《4.3场效应晶体管及其应用课案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《4.3场效应晶体管及其应用课案（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、场效应管及其应用场效应管及其应用1场效应管是电压控制元件场效应管是电压控制元件, ,多子导电，输入阻抗高，多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。温度稳定性好。场效应管及其应用场效应管及其应用 三极管是电流控制元件，多数载流子和少数载流三极管是电流控制元件，多数载流子和少数载流子都参与运行，所以被称为双极型器件。子都参与运行，所以被称为双极型器件。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沟道沟道场效应管场效应管 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管结型场效应管结型场效应管2一、一、 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管一、结构和电路符号一、结构和电路符号PNNGSDP型基底型基
2、底两个两个N区区SiO2绝缘层绝缘层导电沟道导电沟道金属铝金属铝GSDN沟道增强型沟道增强型3N 沟道耗尽型沟道耗尽型PNNGSD预埋了导预埋了导电沟道电沟道 GSD在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以当uGS=0时，这些正离子已经感应出了沟道.4NPPGSDGSDP 沟道增强型沟道增强型5P 沟道耗尽型沟道耗尽型NPPGSDGSD预埋了导预埋了导电沟道电沟道 6绝缘栅型场效应管结构、符号绝缘栅型场效应管结构、符号7耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型：UGS=0时漏、源极之间已经存在原始导电沟道。时漏、源极之间已经存在原始导电沟道。增强型增强型增强型增强型：UGS=0时漏、源极之间才能形
3、成导电沟道。时漏、源极之间才能形成导电沟道。无论是无论是N沟道沟道MOS管还是管还是P沟道沟道MOS管，都只有一种载流管，都只有一种载流子导电，均为单极型电压控制器件。子导电，均为单极型电压控制器件。MOS管的栅极电流几乎为零，输入电阻管的栅极电流几乎为零，输入电阻RGS很高很高绝绝绝绝缘缘缘缘栅栅栅栅型型型型场场场场效效效效应应应应管管管管结结结结构构构构、符符符符号号号号8二、二、MOSMOS管的工作原理管的工作原理以以N 沟道增强型为例沟道增强型为例PNNGSDUDSUGSUGS=0时时D-S 间相当于间相当于两个反接的两个反接的PN结结ID=0对应截止区对应截止区9PNNGSDUDSU
4、GSUGS0时时UGS足够大时足够大时（UGSVGS(th)）将将P区少子电子区少子电子聚集到聚集到P区表面区表面，形成导电沟道，形成导电沟道，如果此时加有漏如果此时加有漏源电压，就可以源电压，就可以形成漏极电流形成漏极电流ID。感应出电子感应出电子VGS(th)称为电压开启称为电压开启10UGS较小时，导较小时，导电沟道相当于电电沟道相当于电阻将阻将D-S连接起连接起来，来，UGS越大此越大此电阻越小。电阻越小。PNNGSDUDSUGS11UGS(th)iD=f(uGS) uDS=常数常数三、增强型三、增强型N N沟道沟道MOSMOS管的特性曲线管的特性曲线输出特性曲线输出特性曲线转移特性曲
5、线转移特性曲线12 增强型场效应管不存在原始导电沟道，增强型场效应管不存在原始导电沟道， UGS=0时场效应时场效应管不能导通，管不能导通，ID=0 。 UGS0时会产生垂直于衬底表面的电时会产生垂直于衬底表面的电场。场。P型衬底与绝缘层的界面将感应出负电荷层，型衬底与绝缘层的界面将感应出负电荷层，UGS增加，增加，负电荷数量增多，积累的负电荷足够多时，两个负电荷数量增多，积累的负电荷足够多时，两个N+区沟通，区沟通，形成导电沟道，漏、源极之间有形成导电沟道，漏、源极之间有ID出现。在一定的漏、源出现。在一定的漏、源电压电压UDS下，使管子由不导通转为导通的临界栅、源电压称下，使管子由不导通转
