模拟电子技术基础1第四节 场效应三极管

1第四节场效应三极管第四节场效应三极管结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数下页总目录2第四节场效应三极管场效应三极管中参与导电的只有一种极性的载流子（多数载流子），故称为单极型三极管。分类：结型场效应管绝缘栅场效应管增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道N沟道P沟道P沟道下页上页首页3第四节场效应三极管一、结型场效应管1.结构N型沟道耗尽层gdsgdsP+P+N沟道结型场效应管的结构和符号栅极漏极源极下页上页首页4第四节场效应三极管2.工作原理uGS=0uGS0uGS=UGS(off)⑴当uDS=0时，uGS对耗尽层和导电沟道的影响。ID=0ID=0下页上页首页N型沟道gdsP+P+N型沟道gdsP+P+gdsP+P+5第四节场效应三极管沟道较宽，iD较大。iS=iDiDiSiDiSuGS=0，uGDUGS(off)uGS0，uGDUGS(off)⑵当uDS＞0时，uGS对耗尽层和iD的影响。NP+P+VGGVDDgdsNP+P+VDDgds沟道变窄，iD较小。下页上页首页6第四节场效应三极管NP+P+iDiSVGGVDDP+P+iDiSVGGVDDuGS0，uGD=UGS(off)，uGS≤UGS(off)，uGDUGS(off)，iD≈0，导电沟道夹断。iD更小，导电沟道预夹断。下页上页首页动画7第四节场效应三极管(3)假设uGS固定不变,漏-源电压(加正电压)对耗尽层和漏极电流iD的影响uGS＞UGS（off）且不变，VDD增大，iD增大。预夹断uGD＝UGS（off）VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻，iD几乎不变，进入恒流区，iD几乎仅仅决定于uGS。uGDUGS（off）uGDUGS（off）8第四节场效应三极管3.特性曲线⑴转移特性iD=f（uGS）|uDS=常数2GS(off)GSDSSD)1(UUII时）当0(GSPUUgdsmAVVIDVGGVDD场效应管特性曲线测试电路Ｎ沟道结型场效应管转移特性IDSSUGS(off)饱和漏极电流栅源间加反向电压uGS0利用场效应管输入电阻高的优点。uGS/ViD/mAO下页上页首页9第四节场效应三极管⑵输出特性iD=f（uDS）|uGS=常数预夹断轨迹可变电阻区恒流区击穿区|UGS(off)|8VIDSSuGS=0-4-2-6-8iD/mAuDS/VO|uDS-uGS|=|UGS(off)|可变电阻区：iD与uDS基本上呈线性关系，但不同的uGS其斜率不同。恒流区：又称饱和区，iD几乎与uDS无关，iD的值受uGS控制。N沟道结型场效应管的漏极特性击穿区：截止区:UGS≤UGS(OFF)完全被夹断反向偏置的PN结被击穿，iD电流突然增大。夹断电压下页上页首页10第四节场效应三极管二、绝缘栅场效应管1.N沟道增强型MOS场效应管⑴结构P型衬底N+N+BsgdSiO2铝P衬底杂质浓度较低，引出电极用B表示。N+两个区杂质浓度很高，分别引出源极和漏极。栅极与其他电极是绝缘的，通常衬底与源极在管子内部连接。sgdB下页上页首页11第四节场效应三极管P型衬底N+sgdBN+开启电压，用uGS(th)表示⑵工作原理当uGS增大到一定值时，形成一个N型导电沟道。N型沟道uGSUGS(th)时形成导电沟道VGG导电沟道的形成假设uDS=0，同时uGS0靠近二氧化硅的一侧产生耗尽层，若增大uGS，则耗尽层变宽。又称之为反型层导电沟道随uGS增大而增宽。下页上页首页12第四节场效应三极管uDS对导电沟道的影响uGS为某一个大于UGS(th)的固定值，在漏极和源极之间加正电压，且uDSuGS-UGS(th)即uGD=uGS-uDSUGS(th)则有电流iD产生，iD使导电沟道发生变化。当uDS增大到uDS=uGS-UGS(th)即uGD=uGS-uDS=UGS(th)时，沟道被预夹断，iD饱和。再增大,夹断区增长P型衬底N+N+sgdBVGGN型沟道VDDuDS对导电沟道的影响下页上页首页13第四节场效应三极管⑶特性曲线IDOUGS(th)2UGS(th)预夹断轨迹可变电阻区恒流区iD/mAuDS/VOuGS/ViD/mAO2(1)GSDDOGS(th)uiIU当uGS≥UGS(th)时下页上页截止区转移特性曲线可近似用以下公式表示：首页14第四节场效应三极管2.N沟道耗尽型MOS场效应管预先在二氧化硅中掺入大量的正离子，使uGS=0时，产生N型导电沟道。当uGS0时，沟道变窄，达到某一负值时被夹断，iD≈0，称为夹断电压。uGS0时，沟道变宽，iD增大。gdsB下页上页首页P型衬底N+N+sgdBN型沟道++++++动画15第四节场效应三极管耗尽型：uGS=0时无导电沟道。增强型：uGS=0时有导电沟道。特性曲线IDSSUGS(off)预夹断轨迹可变电阻区恒流区IDSSiD/mAuDS/VOuGS=0-2-1+1+2uGS/VOiD/mA下页上页截止区首页16第四节场效应三极管三、场效应管的主要参数1.直流参数⑴饱和漏极电流IDSS是耗尽型场效应管的一个重要参数。它的定义是当栅源之间的电压uGS等于零，而漏源之间的电压uDS大于夹断电压时对应的漏极电流。⑵夹断电压UGS(off)是耗尽型场效应管的一个重要参数。其定义是当uDS一定时，使iD减小到某一个微小电流时所需的uGS值。下页上页首页17第四节场效应三极管⑶开启电压UGS(th)UGS(th)是增强型场效应管的一个重要参数。其定义是当uDS一定时，使漏极电流达到某一数值时所需加的uGS值。⑷直流输入电阻RGS栅源之间所加电压与产生的栅极电流之比。结型场效应管的RGS一般在107Ω以上，绝缘栅场效应管的RGS更高，一般大于109Ω。下页上页首页18第四节场效应三极管2.交流参数⑴低频跨导gm用以描述栅源之间的电压uGS对漏极电流iD的控制作用。⑵极间电容场效应管三个电极之间的等效电容，包括CGS、CGD和CDS。极间电容愈小，管子的高频性能愈好。一般为几个皮法。DSDmGSuigu常数下页上页首页19第四节场效应三极管3.极限参数⑴漏极最大允许耗散功率PDM漏极耗散功率等于漏极电流与漏源之间电压的乘积，即pD=iDuDS。⑵漏源击穿电压U（BR)DS在场效应管的漏极特性曲线上，当漏极电流iD急剧上升产生雪崩击穿时的uDS。⑶栅源击穿电压U（BR）GS下页上页首页20第四节场效应三极管上页首页课堂练习