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1、上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础1.4 场效应管场效应管三极管的主要特点：三极管的主要特点：1. 电流控制型器件。电流控制型器件。2. 输入电流大，输入电阻小。输入电流大，输入电阻小。3. 两种极型的两种极型的载流子都参与导电，又称为载流子都参与导电，又称为双极型晶双极型晶体管体管，简称，简称BJT（Bipolar Junction Transistor)。上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础场效应管，简称场效应管，简称FET( (Field Effect Transistor )，其主，其主要特点：要特点：(a) 输入电阻高，可达输入电阻高，可达1
2、07 1015W W。(b) 起导电作用的是多数（一种）载流子，又称为起导电作用的是多数（一种）载流子，又称为单极型单极型晶体管晶体管。(c) 体积小、重量轻、耗电省、寿命长。体积小、重量轻、耗电省、寿命长。(d) 噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单。噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单。(e) 在大规模集成电路制造中得到了广泛的应用。在大规模集成电路制造中得到了广泛的应用。上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础1. 结型场效应管，简称结型场效应管，简称JFET (Junction Field Effect Transistor)场效应管按结构可分为：场
3、效应管按结构可分为：场效应管的类型：场效应管的类型：2. 绝缘栅型场效应管，简称绝缘栅型场效应管，简称IGFET (Isolated Gate Field Effect Transistor)都都具具有有3个个电极极：栅极极、源源极极和和漏漏极极，分分别与与三三极极管的基极、管的基极、发射极和集射极和集电极相极相对应。上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础N N沟道沟道沟道沟道结结型管的型管的型管的型管的结结构与符号构与符号构与符号构与符号1.4.1 结型场效应管结型场效应管 工作原理：工作原理：外外加加电电压压，控控制制耗耗尽尽层层宽宽度度控控制制沟沟道道宽宽度度控制沟道电
4、流控制沟道电流上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础（1）JFET是是利利用用uGS 所所产产生生的的电电场场变变化化来来改改变变沟沟道道电阻的大小电阻的大小，（2）场效应管为一个电压控制型的器件。场效应管为一个电压控制型的器件。（3） 在在N沟道沟道JFET中中，uGS和和UGS（off）均为均为负值。负值。小结：小结：在在P沟道沟道JFET中中，uGS和和UGS（off）均为均为正值正值。 即利用电场效应控
5、制沟道中流通的电流即利用电场效应控制沟道中流通的电流大小，因而称为大小，因而称为场效应管场效应管。上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础1.4.2 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管 N沟道沟道IGFET耗尽型耗尽型增强型增强型P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道绝缘栅型场效应管的类别绝缘栅型场效应管的类别 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础N沟道增强型沟道增强型工作原理：工作原理：外加电压，控制感应电荷区宽度外加电压，控制感应电荷区宽度控制沟道电流控制沟道电流上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础PN+SGDN+以以P型半导体作衬底型半导体作
6、衬底形成两个形成两个PN结结SiO2保护层保护层引出两个电极引出两个电极引出两个电极引出两个电极引出栅极引出栅极Al从衬底引出电极从衬底引出电极两边扩散两个高两边扩散两个高浓度的浓度的N区区上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础PN+SGDN+SiO2保护层保护层Al故又称为故又称为MOS管管管子组成：管子组成：a. 金属金属（Metal)b. 氧化物氧化物(Oxide)c.半导体半导体(Semiconductor)上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础2. 工作原理工作原理 电电路路连连接接图图PN+SGDN+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电
7、子技术基础(1) uGS =0 ,uDS0源极和漏极之间始终有一个源极和漏极之间始终有一个PN结反偏，结反偏，iD=0PN+SGN+iD=0D+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础PN+SGN+iD=0D+（2）uGS 0 , ,uDS =0产生垂直向下的电场产生垂直向下的电场上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础PN+SGN+iD=0D+电场排斥空穴电场排斥空穴形成耗尽层形成耗尽层吸引电子吸引电子上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础PN+SGN+iD=0D+形成导电沟道形成导电沟道当当uGS =UGS(th)时时出现反型层出现反型层上
