电子技术场效应管精选文档.ppt
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1、电子技术场效应管本讲稿第一页,共三十六页3.3.掌握掌握场效应管的伏安特性及主要参数;场效应管的伏安特性及主要参数;本章要求:本章要求:1.1.了解了解了解了解场效应管的结构与类型;场效应管的结构与类型;场效应管的结构与类型;场效应管的结构与类型;2.理解理解理解理解场效应管的工作原理;场效应管的工作原理;场效应管的工作原理;场效应管的工作原理;4.4.掌握掌握场效应管放大电路的分析。场效应管放大电路的分析。本讲稿第二页,共三十六页场效应管的特点场效应管的特点 1.1.它是利用改变外加它是利用改变外加电压电压产生的产生的电场强度电场强度来控制其来控制其导电能力的半导体器件。导电能力的半导体器件
2、。2.2.它具有双极型三极管的体积小、重量轻、耗电少它具有双极型三极管的体积小、重量轻、耗电少、寿命长等优点,、寿命长等优点,3.3.还具有输入电阻高、热稳定性好、抗辐射能力还具有输入电阻高、热稳定性好、抗辐射能力强、噪声低、制造工艺简单、便于集成等特点。强、噪声低、制造工艺简单、便于集成等特点。4.4.在大规模及超大规模集成电路中得到了广泛的应用。在大规模及超大规模集成电路中得到了广泛的应用。本讲稿第三页,共三十六页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(IGF
3、ET)分类:分类:3.1 3.1 场效应晶体管场效应晶体管(FET(FET)本讲稿第四页,共三十六页 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表示表示符号符号符号符号#符号中的箭头方向表示什么?符号中的箭头方向表示什么?符号中的箭头方向表示什么?符号中的箭头方向表示什么?3.1.1 3.1.1 结型场效应晶体管结型场效应晶体管JFETJFET本讲稿第五页,共三十六页结型场效应管的结构如图所示。结型场效应管的结构如图所示。在一块在一块N N型半导体材料的两边各扩型半导体材料的两边各
4、扩散一个高杂质浓度的散一个高杂质浓度的P+P+区区,就形就形成两个不对称的成两个不对称的P+NP+N结,即耗尽结,即耗尽层。把两个层。把两个P+P+区并联在一起,引区并联在一起,引出一个电极出一个电极g g,称为栅极,在,称为栅极,在N N型型半导体的两端各引出一个电极,半导体的两端各引出一个电极,分别称为源极分别称为源极s s和漏极和漏极d d。夹在两个夹在两个P+N结中间的区域称为导电沟结中间的区域称为导电沟道(简称沟道)。道(简称沟道)。图所示的管子的图所示的管子的N区是电流的通道,区是电流的通道,称为称为N沟道结型场效应管。沟道结型场效应管。本讲稿第六页,共三十六页场效应管的三个电极与
5、三极管的三个电极的对应关系场效应管的三个电极与三极管的三个电极的对应关系栅极栅极g-基极基极b 源极源极s-发射极发射极e 漏极漏极d-集电极集电极c 1.P 1.P 沟道和沟道和N N沟道结构及电路符号沟道结构及电路符号P沟沟道道G门极门极D漏极S源极源极gdsP沟道结构及电路符号沟道结构及电路符号N沟道G门极门极D漏极S源极源极gdsN沟道结构及电路符号沟道结构及电路符号本讲稿第七页,共三十六页2.工作等效(以工作等效(以P沟道为例)沟道为例)UgsIsId(1(1)PN结不加结不加反向反向电压(电压(Ugs)或加的或加的电压不足以使电压不足以使沟道沟道闭合闭合时。沟道导通,时。沟道导通,
6、电阻很小,并且电阻很小,并且阻阻值值随沟道的随沟道的截面截面积减积减少少而而增大增大。称称可变电可变电阻区阻区 ;ID=UDs/RDsRDSPNNGIDIS=IDPN结结PN结结+-UGS增大耗尽层加厚。增大耗尽层加厚。UGS=0:ID=IDSS电路图电路图 等效图等效图本讲稿第八页,共三十六页(2)恒流工作(电压控制电流源)恒流工作(电压控制电流源)GID+RDVDDDSPN结加结加反向反向电压(电压(Ugs)使使沟道沟道微微闭闭合合时电流时电流ID与与UDS无关,无关,称称恒流区。恒流区。ID=IDSS(1-)2ugsvPPNNGIDIS=IDPN结结PN结结+-耗尽层闭合耗尽层闭合时时U