6、为导通的临界栅、源电压称为开启电压为开启电压UGS(th)。 UGS UGS(th)时，时，随随UGS的增加的增加ID增大。增大。N沟道增强型场效应管的特性曲线沟道增强型场效应管的特性曲线13N N沟道增强型沟道增强型MOSMOS管的基本特性管的基本特性u uGSGS U UGS(th)GS(th)，管子截止，管子截止u uGSGS U UGS(th)GS(th)，管子导通，管子导通u uGSGS 越大，沟道越宽，在相同的漏源电压越大，沟道越宽，在相同的漏源电压u uDSDS作用下，漏极电流作用下，漏极电流I ID D越大越大14四、耗尽型四、耗尽型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线耗尽
7、型的耗尽型的MOS管管UGS=0时就有导电沟道，加反向时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。电压才能夹断。转移特性曲线转移特性曲线0IDUGSVGS(off)15输出特性曲线输出特性曲线IDU DS0UGS=0UGS016N沟道耗尽型场效应管的特性曲线沟道耗尽型场效应管的特性曲线 耗尽型场效应管存在原始导电沟道，耗尽型场效应管存在原始导电沟道，UGS=0时漏、源极之时漏、源极之间就可以导电。这时在外加电压间就可以导电。这时在外加电压UDS作用下的漏极电流称为漏作用下的漏极电流称为漏极饱和电流极饱和电流IDSS。UGS0时沟道内感应出的负电荷增多，沟道时沟道内感应出的负电荷增多，沟道加宽，沟道电阻
8、减小，加宽，沟道电阻减小，ID增大。增大。UGS0时会在沟道内产生出正时会在沟道内产生出正电荷与原始负电荷复合，沟道变窄，沟道电阻增大，电荷与原始负电荷复合，沟道变窄，沟道电阻增大，ID减小。减小。UGS达到一定负值时，沟道内载流子全部复合耗尽，沟道被夹达到一定负值时，沟道内载流子全部复合耗尽，沟道被夹断，断，ID=0，这时的，这时的UGS称为夹断电压称为夹断电压UGS(off)。17 在虚线左边的区域内，漏、源电压在虚线左边的区域内，漏、源电压U UDSDS相对较小，相对较小，漏极电流漏极电流I ID D随随U UDSDS的增加而增加，输出电阻的增加而增加，输出电阻r ro o较小，较小，且
9、可以通过改变栅、源电压且可以通过改变栅、源电压U UGSGS的大小来改变输出的大小来改变输出电阻电阻r ro o的阻值，这一区域称为可变电阻区。在虚线的阻值，这一区域称为可变电阻区。在虚线右边的区域内，当栅、源电压右边的区域内，当栅、源电压U UGSGS为常数时，漏极为常数时，漏极电流电流I ID D几乎不随漏、源电压几乎不随漏、源电压U UDSDS的变化而变化，特性的变化而变化，特性曲线趋于与横轴平行，输出电阻曲线趋于与横轴平行，输出电阻r ro o很大，在栅、源很大，在栅、源电压电压U UGSGS增大时，漏极电流增大时，漏极电流I ID D随随U UGSGS线性增大，这一线性增大，这一区域
10、称为放大区。区域称为放大区。漏极特性曲线分析漏极特性曲线分析18 一个重要参数一个重要参数跨导跨导gm gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。 在转移特性曲线上，在转移特性曲线上， gm为的曲线的斜率。为的曲线的斜率。 在输出特性曲线上也可求出在输出特性曲线上也可求出gm。19 场效应管的漏极电流场效应管的漏极电流I ID D受栅、源电压受栅、源电压U UGSGS的控的控制，即制，即I ID D随随U UGSGS的变化而变化，所以场效应管是的变化而变化，所以场效应管是一种电压控制器件。跨导一种电压控制器件。跨导g gm m表示：表示：20 N
11、N沟道沟道耗尽型耗尽型MOSMOS管的管的特点特点当当u uGSGS=0=0时，就有沟道，加入时，就有沟道，加入u uDSDS，就有，就有i iD D。当当u uGSGS0 0时，沟道增宽，时，沟道增宽，i iD D进一步增加。进一步增加。当当u uGSGS0 0时，沟道变窄，时，沟道变窄，i iD D减小。减小。21小结小结(1) 场效应管放大器输入电阻很大。场效应管放大器输入电阻很大。(2) 场效应管共源极放大器场效应管共源极放大器(漏极输出漏极输出)输入输入输出反相，电压放大倍数大于输出反相，电压放大倍数大于1；输出电；输出电阻阻=RD。(3) 场效应管源极跟随器输入输出同相，电场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于压放大倍数小于1且约等于且约等于1；输出电阻；输出电阻小。小。22
