模电课件场效应管及其基本电路.ppt

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1、第三章场效应管及其基本电路1场效应晶体管（场效应管）利用多数载流子的漂移运动形成电流。场效应管FET(FieldEffectTransistor)结型场效应管JFET绝缘栅场效应管IGFET双极型晶体管主要是利用基区非平衡少数载流子的扩散运动形成电流。2JFET利用PN结反向电压对耗尽层厚度的控制来改变导电沟道的宽度，从而控制漏极电流的大小。IGFET绝缘栅极场效应管利用栅源电压的大小来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。33.1.1结型场效应管结型场效应管的结构及工作原理N型沟道PPDGSDSG(a

2、)N沟道JFET图3.1.1结型场效应管的结构示意图及其表示符号Gate栅极Source源极Drain漏极箭头方向表示栅源间PN结若加正向偏置电压时栅极电流的实际流动方向4P型沟道NNDGSDSG(b)P沟道JFET图3.1.1结型场效应管的结构示意图及其表示符号5工作原理UGS对场效应管ID的影响(转移特性曲线)NDGSPP条件：UDS加正电压，N沟道的多子（自由电子）形成漂移电流——漏极电流ID。UGS反偏电压↑ID如何变化？UGSUDSID6(a)UGS=0，沟道最宽当UGS=0时，沟道宽，所以ID较大。N

3、DGSPPUDS7(b)UGS负压增大，沟道变窄当UGS↑→PN结变厚→导电沟道变窄→沟道电导率↓→电阻↑→ID↓DSPPUGSUDS8(c)UGS负压进一步增大，沟道夹断图3.1.2栅源电压UGS对沟道的控制作用示意图DSPPUGS直到UGS=UGS（off）时，沟道完全消失，ID=0。UGSoff——夹断电压9结型场效应管的特性曲线一、转移特性曲线式中：IDSS——饱和电流，表示uGS=0时的iD值；UGSoff——夹断电压，表示uGS=UGSoff时iD为零。10uGS/V0－1－2－312345IDSSUG

4、SoffiD/mA(a)转移特性曲线为保证场效应管正常工作，PN结必须加反向偏置电压问题：若UDS增大，转移特性曲线如何变化？分析：UDS增大，多子形成的漂移电流增大，ID增加，转移特性曲线上移。112、UDS对场效应管ID的影响（输出特性曲线）输出特性曲线分为四个区域12图3.1.4JFET的转移特性曲线和输出特性曲线(a)输出特性曲线1234iD/mA01020uDS/V可变电阻区恒截止区－2V－1.5V－1VuDS＝uGS－UGSoff515流区击穿区UGS＝0VUGSoff－0.5V13当uDS=0时，iD=0

5、。当uDS很小时，uDS↑→iD↑(近似线性增大)1.可变电阻区（相当于晶体管的饱和区）14uGS对iD上升的斜率影响较大，在这一区域内，JFET可看作一个受uGS控制的可变电阻，即漏、源电阻rDS=f(uGS)，故称为可变电阻区15当uDS较大时，靠近D极的uDG的反偏电压↑→靠近D极的耗尽层变宽→导电沟道逐渐变窄，沟道电阻↑→“预夹断”。出现预夹断的条件为：或162.恒流区（相当于晶体管的放大区）当漏、栅间电压

6、uDG

7、>

8、UGSoff

9、时，即预夹断后所对应的区域。17当UGS一定时：uDS↑→漂移电流↑→iD↑，

10、但同时uDS↑→D结变宽↑→iD↓，因此iD变化很小，只是略有增加。因此：uDS对iD的控制能力很弱。（类似基区宽度调制效应）18当UGSoff

11、UGS

12、>

13、UGSoff

14、时，沟道被全部夹断，iD=0，故此区为截止区。3.截止区204.击穿区随着uDS增大，靠近漏区的PN结反偏电压uDG(=uDS-uGS)也随之增大。当uDG=uBR(DSO)时在PN节靠近漏极处发生雪崩击穿。213.1.2绝缘栅场效应管(IGFET)绝缘栅场效应管是利用半导体表面的电场

15、效应进行工作的，也称为表面场效应器件。IGFET最常用的是金属氧化物半导体MOSFET(MetalOxideSemiconductorFET)22优点：（1）输入偏流小，即输入电阻高达1010。（2）制造工艺简单；（3）热稳定性好。IGFET分类：（1）根据导电类型，分为N沟道和P沟道两类。（2）根据uGS=0时，漏源之间是否有导电沟道又可分为增强型（无ID）和耗尽型（有ID）两种。23MOSFETN沟道P沟道增强型N-EMOSFET耗尽型增强型耗尽型N-DMOSFETP-EMOSFETP-DMOSFET24源极栅极

16、漏极氧化层(SiO2)BWP型衬底N＋N＋L耗尽层A1层SGD(a)立体图绝缘栅场效应管的结构25图3.1.5绝缘栅(金属-氧化物-半导体)场效应管结构示意图(b)剖面图SGDN＋N＋P型硅衬底绝缘层(SiO2)衬底引线B半导体26N沟道增强型MOSFET(EnhancementNMOSFET)一、导电沟道的形成及工作原理DGS(