南理工模电课件4-1.ppt

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1、主要内容链接4.1结型场效应管1.JFET的结构和工作原理2.JFET的特性曲线及参数4.3金属-氧化物-半导体场效应管1.N沟道增强型MOSFET2.N沟道耗尽型MOSFET总结和比较第四章场效应管放大电路BJT是电流控制器件iBiCiDFET是电压控制器件vGSiE≈iCN沟道P沟道增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道4.1结型场效应管结型场效应管JFET(JunctiontypeFieldEffectTransistor)是利用半导体内的电场效应进行工作的，又称体内场效应器件。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

2、子的P沟道器件。d：漏极(drain)，相当于BJT管的c极s：源极(source)，相当于BJT管的e极g：栅极(gate)，相当于BJT管的b极1.JFET的结构和工作原理(1)结构(a)N沟道JFET的结构和代表符号(b)P沟道JFET的结构和代表符号(2)工作原理N沟道JFET正常工作时：g极与s极加负压(vGS<0)d极与s极加正压(vDS>0)N沟道中的多数载流子(电子)由源极向漏极漂移，形成电流iD。因为导电的载流子为自由电子，所以称为N沟道JFET。iD5V10V-5-50V大于0VPN结均反偏，没有横向电流(a)vGS对iD的控制作用

3、场效应管内没有电流，整个半导体处于稳定的平衡状态。设vDS=0，若vGS=0：当

4、vGS

5、增大，耗尽层加宽，沟道电阻加大。当

6、vGS

7、增大到使两侧耗尽层合拢，称沟道被夹断，相应的vGS称夹断电压，用VP表示。vDS=0，vGS<0时：10V-10V-10V0V0V沟道中有iD电流，

8、vGS

9、增大，耗尽层加宽，沟道电阻加大，iD电流下降。直到vGS＝VP，iD＝0。vDS>0，vGS<0时：(b)vDS对iD的控制作用开始阶段iD随着vDS增大而迅速增大vGS=0，vDS>0:10V000V8V耗尽层上宽下窄iD随着vDS继续增大，靠近漏极处的耗尽层首先

10、在A点处合拢，称为预夹断。此时iD趋于饱和，称为饱和漏极电流，用IDSS表示。“预夹断”后，若vDS继续上升，夹断区进一步向源极延伸；如果vDS过大，则N沟道中的PN结会反向击穿，iD将迅速上升。夹断区的电场很强，仍能将电子拉到漏极，而未夹断区的场强几乎不变，所以iD基本不变。若vGS<0，vDS>0:5V10V-5V-5V0V8V(c)总结JFET工作时栅极、沟道之间的PN结反偏，iG0，输入电阻高；预夹断前，iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和，不受vDS影响，而受vGS控制，所以说JFET是电压控制电流器件。2.JFET的特性曲线

11、及参数(1)输出特性JFET的输出特性是指在栅源电压vGS一定的情况下，漏极电流iD与漏源电压vDS之间的关系。可变电阻区，该区的边界是vDS=vGS-Vp，工作在该区的JFET可看作压控电阻饱和区、恒流区或线性放大区，该区的iD不随vDS变化，只受vGS控制，此时JFET可看作电压控制电流源击穿区，该区的边界是vDS=vGS-VBR截止区或夹断区，该区的边界是vGSVp，特点是iD＝0(2)转移特性JFET的转移特性是指在一定的漏源电压vDS下，栅源电压vGS对漏极电流iD的控制特性。转移特性是输出特性的又一种形式，可以直接从输出特性上用作图法求出

12、。JFET转移特性示意图说明JFET一般工作在饱和区，可认为其转移特性重合为一条转移特性曲线与纵轴的交点为vGS＝0，iD＝IDSS，与横轴的交点为vGS＝VP，iD＝0(3)主要参数(a)直流参数夹断电压VP根据JFET的转移特性可知，当vDS固定(测试时通常定为10V)，iD为零时的栅源电压vGS=VP。饱和漏极电流IDSSvGS=0时，vDS>

13、VP

14、时的漏极电流。测试时通常令vDS=10V。直流输入电阻漏源之间短路(vDS=0)，栅源电压VGS与栅极电流IG的比值，一般大于107。测试时通常令

15、VGS

16、=10V。低频互导(跨导)gmvDS=常

17、数，漏极电流的微变量和栅源电压微变量之比。(b)交流参数gm是转移特性曲线在vGS＝VGSQ点附近的斜率，它反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。交流输出电阻rdrd是输出特性曲线在vDS=VDSQ点的斜率的倒数，反映了漏源电压对漏极电流的影响。在饱和区，iD基本不变，rd很大(几十～几百千欧)最大漏源电压V(BR)DS栅极与沟道间的PN结发生反向击穿的vDS值。V(BR)DS＝vGS-VBR最大栅源电压V(BR)GS栅极与沟道间的PN结发生反向击穿的vGS值。V(BR)GS＝vDS+VBR最大耗散功率PDMPDM＝vDSiD(c)极限参数4.3金属-氧

18、化物-半导体场效应管金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET(Metal－Oxide-Semi