场效应晶体管

• CMOSFET是Metal-OxideSemiconductor type Field Effect Transistor 的缩写
分类：
JFET 结型
N沟道
P沟道
（耗尽型）
FET 场效应管
N沟道
增强型 MOSFET (IGFET) 绝缘栅型 P沟道
耗尽型
N沟道
P沟道
4.1 结型场效应管
• 主要讨论JFET的结 构特点及JFET的工 作原理、分析vGS、 vDS对iD的影响。 • 关键字：夹断电压、 转移特性、跨导。 • 重点：分析vGS、 vDS对iD的影响。
iD /m A
可变 电阻区
击穿区 v G S= 0 -0.5
饱和区
-1 -1.5
O 预夹断轨迹 v G D = v G S- v D S= VP
v D S/V
1.输出特性(可变电阻区、饱和区、截止区、击 穿区）
• 饱和区(放大区)： • 其特点是当 vGS 一定时，尽 i D /m A 可 变 管 vDS 增加， 而 iD 几乎不增 电阻区 加 ，即电 流是饱和 的 ，故 称饱和区（这与BJT饱和区 是不 同 的 ） 。由于 在该区 饱 和 区 内 vDS 改变， iD 不变 ( 维持恒 定 ) ，故又 称恒流区 。在该 区内 iD 是受 vGS 控制的，改 变vGS就可改变iD，且iD是随 O vGS线性变化。JFET作为线 预夹断轨迹 性放大器 时 ，多工 作在该 v G D = v G S- v D S= VP 区，故又称为 线性放大区 。
4.1.1 JFET的结构和工作原理 1. 结构及符号
• • • • • 栅极ｇ， 源极s 漏极d。 g N沟道JFET。 栅极 符号中箭头的方向表 示由 P 型栅极指向 N 型 沟道。
耗尽层
+
d 漏极
P
P N 沟道
+
d g
s 源极
g d
s
s P 沟 JFE T
2. 工作原理 分vGS=0及vGS <0两种情况讨论vDS对iD的控制作用
iD 迅 速 增 大 + d
v G S= 0 I dss
P+ P+ g vDS + V DD
N
s
-
O
V P
V (B R )D S
v D S /V
当vDS继续增加，栅极与沟道的电位差进一步增大，两耗尽层进一步 加宽，并逐步靠近。当vDS上升致使两耗尽层在A点相遇时，称为预 夹断，如图1.5.2c。此时A点耗尽层两边的电位差用夹断电压VP表示。 由于vGS =0，故vGD =- vDS = VP。
iD 饱 和 + d
+
i D /m A v G S= 0
P
P g VGS
+
vDS
+ VDD
-0 .5 -1 -1 .5 O v D S /V
N
s
-
综上分析可知
• JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因 此iG0，输入电阻很高。 • JFET是电压控制电ຫໍສະໝຸດ Baidu器件，iD受vGS控制 • 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后， iD趋于饱和。 • N沟道JFET工作在线性区的电源极性为vDS〉0， vGS〈 0； P沟道JFET工作在线性区的电源极性与 N沟道JFET相反。
# 为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？
4. 1.2 FET的特性曲线
1.输出特性(可变电阻区、饱和区、截止区、击穿区）
• 可变电阻区：
• 又称线性电阻区， 它位于输出特性的 起始部分，该区表 示vDS较小(预夹断之 前 ) 时， vDS 与 iD 的关 系为线性关系。即 在这个区内，如 vGS 一 定 ， vDS 与 iD 的 比 值（称漏源电阻， 又称为体电阻）为 常数。在这一区间 内，漏源电阻是受 vGS 控制的，故称为 可变电阻区。
• (1) vGS=0 • 如vGS=0， 且漏极d与 源极s间无 电压，即 vDS=0时， 漏极d与源 极s之间无 电流。
iD = 0 + d
+
P P g
+
vDS
+ VDD=0
N
s
-
• 当 vDS 逐渐增加，耗尽层将主要向沟道 (N 区 ) 扩展，在越靠近 d 极处，栅极与沟道的电位差越大、两耗尽层越靠近，使得靠近 d 端的导电沟道比 s 端窄。 vDS 进一步增加，使得沟道变得更窄， 这将阻碍iD的增加，但在vDS较小 (如vDS200mV) 时，导电沟道 变化不大，iD与vDS是线性关系，如图曲线的起始段。
iD 饱 和 + d
+
v G S= 0 I dss
预夹断点
P P g A N
+
vDS + VDD
O
s -
V P
V (B R )D S
v D S /V
（2）vGS <0
当栅源电压vGS变负，两PN结反向电压增加，耗尽层增宽、沟道 变窄，漏源电阻增大。在相同漏源电压vDS的作用下，vGS越负， iD越小，体现了vGS对iD的控制作用。当vGS VP(N沟道VP为负值) 时，耗尽区变宽到占据全部Ｎ沟道，整个沟道将全部夹断(简称 夹断)
iD 趋 于 饱 和 + d
v G S= 0 I dss
预夹断点
P P
+
+
A
vDS
+ VDD
N
s
-
O
V P
V (B R )D S
v D S /V
注意: N沟道JFET的VP为负值
当vGS 0，在A点处VP与vGS、vDS的关系为vGD= vGS-vDS =Vp。
在预夹断后，如果vDS还继续增加，iD略有上升，表现 为图中特性曲线的平坦段略有上翘。原因有二：尽管 vDS增加，夹断区长度确只是略有增加、沟道仅略为变 短；漏极与A点之间形成一很强的电场，该电场仍能将 电子拉过夹断区，形成漏极电流iD。
场效应晶体管
• 场效应晶体管（FET）是一种电压控制的单极 性半导体器件，它利用电场效应改变内部导电 沟道，实现控制输出电流的目的。它具有体积 小、重量轻、功耗小、寿命长、输入阻抗高、 噪声低和制造工艺简单等优点，因而在电子电 路中得到了广泛地应用，特别是在大规模集成 电路和超大规模集成电路中得到广泛应用。 – FET是Field Effect Transistor 的缩写 • JFET是Junction type Field Effect Transistor 的缩写
击穿区 v G S= 0 -0.5 -1 -1.5 v D S /V
• 截止区： • 当 vGS〈Vp 时，沟 道 被 夹 断 ， iD=0 ， JFET处于截止截 止状态。截止区 位于曲线靠近横 轴的部分。 • 击穿区： • 当 vDS增至该区后， 使管子产生雪崩 击穿，而不能正 常工作，严重时 甚至使管子很快 烧坏。