场效应晶体管及其电路

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1、第四章场效应晶体管及其电路第四章场效应晶体管及其电路【场效应管，7学时】1.MOS场效应管EMOS场效应管：DMOS场效应管；四种MOS场效应管比较；小信号模型分析方法2.结型场效应管工作原理：伏安特性3.场效应管应用原理§4.1场效应管（FET）场效应管是一种利用电场效应来控制电流大小的半导体器件。其特点是控制端基本上不需要电流，是一种用输入电压控制输出电流的半导体器件。它在工作过程中只有一种载流子参与导电——多子。（而在半导体三极管的工作过程中，管子内部的多子和少子都参与导电。因此，称场效应管为单极型晶体管，称半导体三极管为

2、双极型晶体管）。从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。从场效应三极管的结构来划分，它有结型场效应三极管JFET（JunctiontypeFieldEffectTransister）和绝缘栅型场效应三极管IGFET（InsulatedGateFieldEffectTransister）之分。IGFET也称金属-氧化物-半导体三极管MOSFET（MetalOxideSemicon-ductorFET）。从工作方式又分为增强型和耗尽型，由于结构和工作原理的特点，结型场效应管只有耗尽型。一

3、.结型场效应管（JFET）【1学时】图4.1结型场效应三极管的结构1.结构、电路符号及其特点（以N沟道为例）结型场效应三极管的结构如图4.1所示，它是在N型半导体的两侧扩散高浓度的P型区（用P＋表示），形成两个PN结夹着一个N型沟道的结构。两个P区用欧姆接触电极连在一起即为栅极G，N型半导体的一端引出为漏极D，另一端为源极S。箭头由P指向N。实际的JFET的结构如图4.1所示。电极D(Drain)称为漏极，相当双极型三极管的集电极；101第四章场效应晶体管及其电路G(Gate)称为栅极，相当于基极；S(Source)称为源极，相

4、当于发射极。2.JFET的工作原理（1）当VDS=0时，VGS由零向负值增加：PN结耗尽层变宽，导电沟道变窄，沟道电阻增大，导电能力减弱。VGS=VP，两个耗尽层相遇，导电沟道消失，此时的栅源电压称为夹断电压（为负值）。（2）当VGS=0时，VDS由零向正值增加：教材P158VGD=VGS-VDS呈楔形分布。当VDS增加到使VGD=VGS—VDS=VGS(off)时，在紧靠漏极处出现预夹断；当VDS继续增加，漏极处的夹断继续向源极方向生长延长。（FET开始进入放大区）（3）G、S间加负电压，D、S间加正电压：G、S间的负电压使耗

5、尽区变宽，导电沟道变窄；D、S间的正电压使耗尽区呵导电沟道进一步变淂不等宽。3.JFET的特性曲线（a）漏极输出特性曲线（b）转移特性曲线图4.2N沟道结型场效应管的特性曲线（1）输出特性分为三个区：①可变电阻区：受栅源电压控制的可变电阻。栅源电压越负，输出特性曲线越倾斜，漏源间的等效电阻就越大。②饱和区（恒流区、线性放大区）：此时流过漏源电流为饱和电流IDSS。③击穿区：漏源电压过高>VBRDS，PN结发生雪崩击穿。（2）转移特性教材P161二.IGFET（MOS管）【1学时】1.结构、电路符号及其工作原理（1）增强型（E型）

6、NMOS管结构N沟道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是在P型半导体上生成一层SiO2薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出电极，一个是漏极D，一个是源极S。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。P型半导体称为衬底，用符号B表示。工作原理①栅源电压VGS的控制作用当VGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。当栅极加有电压时，若0＜VGS＜VGS(th)时，通过栅极和衬底间的电容作用，将靠近栅极下方的P型半导体中的空穴向下方排斥

7、，出现了一薄层负离子的耗尽层。耗尽层中的少子将向表层运动，但数量有限，不足以形成沟道，将漏极和源极沟通，所以仍然不足以形成漏极电流ID。进一步增加VGS，当VGS＞VGS(th)时（VGS(th)101第四章场效应晶体管及其电路称为开启电压），由于此时的栅极电压已经比较强，在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，可以形成沟道，将漏极和源极沟通。如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流ID。在栅极下方形成的导电沟道中的电子，因与P型半导体的载流子空穴极性相反，故称为反型层。随着VGS的继续增加，ID将不断增加。在VGS=0

8、V时ID=0，只有当VGS＞VGS(th)后才会出现漏极电流，这种MOS管称为增强型MOS管。图4.3转移特性曲线VGS对漏极电流的控制关系可用iD=f(vGS)½VDS=const这一曲线描述，称为转移特性曲线，见图4.3。转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