8、页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础PN+SGN+iD=0D+UGS(th)开启电压开启电压N沟道增强型沟道增强型MOS管，简称管，简称NMOSN沟道沟道上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础PN+SGN+iD0D+（3）当当uGS UGS(th） , ,uDS0uDS(b) 沿沟道有电位梯度沿沟道有电位梯度(a) 漏极电流漏极电流iD0uDS增大增大，iD增大。增大。上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础PN+SGN+iD0D+uDS(b) 沿沟道有电位梯度沿沟道有电位梯度(c)不同点的电场强不同点的电场强度度不同不同, ,左高右低左高右
9、低(a) 漏极电流漏极电流iD0uDS增大增大，iD增大。增大。（3）当当uGS UGS(th） , ,uDS0上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础PN+SGN+iD0D+uDS(d)沟道反型沟道反型层呈层呈楔形楔形(b) 沿沟道有电位梯度沿沟道有电位梯度(c)不同点的电场强度不同点的电场强度不同不同, ,左高右低左高右低(a) 漏极电流漏极电流iD0uDS增大增大，iD增大。增大。（3）当当uGS UGS(th） , ,uDS0上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础a. uDS升高升高沟道变窄沟道变窄PN+SGN+iD0D+uDS反型层变窄反型层变窄上页
10、上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础b. 当当uGD =uGS-uDS=UGS(th）时时PN+SGN+iD0D+uDS沟道在漏沟道在漏极端夹断极端夹断(b) 管子预夹断管子预夹断(a) iD达到最大值达到最大值上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础c. 当当uDS进一步增大进一步增大(a) iD达达到最大值到最大值且恒定且恒定PN+SGN+iD0D+uDSPN+SGN+D+uDS沟道夹断区延长沟道夹断区延长(b) 管子进入恒流区管子进入恒流区上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础2伏安特性与参数伏安特性与参数 a输出特性输出特性可可变变电电
11、阻阻区区放大区放大区截止区截止区输出特性曲线输出特性曲线24061020上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(1) 可变电阻区可变电阻区a. uDS较小，沟道尚未夹断较小，沟道尚未夹断b. uDS uGS- |UGS(th)| c. .管子相当于受管子相当于受uGS控制的控制的压控电阻压控电阻各区的特点：各区的特点：可可变变电电阻阻区区24061020上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(2) 放大区放大区( (饱和区、恒流区饱和区、恒流区) )a. 沟道予夹断沟道予夹断c. iD几乎与几乎与uDS无关无关d. iD只受只受uGS的控制的控制b. uDS
12、 uGS- |UGS(th)| 放大区放大区24061020上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础截止区截止区a. uGSUGS(th)(3) 截止区截止区b.沟道完全夹断沟道完全夹断c. iD= =024061020上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础场效应管的特点（场效应管的特点（与双极型三极管比较与双极型三极管比较）（1）场效应管是一种电压控制器件，即通过场效应管是一种电压控制器件，即通过uGS来来控制控制iD；双极型三极管是一种电流控制器件，即通过双极型三极管是一种电流控制器件，即通过iB来控
13、制来控制iC（2）场效应管的输入端电流几乎为零，输入电阻非场效应管的输入端电流几乎为零，输入电阻非常高。常高。双极型三极管的发射结始终处于正向偏置，有一定的输双极型三极管的发射结始终处于正向偏置，有一定的输入电流，基极与发射极间的输入电阻较小。入电流，基极与发射极间的输入电阻较小。上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础（4）场效应管具有噪声小、受辐射的影响小、热稳定场效应管具有噪声小、受辐射的影响小、热稳定性较好，且存在零温度系数工作点。性较好，且存在零温度系数工作点。（3）场效应管是利用多数（一种极性）载流子导电的。场效应管是利用多数（一种极性）载流子导电的。在双极型三极管
14、中二种极性的载流子（电子和空穴）在双极型三极管中二种极性的载流子（电子和空穴）同时参与了导电。同时参与了导电。（5）场效应管的结构对称，有时（除了源极和衬底场效应管的结构对称，有时（除了源极和衬底在在制造时已连在一起的制造时已连在一起的MOS管）管）漏极和源极可以互换使用，漏极和源极可以互换使用，且各项指标基本不受影响，使用方便、灵活。且各项指标基本不受影响，使用方便、灵活。上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础（6）场效应管制造工艺简单，有利于大规模集成。场效应管制造工艺简单，有利于大规模集成。每个每个MOS场效应管在硅片上所占的面积只有双极场效应管在硅片上所占的面积只有双极性三极管性三极管5%。（7）场效应管的跨导小，当组成放大电路时，在相同场效应管的跨导小，当组成放大电路时，在相同的负载电阻下，电压放大倍数比双极性三极管低。的负载电阻下，电压放大倍数比双极性三极管低。（8） 由于由于MOS管的输入电阻高，由外界感应产生的电管的输入电阻高，由外界感应产生的电荷不易泄露，而栅极上的绝缘层又很薄，这将在栅极上荷不易泄露，而栅极上的绝缘层又很薄，这将在栅极上产生很高的电场强度，以致引起绝缘层的击穿而损坏管产生很高的电场强度，以致引起绝缘层的击穿而损坏管子。子。
