模拟电子技术基础 1篇 2章3.ppt

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1、1.2.5场效应三极管场效应管具有输入电阻高、热稳定性好、噪声低、工艺简单、易于集成等优点。FET（FieldEffectTransistor）●绝缘栅型IGFET（InsultedGateType）(或MOS)Metal-Oxide-Semiconductor○增强型MOS（Enhancement）○耗尽型MOS（Depletion）每一种又可分为N沟道和P沟道管子。○结型JFET（JunctionType）场效应管分类：一、绝缘栅场效应管（IGFET）增强型NMOS管在P型衬底上扩散2个N+区，P型表面加SiO2绝缘层，在N+区加铝线引出电极。s：Source源极d：D

2、rain漏极g：Gate栅极B：Base衬底增强型PMOS管PMOS与NMOS管的工作原理完全相同，只是电流和电压方向不同。在N型衬底上扩散上2个P+区，P型表面加SiO2绝缘层，在二个P+区加铝线引出电极。1.增强型NMOS管的工作原理正常工作时外加电源电压的配置②vGS＞0，vDS=0时：①vGS=0,vDS=0：漏源间是两个背靠背相串联的PN结)，所以d-s间不可能有电流流过，即iD≈0。d-s之间的Si02层下面会形成电子型的导电沟道。vGS=0,vDS=0时示意图开始形成导电沟道所需的最小电压称为开启电压VGS(th)(习惯上常表示为VT)。电子层(反型层)耗尽层

3、vGS>0,vDS=0时示意图在此电压极性下，在栅极与衬底间产生一个垂直向下电场，它使漏-源之间的P型硅表面感应出电子层(反型层)。沟道形成说明如下：vGS>0,vDS=0时示意图另外还将P区的少子电子吸引到SiO2层下面。同时该电场排斥空穴向衬底方向运动，使感应的电子层和衬底间形成了耗尽层。最终将两个N+间形成电子型的导电沟道。此时，若加了VDS电压，将会有iD电流流过沟道。vGS>0,vDS=0时示意图当vGS＝0时没有导电沟道，而当vGS增强到＞VT时才形成沟道，所以称为增强型MOS管。并且vGS越大，感应电子层越厚，导电沟道越宽，等效沟道电阻越小，iD越大。当VGS

4、VT，VDS0后，漏-源电压vDS产生横向电场：由于沟道电阻的存在，iD沿沟道方向所产生的电压降使沟道上的电场产生不均匀分布。近s端电压差较高，为vGS；近d端电压差较低，为vGD＝vGS-vDS，所以沟道的形状呈楔形分布。vGS>0,vDS>0时示意图●当vDS较小时：vDS对导电沟道的影响不大，沟道主要受vGS控制，所以vGS为定值时，沟道电阻保持不变，iD随vDS增加而线性增加。此时，栅漏间的电压大于开启电压，沟道尚未夹断。●当vDS增加到vGS-vDS＝VT时（即vDS＝vGS-VT）：栅漏电压为开启电压时，漏极端的感应层消失，沟道被夹断，称为“预夹断”。●当

5、vDS再增加时（即vDS＞vGS-VT或vGD=vGS-vDSVT）：iD将不再增加而基本保持不变。因为vDS再增加时，近漏端上的预夹断点向s极延伸，使vDS的增加部分降落在预夹断区，以维持iD的大小。2.伏安特性与电流方程(1)增强型NMOS管的转移特性在一定vDS下，栅-源电压vGS与漏极电流iD之间的关系IDO是vGS=2VT时的漏极电流。IDO表示漏极电流iD与漏-源电压vDS之间的关系(2)输出特性(漏极特性)●可变电阻区漏极特性与三极管的输出特性相似，也可分为3个区。●截止区(夹断区)●放大区(恒流区、饱和区)此时管子导电，但沟道尚未预夹断。▲可变电阻区在可变

6、电阻区iD仅受vGS的控制，而且随vDS增大而线性增大。可模拟为受vGS控制的压控电阻RDS。又称恒流区、饱和区。▲放大区此时沟道被预夹断特征是iD主要受vGS控制，与vDS几乎无关，表现为较好的恒流特性。▲夹断区又称截止区，管子没有导电沟道(vGS＜VT)时的状态。耗尽型NMOS管●在制造过程中，人为地在栅极下方的SiO2绝缘层中埋入了大量的K+(钾)或Na+(钠)等正离子。正离子N型反型层耗尽层NMOS●vGS=0，靠正离子作用，使P型衬底表面感应出N型反型层，将两个N+区连通，形成原始的N型导电沟道。●vDS一定，外加正栅压(vGS＞0)，导电沟道变厚，沟道等效电阻下

7、降，漏极电流iD增大；●外加负栅压(vGS＜0)时，沟道变薄，沟道电阻增大，iD减小。●vGS负到某一定值VGS(off)(常以VP表示，称为夹断电压)，导电沟道消失，整个沟道被夹断，iD≈0，管子截止。耗尽型NMOS的伏安特性NMOSPMOSN沟道耗尽型MOS的转移和漏极特性放大区的电流方程：IDSS为饱和漏极电流，是vGS=0时耗尽型MOS管的漏极电流。在N区两侧扩散两个P＋区，形成两个PN结。两个P＋区相连，引出栅极g。N体的上下两端分别引出漏极d和源极s。N沟道二、结型场效应管（JFET）结构与符号P沟道●