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1、第8章场效应管及其放大电路第7章介绍的半导体三极管是用基极电流去控制集电极电流的器件,称为电流控制电流源器件,用CCCS表示,三极管中有两种载流子参与导电,温度稳定性较差。本章介绍的场效应管是只有一种载流子参与导电的半导体器件,是一种用输入电压控制输出电流的半导体器件,属于电压控制电流源器件,用VCCS表示。场效应管的分类;场效应管(FieldEffectTransistorFET从参与导电的载流子来划分,可以分为以电子作为载流子的N沟道器件和以空穴作为载流子的P沟道器件。从场效应管的结构来划分,可以分为绝缘栋型场效应管IGFET(InsulatedGateFieldEffectTransis
2、tor)和结型场效应管JFET(JunctionFieldEffectTransisto),IGFET也称为金属-氯化物-半导体场效应管MOSFET(Metal一Oxide一SemiconductorFieldEffectTransistor)。8.1绝缘栅型场效应管按照导电沟道的形成机理不同,N沟道MOSFET和P沟道MOSFET又各有增强型和耗尽型两大类。结构剖面图:8.1.1N沟道增强型MOSFET8冲8林西1.N沟道增强型MOSFET的结构锭结构示意图:f人源极栅极漪极)S8山h铋尿厂sio。B绝缘层,dT一符葛口巷H当口_o56於14ge口“5尿一一一s一千一2.N沟道增强型MOSF
3、ET的工作原理场效应管的栅一源电压vcs及漏一源电压vos都会对管子的工作状态有影响。(1)vocs对导电沟道和漏极电流的控制作用vcs一0时,没有导电沟道:当柳源电压vcs-=0时,增强型MOS管的湘杜4和源极s之间是两个者靠荔的PN结。即使加上溥源电压vos,不论vos的极性如何,总有一个PN结处于反偏状态,漏源之间没有导电沟道,漏极电.B流i5=0,SiO。绝缘尿vcsT时,形成导电沟道:当vps一0丁vcs0时,由于柳极和源极之间、柳极和湾极之间均被SiO,绝缘层隔开,SiO。所以栅极电流为零。绝缘局同时栅极与衬底之间产生了一个垂直于半导体表面、由栅极指向衬底的电场。在这个电场的作用,
4、栅极下方P型半导佛中的多数载流子(空穴被排斥,留下不能移动的负离才,仰而形成耗尽层、电场也将P型衬底中的少数载流子(电子)吸引到到栅极下的衬底表面,形成一个N型薄层,称为反型层。反型层把左右两个N十区连接起来,构成了漏极与源极之间的导电沟道。使导电沟道刚刚形成的柳源电压s称为开启电压,用V表示,有时也用Vesm表示。在vcsV时才能形成导电沟道的MOS管称为增强型MOS管.导电沟道形成以后,在漪源极间加上正电压vos,就产生漪极电流ip。(2)vos对导电沟道和漪极电流i的影响设vcs=VcsVr,且为定值。(a)y”s=0时加二0若vos一0,此时尽管有导电沟道,漏极还是没有电流,ib=0:
5、由于源极和衬底相连,如果作用负的漏源电压(vos0)。(b)vos较小(ros0)时,沟道中就有电流ib流过。由于沟道存在一定的电阻,因此,ib沿沟道形成的源极端小、漏极端大的电位分布,导致沟道内的电场强度沿沟道从漏极端到源极端逐渐减小,沟道厚度亦从漏极端到源极端逐渐减小;(c)vps增大到yos=vcs-r时,预夹断当vbs足够大时,使vcbzvcs-vbs略小于开启电压以,则靠近漏极的电场强度不能吸引足够的电子形成的反型层,此处沟道刚好被夹断,称为预夹断,预夹断对应的临界漏源电压方程为vas-vos=W。预夹断前,沟道电阻基丫不变;漏忠电流ib随v5s线性增加。预夹断以后,由于预夹断区无载
6、流孔,夹断区电阻远比未夹断区电阻大,vps增加的部分几乎全部作用在夹断区,未夹断区则基本保持预夹断时的电压,形成的沟道电流基本不变。预夹断后漏极电流基本保持预夹断前的电流,不再随的vos增加而变化,具有恒流特性。预夹后的漏极电流与柳源电压有关,反映了MOS管的电压控制电流的特性。晶体管:(二Aic/Aip)场效应管用低频跨导g来描述动态情况下栅源电压vcs对漪极电流ib的控制作用:AZDAycs(dvosycs-什时,5河和(g,越大,柳源电压vcs对漏极电流i的控制作用越强。)8n二若vos继续增加,预夹断向源极方向延伸。结论:MOS管的导电沟道中只有一种类型的载流子参与导电,这与MOS管一样,所以称为单极型晶体管。MOS管栅极是绝缘的,栅极输入电流近似为零。漏极电流ib受柳源电压vcs的控制,即MOS管是电压控制电流器件。预夹断前ip与yos,近似星线性关系;预夹断后,加趋于饱和。
