模拟电子技术基础第8章场效应管及其放大电路ppt课件.ppt

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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（FieldEffectTransistor,FET）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，可以分为绝缘栅型场效应管IGFET(InsulatedGat

2、eFieldEffectTransistor)和结型场效应管JFET(JunctionFieldEffectTransistor)，IGFET也称为金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET（Metal－Oxide－SemiconductorFieldEffectTransistor）。场效应管的分类：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。8.1.1N沟道增强型MOSFET1.N沟道增强型MOSFET的结构结构示意图:结构剖面图:符号:2.N沟道增强型MOSFET的工作

3、原理场效应管的栅－源电压vGS及漏－源电压vDS都会对管子的工作状态有影响。（1）vGS对导电沟道和漏极电流的控制作用vGS＝0时，没有导电沟道：当栅源电压vGS=0时，增强型MOS管的漏极d和源极s之间是两个背靠背的PN结。即使加上漏源电压vDS，不论vDS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，漏极电流iD＝0，当vDS＝0且vGS>0时，由于栅极和源极之间、栅极和漏极之间均被SiO2绝缘层隔开，所以栅极电流为零。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。vGS>vT时，形成导电沟道：在这个电

4、场的作用，栅极下方P型半导体中的多数载流子（空穴）被排斥，留下不能移动的负离子，从而形成耗尽层。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＋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栅源电压vGS称为开启电压，用VT表示，有时也用VGS(th)表示。在vGS

5、vDS，就产生漏极电流iD。（2）vDS对导电沟道和漏极电流iD的影响设vGS=VGS>VT，且为定值。若vDS＝0，此时尽管有导电沟道，漏极还是没有电流，iD＝0:由于源极和衬底相连，如果作用负的漏源电压（vDS<0），则漏区与衬底间的PN结将正向导通，将导电沟道短路，这是不允许的。因此，漏源电压必须大于零（vDS>0）。(a)vDS＝0时，iD＝0;(b)vDS较小(vDS0）时，沟道中就有电流iD流过。由于沟道存在一定的电阻，因此，iD沿沟道形成的源极端小、漏极端大的

6、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)vDS增大到vDS=vGS-VT时，预夹断当vDS足够大时，使vGD=vGS-vDS略小于开启电压VT，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vGS-vDS=VT。预夹断前，沟道电阻基本不变，漏极电流iD随vDS线性增加。预夹断以后，由于预夹断区无载流子，夹断区电阻远比未夹断区电阻大，vDS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

7、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vDS增加而变化，具有恒流特性。(d)vDS>vGS-VT时，iD饱和若vDS继续增加，预夹断向源极方向延伸。预夹后的漏极电流与栅源电压有关，反映了MOS管的电压控制电流的特性。晶体管：β（＝ΔiC/ΔiB）场效应管用低频跨导gm来描述动态情况下栅源电压vGS对漏极电流iD的控制作用：（gm越大，栅源电压vGS对漏极电流iD的控制作用越强。）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

8、流iD受栅源电压vGS的控制，即MOS管是电压控制电流器件。预夹断前iD与vDS，近似呈线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。3.N沟道增强型MOSFET