、源极之间加一在漏极、源极之间加一定正电压，使定正电压，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漂移，构成极漂移，构成iD。iD的大的大小受小受VGS的控制。的控制。P沟道场效应管任务时，沟道场效应管任务时，极性相反，沟道中的多子极性相反，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 2011-414JFET任务原理动画2-9)西安电子科技大

10、学计算机学院 吴自力 2011-415 VGS对沟道的控制造用对沟道的控制造用当当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。这时所对应的栅源电压所对应的栅源电压VGS称为称为夹断电压夹断电压VP。西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-416漏源电压漏源电压VDSVDS对对iDiD的影响的影响 在栅源间加电压VGSVP，漏源间加电压VDS

11、。那么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,那么漏端耗尽层受反偏电压为-5V，源端耗尽层受反偏电压为-2V),使接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。当VDS添加到使VGD=VGS-VDS =VP 时，在紧靠漏极处出现预夹断点， 随VDS增大，这种不均匀性越明显。当当VDSVDS继续添加时，预夹断点向继续添加时，预夹断点向源极方向伸长为预夹断区。由于源极方向伸长为预夹断区。由于预夹断区电阻很大，使主要预夹断区电阻很大，使主要VDSVDS降落在

12、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境上力能把未夹断区漂移到其边境上的载流子都扫至漏极，构成漏极的载流子都扫至漏极，构成漏极饱和电流。饱和电流。西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-417 VGS和和VDS同时作用时同时作用时 当当VP VGS0 时，时，导电沟道更容易夹断。导电沟道更容易夹断。 对于同样的对于同样的VDS ， ID的值比的值比VGS=0时的值要时的值要小。小。在预夹断处：在预夹断处： VGD=VGS-VDS =VP 西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-418IDSSiD / mA VGS=0预夹断0|Vp|1.输出特性曲

13、线输出特性曲线 常数GSUDSDUfI)(iD / mA654321uDS / V04812 3 V 2 V 1VuGS 0 V162024RDS小RDS大击穿区UP 4 VBUDSS截止区可变电阻区恒流区(放大区)uDS uGS UP4.1.3 4.1.3 特性曲线特性曲线 输出特性曲线也叫漏极特性是指在栅源电压输出特性曲线也叫漏极特性是指在栅源电压UGS一一定时，漏极电流定时，漏极电流ID与漏源电压与漏源电压UDS之间关系。函数表示为之间关系。函数表示为:从图中可以看出，管从图中可以看出，管子的任务形状可分为子的任务形状可分为可变电阻区、恒流区可变电阻区、恒流区和击穿区这三个区域。和击穿区

14、这三个区域。 西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-419可变电阻区可变电阻区特点特点:(1)当当vGS 为定值时为定值时,iD 是是 vDS 的线性函数，管子的的线性函数，管子的漏源间呈现为线性电阻。漏源间呈现为线性电阻。 (2)改动改动UGS时，特性曲线的时，特性曲线的斜率变化，相当于电阻的阻斜率变化，相当于电阻的阻值不同。值不同。UGS增大，相应的增大，相应的电阻增大。电阻增大。3管压降管压降vDS 很小。很小。用途：做压控线性电阻用途：做压控线性电阻条件：源端与漏端沟道都不夹断 VVPGS西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-420CVDSDGSVfi)(恒流区：恒流区

15、：(又称饱和区或放大区又称饱和区或放大区2受控性： 输入电压vGS控制输出电流21VvIiPGSDSSD特点：(1)恒流性：输出电流iD 根本上不受输出电压vDS的影响。用途:可做放大器和恒流源。条件:(1)源端沟道未夹断 (2)漏端沟道予夹断 VVPGSVVVPGSDS西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-421夹断区夹断区 用途：做无触点的、用途：做无触点的、接通形状的电子开关。接通形状的电子开关。条件：整个沟道都夹断 VVPGS击穿区击穿区VVDSBRDS)( 当漏源电压增大到 时，漏端PN结发生雪崩击穿，使iD 剧增的区域。其值普通为20 50V之间。由于VGD=VGS-VDS

16、, 故vGS越负，对应的VP就越小。管子不能在击穿区任务。0iD特点：西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-422v当漏、源之间电压当漏、源之间电压UDS坚持不变时，漏极电流坚持不变时，漏极电流ID和和栅、源之间电压栅、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即它描画了栅、源之间的电压即它描画了栅、源之间的电压UGS对漏极电流对漏极电流ID的的控制造用。控制造用。vUGS=0时，时，ID=IDSS漏极电流最大，漏极电流最大，v称为饱合漏极电流称为饱合漏极电流IDSS。v|UGS|增大，增大，ID减小，当减小，当UGS=Up时时vID=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vUGS=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 2011-4233.根据输出特性曲线做出转移特性曲线根据输出特性曲线做出转移特性曲线西安电子科技大学计算机学院 吴自力 2011-424结型场效应管的特性小结结型场效应管 N沟道耗