场效应晶体管及电路分析.ppt

第一篇第三章 场效应管及其电路分析 第三章 场效应晶体管及其电路分析 1.3.1 场效应管的结构、特性与参数 一、绝缘栅场效应管（IGFET） PMOS增强型 增强型MOS管工作原理 (以NMOS为例） 伏安特性与电流方程 (2) 输出特性(漏极特性) 可变电阻区 放大区 耗尽型MOS管 耗尽型NMOS的伏安特性 二、结型效应管（JFET） JFET的伏安特性 （以N沟道JFET为例） 三、场效应管的主要参数 交流参数 极限参数 1.3.2 场效应管放大电路 不同FET类型对偏置电压的要求 一、场效应管的直流偏置和静态工作点计算 静态工作点的计算 【例1.3.1】 【例1.3.2】 【例1.3.3】 二、场效应管线性与开关应用举例 用作放大器 用作可控开关 用作压控电阻 【例1.3.4】 BCQD段：VT＜vGS＜6V，FET工作在恒流区（放大区）内。 例如 EFG段：vGS＞6V ，FET工作在可变电阻区，vO≈0 AB段：vGS＜VT， FET工作在截止区，vO＝VDD 令vGS ＝0，输入一个快速变化的矩形波，则FET交替工作在截止区和可变电阻区。 当vGS=9V时，工作点移至F点，MOS管工作于可变电阻区，vDS=0.2V，相当于开关接通； 当vGS=0V时，工作点移至A，MOS管截止，vDS=12V, iD=0,相当于开关断开。 在可变电阻区，iD随vDS近似线性增加，且 vDS与iD的比值(即RDS)受vGS控制，等效为压控电阻。 电路? vDS较低时的输出特性 RDS与vGS的关系 求图示电路压控电阻，设R1＝R2 。 解： 当R1＝R2时，则 * 模拟电子技术电路 讲课人：王欢 场效应管用FET表示（Field Effect Transistor）。具有输入电阻高、热稳定性好、工艺简单、易于集成等优点。 绝缘栅型IGFET(或MOS) （Insulted Gate Type） 增强型MOS （Enhancement） 耗尽型MOS （Depletion） 每一种又可分为 N沟道和P沟道。 结型JFET （Junction Type） 本质上是耗尽型，分为N沟道和P沟道。 场效应管分类： Metal-Oxide-Semiconductor NMOS增强型 在P型衬底上加2个N+区，P型表面加SiO2绝缘层，在N +区加铝极。 MOS管的栅极与其它电极绝缘，所以输入电阻近似为?， iG≈0 。 s：Source 源极 d：Drain 漏极 g：Gate 栅极 B：Base 衬底 箭头表示沟道的实际电流方向。 PMOS与NMOS的工作原理完全相同，只是电流和电压方向不同。 vGS=0, vDS较小：没有导电沟道(漏源间只是两个“背向”串联的PN结)， 所以d-s间呈现高阻，iD ≈ 0。 当vGS＞0，且当vGS增强到足够大：d-s之间便开始形成导电沟道。? 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)。 vGS将在栅极与衬底这间产生一个垂直电场(方向为由栅极指向衬底)，它使漏-源之间的P型硅表面感应出电子层(反型层)使两个N+区连通，形成N型导电沟道。d、s间呈低阻，所以在vDS的作用下产生一定的漏极电流iD。 vGS＞VT时，vGS对iD的控制作用。 ? 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，导电沟道越厚，等效电阻越小，iD越大。 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端电压较高，为vGS；近d端电压较低，为vGD＝vGS-vDS，所以沟道呈楔形分布。 vGS＞VT且为定值时，vDS对iD的影响 ? 当 vDS较小时： vDS对导电沟道的影响不大，沟道主要受vGS控制， 所以在为定值时，沟道电阻保持不变，iD随vDS 增加而线性增加。 当 vDS增加到vGS-vDS＝VT时（即vDS＝vGS-VT）：漏端沟道消失，称为“预夹断”。 当 vDS再增加时（即vDS＞vGS-VT）：iD将不再增加，趋向饱和。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。 (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 可变电阻区 放大区(恒流区、饱和区) 截止区(夹断区) 特性与三极管相似，分为 3个工作区，但工作区的作用有所不同。 管子导通，但尚未预夹断，即满足的条件为： 可变电阻