《模拟电子线路》第4章-杨凌

VGS ↑
V(BR)DSO ↓
( 4-1)
§百度文库.1 JFET
四、主要参数
1、夹断电压VGS(off)
2、饱和漏电流IDSS 3、最大漏源电压V(BR)DSO 4、最大栅源电压V(BR)GSO 5、直流输入电阻RGS (106～109Ω) 6、低频互导(跨导)gm:表征FET放大能力的重要参数
gm=
§4.2.1 增强型MOSFET
2、VDS对沟道导电能力的控制
－vGS
+
－ vDS
+
S
G
D
－vGS
－ + vDS
+
S
G
D
P+ N+
N+
P
P+ N+
N+
A P
(a) VGS＞VGS(th) ,0＜VDS＜VGS－VGS(th)
(b) VGS＞VGS(th),VDS=VGS－VGS(th)
图 4.8
当VGD=VGS(th)时, VGD=VGS－VDS 即当VDS=VGS－VGS(th) 时, 沟道被夹断. 当VDS＞VGS－VGS(th)时, ID趋于饱和.
S (b) VGS≤VGS(off)
改变VGS的大小,可以有效地控制沟道电阻的大小. │VGS│↑→ 沟道电阻↑→ ID↓
§4.1 JFET
2、VDS对ID的影响
D
D
G
－
VGS +
P+ N P+ ID
+
－VDS
G
－
VGS +
P+ N P+ IDSS
+
－VDS
S (a) VDS＜VGS－VGS(off)
§4.1 JFET (体内场效应器件)
JFET的开发先于MOSFET, 但其应用远不如MOSFET. JFET仅限于一些特殊的应用.
一、结构、符号
D
D
D
D
P+ N P+
G
G
N+ P N+
G
G
S (a) N沟道JFET
S 图 4.1
S S (b) P沟道JFET
§4.1 JFET
S
G
D
N+
P+
N+
图 4.4
S (b) VDS=VGS－VGS(off)
当VGD=VGS－VDS=VGS(off)时,沟道预夹断.
IDSS
§4.1 JFET
D
G
－
VGS +
VDS↑
P+
P+
N
IDSS
+
－VDS
S
(c) VDS＞VGS－VGS(off) 图 4.4
沟道电阻↑→ ID↓ IDSS
漏-源间纵向电场↑→ ID↑
图 4.9
§4.2.1 增强型MOSFET
1、可变电阻区 VGS＞VGS(th), VDS＜VGS－VGS(th) VGS↓→ Ron↑
iD n C 2 O X W L 2v G S V G S (th ) v D S v D S 2 (4-6)
0
VGS / V
(b)
§4.1 JFET
2、恒流区 ( 饱和区、线性放大区 )
VGS(off)≤VGS≤0, VDS≥VGS－VGS(off)
3、截止区
iD= IDSS (1－
vGS )2 VGS(off)
VGS＜VGS(off) , ID=0 4、击穿区
VDS ↑
V(BR)DSO 雪崩击穿
ID ↑
N 型导电沟道
P+ 型衬底
图 4.2 实际的N沟道JFET的结构剖面图
二、工作原理 VGS＜0, VDS ＞ 0
1、VGS对ID的控制作用
金属 SiO2
§4.1 JFET
D
D
G
－
VGS +
P+ N P+
+
－VDS
G
P+
－
VGS +
+
P+
－VDS
S (a) VGS(off)＜VGS ＜ 0
图 4.3
金属 SiO2
W G
N+
N+
P+
L
P+
P
三、工作原理
图 4.6
D B
S
§4.2.1 增强型MOSFET
1、导电沟道的形成原理 (VB=VS)
S
D
G
S －VGS+ G
D
P+ N+
N+
P+ N+
N+
P
P
(a) VGS= 0,没有导电沟道
(b) VGS＞VGS(th) ,形成N型导电沟道
图 4.7
当VGS＞VGS(th)时,导电沟道形成. VGS(th)─开启电压.
△iD △vGS
VDS
( 4-2)
gm=
diD dvGS
=－ 2IDSS 1 － VGSQ =－ 2IDSS IDQ ( 4-3)
Q
VGS(off)
VGS(off)
VGS(off) IDSS
§4.1 JFET
7、输出电阻rds (一般在几十千欧到几百千欧之间)
rds=
△vDS △iD
VGS
( 4-4)
§4.1 JFET
3、几点结论: ① JFET的IG≈0,故其输入电阻很高; ② JFET是电压控制电流器件,ID受VGS控制; ③ 预夹断前, ID与VDS近似成线性关系;预夹断后, ID趋于饱和.
三、特性曲线
ID=f(VDS) VGS=C ID=f(VGS) VDS=C
输出特性 转移特性
§4.1 JFET
ID / mA VDS=VGS－VGS(off)
可
VGS=0V
变
电
恒 －0.4V
阻
流
区
－0.8V 区
－2V
0
(a) 截止区
击 穿 区
VDS / V
图 4.5
VGS(off)
1、可变电阻区 VGS(off)＜VGS＜0, VDS＜VGS－VGS(off) VGS→Ron ,│VGS│↑→Ron↑
ID /mA
§4.2.1 增强型MOSFET
四、特性曲线
1、 ID=f (VDS) VGS=C
ID / mA
VDS=VGS－VGS(th)
VGS=5.5V 5V
4.5V 4V 3.5V 0 (a)
2、 ID=f (VGS) VDS=C
ID /mA VDS=15V VDS=5V
VDS / V
0
VGS / V
(b)
MOSFET中的电流由电场控制,电场与半导体表面和
电流的方向垂直.利用与半导体表面垂直的电场控制半导体
的电导率或控制半导体中的电流,这种现象称为场效应.
一、分类
MOS
EMOS DMOS
N 沟道 P 沟道
N 沟道 P 沟道
§4.2.1 增强型MOSFET
二、结构、符号( EMOS N沟道)
B
SG D
rds=
VA IDQ
8、最大耗散功率PDM
( 4-5)
PDM = VDS ID 9、极间电容 Cgs Cgd
§4.2 MOSFET (表面场效应器件)
MOSFET与BJT相比,体积小、输入电阻高、噪声低、
热稳定性好、抗辐射能力强,因此在近代微电子学中得到了
广泛应用,尤其在集成电路技术中占有非常重要的地位.
《模拟电子线路》
第4章
杨 凌
第4 章
场效应管及其基本放大电路
§4.0 引言
JFET FET
MOSFET MOSFET在20世纪70年代和80年代导致了第二次电子革 命,在这次革命中,产生了台式计算机和手持计算器.MOSFET 在IC电路中占用很小的芯片面积,因而可以用来制造高密度的 VLSI 电路和大容量的存储器.