5-4场效应晶体管.pdf

退出主要内容 1. 场效应管的结构、符号与工作原理 2. 场效应管的工作状态和特性曲线 3. 场效应管的基本特性 4. 场效应管的电路模型 5-4 场效应晶体管退出场效应晶体管概述场效应管,简称 FET (Field Effect Transistor ) ,主要特点: (a) 输入电阻高,可达 10 7 ~10 15 ?。(b) 起导电作用的是多数(一种)载流子,又称为单极型晶体管。(c) 体积小、重量轻、耗电省。(d) 噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单。(e) 在大规模集成电路制造中得到了广泛的应用。退出场效应管按结构可分为:结型场效应管( JFET )和绝缘栅型场效应管( MOSFET ) ;按工作原理可分为增强型和耗尽型。场效应管的类型 N 沟道 P 沟道增强型耗尽型 N 沟道 P 沟道 N 沟道 P 沟道(耗尽型) FET 场效应管 JFET 结型 MOSFET 绝缘栅型(IGFET) 退出场效应管的电路符号 MOSFET 符号增强型耗尽型 G S D S G D P 沟道 G S D N 沟道 G S D U GS =0 时,没有漏极电流, U GS =0 时,有漏极电流, U GS 高电平导通 U GS 低电平导通需要加负的夹断电压 U GS(off) 才能关闭,高于夹断电压 U GS(off) 则导通而只在 U GS >0 时,能导通,低于开启电压 U GS(th) 截止退出 5-4-1 场效应管结构、符号与工作原理 1. 场效应管基本结构图 5-2-22 N 沟道绝缘栅型场效应管的基本结构与电路符号图 5-4-1 N 沟道绝缘栅型场效应管的基本结构与电路符号图 5-4-2 P 沟道绝缘栅型场效应管的基本结构与电路符号场效应管与三极管的三个电极的对应关系: 栅极g--基极b 源极s--发射极e 漏极d--集电极c 夹在两个PN结中间的区域称为导电沟道(简称沟道)。 V GS =0时是否存在导电沟道是增强型和耗尽型的基本区别。 2 SiO d s g B 2 SiO d s g B 退出例 5-10 在 Multisim 中用 IV 分析仪测试理想绝缘栅型场效应管如图 5-4-3 所示,改变 V GS ,观察电压 V DS 与 i D 之间的关系。图 5-4-3 场效应管观测电路退出解: 1. Multisim中选择理想绝缘栅型场效应管,选择按图5-4-3连接好电路。 ,如右图所示: ,与三极管输出曲线相似, V DS 与 i D 之间也存在着非线性关系。图 5-4-5 MOS 管的电流特性和输出特性退出?分析: 主要讨论 v GS 对 i D 的控制作用。(1) 当 v GS = 0 时,不论所加电压 v DS 的极性如何,其中总有一个 PN 结是反向偏置的,反向电阻很高,则漏极电流 i D ≈ 0 。(2) 当栅源极之间加正向电压 v GS ,在 v GS 的作用下,产生了垂直于衬底表面的电场, P 型硅中少数载流子( 自由电子) 被吸到表面层填补空穴形成负离子的耗尽层。 GS v g s d DS v B 2. 场效应管的基本工作原理以绝缘栅型场效应管的工作原理为例说明场效应管的工作原理。利用栅源电压 v GS 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 i D 的大小。退出(3) 当栅极与源极之间加正向电压 v GS ≥ V GS(th) 时,被吸到表面层中的自由电子较多,填补空穴后还有剩余,在表面层中形成一个 N 型层,通常称为反型层;它就是沟通源区和漏区的 N 型导电沟道。形成导电沟道后,在漏极电源 v DS 的作用下,将产生漏极电流 i D D S v GS v 2. 场效应管的基本工作原理退出(4) 形成反型层的导电沟道后, u GS 正值愈高,导电沟道愈宽,即改变 u GS →改变沟道宽度→改变 i D u GS ↑↓→沟道宽度↑↓→ i D ↑↓综述: 当 0 < u GS < U T 时,漏、源极间沟道尚未联通, i D ≈ 0 ;当 u GS ≥ U T 时,随 u GS 变化 i D 随之变化。达到 u GS 对 i D 的控制,故称 MOS 管为电压控制元件。 2. 场效应管的基本工作原理