模拟电子技术 5.1 场效应管FET.ppt

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1、第第5章章 场效应管场效应管(FET)参见：参见：模拟部分模拟部分 5.3节、节、5.1节节应用电场效应工作的电子器件。应用电场效应工作的电子器件。单极型晶体管。单极型晶体管。电压控制电流器件。电压控制电流器件。功耗小，输入阻抗高、抗干扰能力强。功耗小，输入阻抗高、抗干扰能力强。广泛应用于大规模集成电路中。广泛应用于大规模集成电路中。FET是是1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结结 型型MOSFET金属金属-氧化物氧化物-半导体型半导体型(绝缘栅型绝缘栅型)分类：分类：耗尽型耗尽型：场效应管没

2、有加偏置电压时，就有导电沟道存在：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在增强型增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道25.1 绝缘栅场效应三极管绝缘栅场效应三极管1.增强型增强型(N沟道增强型为例沟道增强型为例)(1)结构示意图、符号结构示意图、符号漏极栅极源极铝G极极绝缘栅极绝缘栅极IG=0,Ri可高达可高达1015 图形符号图形符号 N沟道、增强型沟道、增强型3（2）工作原理）工作原理栅源电压栅源电压VGS对对ID的控制作用的控制作用v当当VGS=0V 时，漏源之间是两个背时，漏源之间是两个背靠背的靠背的PN结，在结，在D、S之间加上电压

3、之间加上电压不会在不会在D、S间形成电流，间形成电流，ID=0v若若0VGSVGS(th)(VT 开启电压开启电压)时，时，栅极和衬底间的栅极和衬底间的电场作用电场作用，将靠近栅极附近的，将靠近栅极附近的P型衬底中的空穴型衬底中的空穴向下方排斥，出现了一薄层负离子的耗尽层。向下方排斥，出现了一薄层负离子的耗尽层。同时同时P型衬底中的型衬底中的少子少子电子电子被吸引到衬底表面，但被吸引到衬底表面，但数量有限数量有限，所以不可能形成漏极电流所以不可能形成漏极电流ID4vVGS，当当VGSVT时，时，靠近栅极下方的靠近栅极下方的P型半导体表层中型半导体表层中聚集聚集足够的电子足够的电子，可形成将漏极

4、和源极沟通的可形成将漏极和源极沟通的导电沟道导电沟道如果此时加有漏源电压，就可以形成如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流漏极电流ID。在在VGS=0V时时ID=0，只当，只当VGSVT后才会出现漏极电流后才会出现漏极电流，这种这种MOS管称为管称为增强型增强型MOS管管。在栅极下方形成的导电沟道中的在栅极下方形成的导电沟道中的电子电子，因，因与与P型半导体的型半导体的多数载流子多数载流子空穴极性相反空穴极性相反，故称为，故称为反型层反型层v随着随着VGS的继续增加，的继续增加，ID将不断增加。将不断增加。5VGS对漏极电流的控制关系可用对漏极电流的控制关系可用 ID=f(VGS)VDS=常

5、数常数 称为称为转移特性曲线转移特性曲线图 4.3.3 (b)VTN沟道增强型沟道增强型MOSFET的转移特性曲线如下图：的转移特性曲线如下图：6漏源电压漏源电压VDS对漏极电流对漏极电流Id的影响：的影响：v当当VDS较小较小时，因沟道存在电梯度，沟道如图时，因沟道存在电梯度，沟道如图(a)，呈斜，呈斜线分布。线分布。VGD=VGS-VDSVT,ID将随将随VDS上升迅速增大上升迅速增大。当当VGSVT，且固定为某一值时，分析漏，且固定为某一值时，分析漏源电压源电压VDS对漏极电流对漏极电流ID的影响的影响。v当当VDS大到一定大到一定数值时，数值时，VGD=VGS-VDS=VT,靠近漏端的

6、导电沟靠近漏端的导电沟道被夹断，沟道如图道被夹断，沟道如图(b)所示，此时称为所示，此时称为预夹断预夹断。沟道如图沟道如图(c)所示。所示。v此后此后VDS对电子吸引力对电子吸引力予夹断长度予夹断长度达到动态平衡达到动态平衡 iD不随不随VDS而而7漏极输出特性曲线漏极输出特性曲线当当VGSVGS(th)，且为某一定值时，且为某一定值时，VDS对对ID的影响，的影响，即即ID=f(VDS)VGS=常数常数称为漏极称为漏极输出特性曲线输出特性曲线。图4.3.3 (a)如如ID=f(VDS)VGS=5VVGS正压对正压对iD有控制作用，有控制作用，为随为随VGS不同而不同的一族曲不同而不同的一族曲

7、线。线。分四个区域：分四个区域：8(1)当当VGSVT,VDS较小时较小时，N沟道没被预夹断，沟道没被预夹断，ID随随VDS 而而 。VGS不同，倾斜度不同不同，倾斜度不同可变电阻区可变电阻区(3)VDS 使导电沟道使导电沟道预夹断后预夹断后，随着，随着VDS，夹断长度，夹断长度 ，但电场强度也，但电场强度也，ID饱和饱和。饱和区、恒流区饱和区、恒流区线性放大区线性放大区(4)VDS 到一定值，漏极、衬底间到一定值，漏极、衬底间PN结反向击穿结反向击穿。iD急急剧剧 击穿区击穿区92、N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFETN沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET的结构和符号如图，与增强型不同在于：的结构

8、和符号如图，与增强型不同在于：在栅极下方的在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量正离子绝缘层中掺入了大量正离子。当当VGS=0时，这些正离子已感应出反型层，在时，这些正离子已感应出反型层，在漏源之间形成了沟道漏源之间形成了沟道。只要有漏源电压，就有漏极电流存在。只要有漏源电压，就有漏极电流存在。正离子正离子符号符号图形符号：图形符号：N沟道、耗尽型沟道、耗尽型10VGS0时时，削弱正离子电场的作用。随着，削弱正离子电场的作用。随着|VGS|漏极电流逐渐漏极电流逐渐减减小小，直至，直至ID=0。对应对应ID=0的的VGS称为称为夹断电压夹断电压，用符号，用符号VGS(off)表示，或用表示，或用VP表示。表示。当当VGS0时，将使时，将使ID进一步增加进一步增加。（与。（与JFET不同）不同）VGS对漏极电流的控制作用对漏极电流的控制作用（转移特性曲线）（转移特性曲线）与与JFET不同不同与与JFET的转移的转移特性曲线相似特性曲线相似11作业：作业：模拟部分模拟部分 P60 2.4.3,2.4.4,2.4.5,2.4.6 P141 3.1.1,3.1.2,3.3.2 12