绝缘栅场效应管.

2.5.1绝缘栅场效应管2.5.2结型场效应管2.5场效应管及其基本放大电路2.5.3场效应管的参数、特点及使用注意2.5.4其它类型场效应管2.5.5FET的偏置电路及静态分析2.5.6FET放大电路的小信号模型分析法引言场效应管FET(FieldEffectTransistor)类型：结型JFET(JunctionFieldEffectTransistor)绝缘栅型IGFET(InsulatedGateFET)特点：1.单极性器件(一种载流子导电)3.工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低2.输入电阻高(1071015，IGFET可高达1015)2.5.1绝缘栅场效应管一、N沟道增强型MOSFET(MentalOxideSemi—FET)1.结构与符号P型衬底(掺杂浓度低)N+N+用扩散的方法制作两个N区在硅片表面生一层薄SiO2绝缘层sd用金属铝引出源极s和漏极dg在绝缘层上喷金属铝引出栅极gB耗尽层s—源极sourceg—栅极gated—漏极drainsgdB2.工作原理1)uGS对导电沟道的影响(uDS=0)a.当UGS=0，ds间为两个背对背的PN结；b.当0UGSUGS(th)(开启电压)时，GB间的垂直电场吸引P区中电子形成离子区(耗尽层)；c.当uGSUGS(th)时，衬底中电子被吸引到表面，形成导电沟道。uGS越大沟道越厚。反型层(沟道)2)uDS对iD的影响(uGSUGS(th))ds间的电位差使沟道呈楔形，uDS，靠近漏极端的沟道厚度变薄。预夹断(UGD=UGS(th))：漏极附近反型层消失。预夹断发生之前：uDSiD。预夹断发生之后：uDSiD不变。MOS工作原理3.转移特性曲线DS)(GSDUufi2464321uGS/ViD/mAUDS=10VUGS(th)当uGSUGS(th)时：2GS(th)GSDOD)1(UuIiuGS=2UGS(th)时的iD值4.输出特性曲线GS)(DSDUufi可变电阻区uDSuGSUGS(th)uDSiD，直到预夹断饱和(放大区)uDS，iD不变uDS加在耗尽层上，沟道电阻不变截止区uGSUGS(th)全夹断iD=0开启电压iD/mAuDS/VuGS=2V4V6V8V截止区饱和区可变电阻区放大区恒流区OO二、N沟道耗尽型MOSFETsgdBSio2绝缘层中掺入正离子在uGS=0时已形成沟道；在ds间加正电压时形成iD，uGSUGS(off)时，全夹断。输出特性uGS/ViD/mA转移特性IDSSUGS(off)夹断电压饱和漏极电流当uGSUGS(off)时，2(off))1(GSGSDSSDUuIiuDS/ViD/mAuGS=4V2V0V2VOO三、P沟道MOSFET简介增强型耗尽型sgdBsgdB2.5.2结型场效应管1.结构与符号N沟道JFETP沟道JFET2.工作原理uGS0，uDS0此时uGD=UGS(off)；沟道楔型耗尽层刚相碰时称预夹断。预夹断当uDS，预夹断点下移。3.转移特性和输出特性UGS(off)当UGS(off)uGS0时,2GS(off)GSDSSD)1(UuIiuGSiDIDSSuDSiDuGS=–3V–2V–1V0V–3VJFET工作原理OON沟道增强型sgdBiDP沟道增强型sgdBiD2–2OuGS/ViD/mAUGS(th)OuDS/ViD/mA–2V–4V–6V–8VuGS=8V6V4V2VsgdBiDN沟道耗尽型iDsgdBP沟道耗尽型UGS(off)IDSSuGS/ViD/mA–5O5OuDS/ViD/mA5V2V0V–2VuGS=2V0V–2V–5VN沟道结型sgdiDsgdiDP沟道结型uGS/ViD/mA5–5OIDSSUGS(off)OuDS/ViD/mA5V2V0VuGS=0V–2V–5V各种FET符号、特性的比较2.5.3场效应管的主要参数、特点及注意事项1.开启电压UGS(th)(增强型)夹断电压UGS(off)(耗尽型)指uDS=某值，使漏极电流iD为某一小电流时的uGS值。