7、GS=VPRDVDDUGS电路图电路图 等效图等效图本讲稿第九页,共三十六页(3)(3)截止工作截止工作PNNGID=0IS=IDPN结结PN结结+-RDVDDUGS耗尽层耗尽层完全闭合,沟道夹完全闭合,沟道夹断,电子过不去断,电子过不去栅极电压栅极电压UGS大于等大于等夹断电压夹断电压UP时,时,ID=0相当一个很大的电阻相当一个很大的电阻本讲稿第十页,共三十六页3.JFET3.JFET的主要参数的主要参数1)夹断电压)夹断电压VP:手册给出是手册给出是ID为一微小值时的为一微小值时的VGS2)饱和漏极电流)饱和漏极电流IDSS;VGS=0,时的,时的IDudsidvgs=常数常数vgsid
8、Uds=常数常数uGS id5)极限参数:极限参数:V(BR)DS、漏极的附近发生雪崩击穿。、漏极的附近发生雪崩击穿。V(BR)GS、栅源间的最高反向击穿。、栅源间的最高反向击穿。PDM 最大漏极允许功耗最大漏极允许功耗,与三极管类似。,与三极管类似。3)、电压控制电流系数电压控制电流系数gm=4 4)交流输出)交流输出电阻电阻 rds=本讲稿第十一页,共三十六页4.特性曲线:特性曲线:与三极管相同,场效应管也有输入和输出的特性曲线。称为与三极管相同,场效应管也有输入和输出的特性曲线。称为转移特性曲线和输出特性曲线。以转移特性曲线和输出特性曲线。以N N型型JFETJFET为例:为例:0ugs
9、(v)-4 -3 -2 -1idmA54321VPIDSSN型型JFET的转移曲线的转移曲线可变电阻区截止区IB0UDS=UGS-VPN型型JFET的的输出特性曲线输出特性曲线(V)UDS-4V-2.0V-1VUGS=0V Vma ID放大区0击击穿穿区区本讲稿第十二页,共三十六页综上分析可知综上分析可知 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电,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。所以场效应管也称为单极型三极管。JFETJFET是电压控制电流器件,是电压控制电流器件,i iD D受受v vGSGS控制控制预夹断前预夹断前i iD D与与v vDSDS呈近似线
10、性关系;预夹断后,呈近似线性关系;预夹断后,i iD D趋于饱和。趋于饱和。#为什么为什么为什么为什么JFETJFET的输入电阻比的输入电阻比的输入电阻比的输入电阻比BJTBJT高得多?高得多?高得多?高得多?JFETJFET栅极与沟道间的栅极与沟道间的PNPN结是反向偏置的,因结是反向偏置的,因 此此i iG G 0 0,输入电阻很高。,输入电阻很高。本讲稿第十三页,共三十六页Sect增强型增强型MOSFET耗尽型耗尽型MOSFET3.1.2 3.1.2 3.1.2 3.1.2 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管 MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET
11、本讲稿第十四页,共三十六页1.N1.N沟道沟道增强型增强型MOSMOS场效应管结构场效应管结构漏极漏极D集电极集电极C源极源极S发射极发射极E栅极栅极G基极基极B衬底衬底B电极电极金属金属绝缘层绝缘层氧化物氧化物基体基体半导体半导体因此称之为因此称之为MOS管管Sect本讲稿第十五页,共三十六页当当UGS较小较小时,虽然在时,虽然在P型衬底表型衬底表面形成一层面形成一层耗尽层耗尽层,但负离子不能,但负离子不能导电。导电。当当UGS=UT时时,在在P型衬底表面型衬底表面形成一层形成一层电子层电子层,形成,形成N型导电沟型导电沟道,在道,在UDS的作用下形成的作用下形成ID。UDSID+-+-+-
12、UGS反型层反型层 当当UGS=0V时,漏源之间相当两个背靠背的时,漏源之间相当两个背靠背的PN结,无论结,无论UDS之之间加上电压不会在间加上电压不会在D、S间形成电流间形成电流ID,即即ID0.当当UGSUT时时,沟道加厚,沟道电阻减少,沟道加厚,沟道电阻减少,在相同在相同UDS的作用下,的作用下,ID将进一步增加将进一步增加开始无导电沟道,当在开始无导电沟道,当在UGS UT时才形成沟道时才形成沟道,这种类型的管子称为这种类型的管子称为增强型增强型MOS管管Sect本讲稿第十六页,共三十六页增强型增强型MOSMOS管管U UDSDS一定时,一定时,U UGSGS对漏极电流对漏极电流I I
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