模电课件 第四章 场效应管.ppt

第四章场效应管及MOS模拟集成电路基础
4-1 结型场效应管(JFET)
4-2 金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET)
4-3 场效应管放大电路
4-4 MOS模拟集成电路基础
场效应管(FET):
是一种具有PN结的有源半导体器件,利用电场效应来控制输出电流的大小。
场效应管的特点:
①输入电阻高;
②内部噪声小;
③功耗低;
④热稳定性及抗辐射能力强;
⑤工艺简单、易于集成化。
输入端PN结一般工作反偏或绝缘状态。
场效应管的分类:
结型FET(JFET):
MOSFET(IGFET):
N沟道、P沟道
增强型:
耗尽型:
N沟道、P沟道
N沟道、P沟道
N
结型场效应管(JFET)
结型场效应管
一、 JFET的结构和符号
# 符号中的箭头方向表示什么?
表示栅结正向偏置时,电流方向是由P指向N。
P
P+
P+
D
S
G
D
G
S
N沟道JFET 的结构和符号
栅极
漏极
源极
NPN
B
IB
D
G
S
P沟道JFET
N+
N+
C
E
B
C
E
PNP
IB
B
C
E
B
C
E
二、 JFET的工作原理
※N沟道JFET工作时,必须在栅极和源极之间加一个负电压——uGS< 0.
G
N
P+
P+
D
S
栅极—沟道间的PN结反偏,
栅极电流iG0
栅极输入阻抗高达107以上。
在D-S间加一个正电压uDS>0,
N沟道中的多子(电子)由S向D运动,形成漏极电流iD。
iD
iG
主要讨论uGS对iD的控制作用以及uDS对iD的影响。
电子
iD
uGS
uDS
输入电阻很高
只有一种类型的多数载流子参与导电
G
N
P+
P+
D
S
1、 UGS对iD对控制作用
① UDS=0, uGS 对导电沟道的影响
G
N
P+
P+
D
S
uGS=0
导电沟道较宽
|uGS|=|UGS(off)|
|uGS|<|UGS(off)|
导电沟道由于耗尽层的加宽而变窄。
导电沟道由于耗尽层的合拢而被夹断。
G
N
P+
P+
D
S
UGS(off)——夹断电压。
当uGS由零向负值增大时
沟道电阻rDS
↑
|uGS| ↑
当|uGS|= UGS(off)时,沟道夹断,iD=0 。
→沟道电阻rDS
→ iD↓
夹断电压
↑
耗尽层合拢的电压条件
PN结两端电压=夹断电压UGS(off)
G
D
S
N
uDS
uGS
P+
P+
A
A点电压=uDG =UGS(off)
=uDS - uGS
uDS=uGS-UGS(off)
uDS< uGS-UGS(off)
耗尽层合拢的电压条件
耗尽层不合拢的电压条件
uGS <夹断电压UGS(off)
G
D
S
N
② uDS对iD的影响
uGS=0 ;
导电沟道较宽;
当uDS较小时(uDS< uGS-UGS(off) ),iD随uDS的增大成正比增大;
uDS
iD
0
uDS↑
导电沟道由于DS间的电位梯度呈契形;
uDS
uDS< uGS-UGS(off)
uGS
→iD↑
uDS产生一个沿沟道的电位梯度
iD
uGS=0
uDS↑
P+
P+
A
D
S
uDS
→rDS↑很小,几乎不变
→iD↑
② uDS对iD的影响
两耗尽层在A点相遇
此时,A点耗尽层两边的电位差为:
uDS
iD
0
饱和漏电流
uGD
= UGS(off)
|UGS(off)|
IDSS
D
G
P+
P+
S
N
A
当uDS= |UGS(off)|时,靠近漏极出现沟道合拢,两耗尽层在A点相遇
称为预夹断状态
G
N
P+
P+
D
S
uGS = UGS(off)
uGS=0
= uGS- uDS
 uDS= uGS-UGS(off)
② uDS对iD的影响
沟道预夹断后,
uDS> uGS-UGS(off)
G
P+
P+
D
S
N
uDS
夹断区长度
外电压的增量主要降落在夹断区上。
uDS= uGS-UGS(off)
沟道预夹断时,
uGS=0
uDS=-UGS(off)
饱和漏电流
uDS
iD
0
|UGS(off)|
IDSS
uGS=0
→rDS↑大
1kΩ
1V
i=1mA
4V
3kΩ
i=1mA
1V
4V
ΔV
② uDS对iD的影响
G
P+
P+
D