UGS(th)UGS(off)2.饱和漏极电流IDSS耗尽型场效应管，当uGS=0时所对应的漏极电流。3.直流输入电阻RGS指漏源间短路时，栅、源间加反向电压呈现的直流电阻。JFET：RGS107MOSFET：RGS=1091015IDSSuGS/ViD/mAO一、场效应管的主要参数4.低频跨导gm常数DSGSDddmugui反映了uGS对iD的控制能力，单位S(西门子)。常用毫西(mS，mA/V)。uGS/ViD/mAQPDM=uDSiD，受管子最高工作温度限制。5.最大漏极电流IDM6.最大漏极功耗PDMO为管子工作时允许的最大漏极电流。7.漏源击穿电压U（BR）DS：漏源间能承受的最大电压。8.栅源击穿电压U（BR）GS：栅源间能承受的最大电压。二、场效应管的主要特点及使用注意事项特点：1.FET为电压控制型器件，栅极基本无电流，输入电阻高，常用做高输入阻抗输入级。2.多子导电，受温度、辐射等外界因素影响小。3.噪声比BJT小（尤其是JFET）。4.MOS管制造工艺简单，体积小，功耗小，易集成。使用注意事项：1.MOS管衬底与源极通常接在一起。若需分开，衬源间电压须反偏（NMOSuGS0，PMOSuGS0）。2.MOS管输入电阻极高，使栅极感应电荷产生高压造成管子击穿。为避免栅极悬空及减少感应，储存时应将三个极短路；焊接时，用镊子短路三个极，并将电烙铁断电后焊接；不能用万用表检测，只能接入测试仪后再去掉短路线测试，取下前也应先短路。3.JFET可在栅源极开路情况下储存和用万用表检测。MOS管栅极过压保护电路2.5.4其它类型场效应管*一、砷化镓金属–半导体场效应管MESFET(MentalSemiconductorFET)材料:GaAs符号:dgs特点:1.为耗尽型器件，一般只制成N沟道，特性与JFET相似。2.开关时间特别短，导通电压很小。用途:微波电路，高频放大电路，和高速数字逻辑电路。二、VMOS场效应管因工艺上利用光刻沿垂直方向刻出一个V型槽而得名。特点:1.为大功率管，耐压可达1000V以上，最大连续电流高达200A。2.非线性失真小、噪声较低、温度稳定性较高、输入电阻高、驱动功率小。3.极间电容小，工作频率高，用于高频电路或开关式稳压电源。2.5.5FET的偏置电路及静态分析+VDDRdC2CS+++uoC1+uiRgRsgsd1.工作原理一、自偏压电路栅极电阻Rg的作用：(1)为栅偏压提供通路(2)泻放栅极积累电荷源极电阻Rs的作用：提供负栅偏压漏极电阻Rd的作用：把iD的变化变为uDS的变化uGS=uG–uS=–iDRs2.静态工作点的估算UGS=–IDRs2GS(off)GSDSSD)1(UUIIUDS=VDD–ID（Rs+Rd）二、分压式自偏压电路sDSg2g1g2DDGRIURRRVU；sDg2g1g2DDGSRIRRRVU调整电阻的大小，可获得：UGS0UGS=0UGS0RL+VDDRdC2Cs+++uoC1+uiRg2RsgsdRg1Rg32.5.6FET放大电路的小信号模型分析法一、FET的简化小信号模型从输入回路看，iG0，故认为g、s极间开路；从输出回路看，漏极电流受栅、源电压控制，有：常数DSGSDddmugui对于正弦量：gsdmUIggsmdUgI即小信号模型sIdgmUgs+Ugs+Udsgd二、用小信号模型分析FET共源极放大电路RL+VDDRdC2Cs+++uoC1+uiRg2RsgsdRg1Rg3RLRD+Uo+UiRg2gsdRg3Rg1+UgsgmUgsIdIiRS有CS时：LmgsLdgsmio)//(RgURRUgUUAug3g2g1g3i//RRRRRdoRR无CS时：sgsmgsLsgsm)//(RUgURRUgAusmLm1RgRgRi、Ro不变例已知gm=0.7mS，求电压放大倍数、输入和输出电阻。47kRLRdC2Cs+++uoC1+uiRg2gsdRg1Rg32k30k2M10M10k+18VRs解：LmRgAu25.5103010307.0M10M47.0//2M01iRk30doRR