场效应管及其电路

第4章 场效应管及其电路
4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
(a)结构示意图
(b)电路符号
图4-1 N沟道增强型MOS管
第4章 场效应管及其电路
4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
2．工作原理
(1) 栅源电压 uGS 时0 的情况
如图4-2所示，漏源之间 为一条由半导体N-P-N组成的 两个反向串联的PN结，因此 即使加入漏源电压 u D S ，因无 导电沟道形成，漏极电 流iD 0 。
实际应用中，常常将P沟道增强型 MOS管和N沟道增强型MOS管结合起 来使用，称为CMOS，也可称为互补 MOS。
图4-6 P沟道增强型 MOS管电路符号
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4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
4.1.3 N沟道耗尽型场效应管
N沟道耗尽型MOS管在制造时，在二氧化硅绝缘层中预
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图4-7 N沟道耗尽型MOS管
N沟道耗尽型MOS管其漏极电流i D 和栅源电压u G S 之
间的关系表达式为
iD
IDSS
1-
uGS UP
2
(4-2)
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4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
4.1.4 P沟道耗尽型场效应管
P沟道耗尽型MOS管除了漏极、源极和衬底的半导体材 料类型与N沟道耗尽型MOS管的对偶外，还有一个明显的区 别就是在二氧化硅绝缘层中掺入的是负离子，其符号如图48所示。
第4章 场效应管及其电路
场效应管(FET)是一种电压控制器件，它是利用输入电压 产生电场效应来控制输出电流的。它具有输入电阻高、噪声低、 热稳定性好、耗电省等优点，目前已被广泛应用于各种电子电 路中。
场效应管按其结构不同分为结型(JFET)和绝缘栅型(IGFET) 两种，其中绝缘栅型场效应管由于其制造工艺简单，便于大规 模集成，因此应用更为广泛。
图4-2 uGS 0 时的情况
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4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
2．工作原理 (2) 栅源电压 uGS 0，漏源电压 u DS 时0 的情况
如图4-3所示，由P型 半导体转化成的N型薄层， 被称为反型层。反型层使 漏源之间形成一条由半导 体N-N-N组成的导电沟道 。 若此时加入漏源电压 ， 就会u D 有S 漏极电流 产生。i D
2
iD
IDO
uGS UT
-1
uGS UT （4-1）
。 I D O
是 uGS 2UT 时的 i D
值, U
为开启电压
T
图4-4 转移特性曲线
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4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
(2)输出特性曲线
输出特性是指增强型
NMOS管在栅源电压
u
G
一定
S
时，输出电流
i
与漏源电压
4.2 结型场效应管(JFET)
4.2.2 结型场效应管的工作原理
图4-10
uDS
0
时，u GS
对导电沟道的影响
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4.2 结型场效应管(JFET)
如图4-10 (a)所示，场效应管两侧的PN结均处于零偏置， 因此耗尽层很薄，中间的导电沟道最宽，沟道等效电阻最 小。当 时uGS， 0在 作用u G S 下，场效应管两侧的耗尽层加宽， 相应的中间导电沟道变窄，沟道等效电阻增大，如图4-10(b) 所示。当 的反偏值u G S增大到某一值时，场效应管两侧的耗 尽层相接，导电沟道消失，这种现象称为夹断，如图4-10(c) 所示，发生夹断时的栅源电压即为夹断电压 。此时，沟 道等U P 效电阻趋于无穷大，即使加入 ，漏极电流 u依D S 然为 零。 i D
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4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
绝缘栅型场效应管简称MOS管，由于其内部由金属—氧 化物—半导体三种材料制成，可分为增强型和耗尽型两大类， 每类中又有N沟道和P沟道之分。
4.1.1 N沟道增强型场效应管(NMOS管)
1．结构
如图4-1（a）所示，在一块掺杂浓度较低的P型硅片上， 通过扩散工艺形成两个高掺杂的 区，N 通过金属铝引出两个 电极分别作为源极S和漏极D，再在半导体表面覆盖一层二氧 化硅绝缘层，在源漏极之间的绝缘层上制作一铝电极，作为 栅极G。
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4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET) 4.1.1 N沟道增强型场效应管(NMOS管) 4.1.2 P沟道增强型场效应管(PMOS管) 4.1.3 N沟道耗尽型场效应管 4.1.4 P沟道耗尽型场效应管
4.2 结型场效应管(JFET) 4.2.1 结型场效应管的结构 4.2.2 结型场效应管的工作原理 4.2.3 特性曲线 4.2.4 场效应管的主要参数及使用注意事项
D
u
DS
的关系曲线，如图4-5所示，
其函数关系式为
iDf(uD S)uG S常 数
图4-5 输出特性曲线
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4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
4.1.2 P沟道增强型场效应管(PMOS管)
P沟道增强型MOS管和N沟道增强型MOS管的主要区别 在于作为衬底的半导体材料的类型不同，P沟道增强型MOS 管以N型硅作为衬底，另外，漏极和源极是从P 引出，反型 层为P型，对应的导电沟道也为P型结构，其符号如图4-6所 示。
图4-3
栅源电压 uGS 0, 漏源电压 uDS 0 时的情况
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4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
3．特性曲线
(1)转移特性曲线
转移特性曲线是指增强型NMOS管在漏源电压一定 时，输出电流 i D 与输入电压u G S 的关系曲线， 即
iDf(uGS)uDS常 数
转移特性曲线的表达式为
第4章 场效应管及其电路
4.3 场效应管放大电路 4.3.1 共源放大电路 4.3.2 共漏放大电路 4.3.3 复合互补源极跟随器
第4章 场效应管及其电路
【本章要点】MOS管的原理、特性和主要参数 结型场效应管原理、特性及主要参数 场效应管放大电路的组成与原理
【本章难点 】MOS管的原理和转移特性及主要参数 场效应管的微变等效电路法
图4-8 P沟道耗尽型MOS管电路符号
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4.2 结型场效应管(JFET)
4.2.1 结型场效应管的结构
结型场效应管其内部结构如图4-9所示，与绝缘栅型场效 应管不同的是漏极D和源极S通常可以对调使用。结型场效应 管也可分为N沟道和P沟道两种。
图4-9 结型场效应管
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先掺入了大量的正离子。因而使
u
G
＝
S
0
,P衬底表面也可感应
出较多的自由电子，形成反型层，建立起导电沟道,其结构
如图4-7（a）所示。
将u
G
＝
S
0
时有导电沟道存在的场效应管通称为耗尽型
场效应管，符号中导电沟道用实线表示。
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4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
(a)结构示意图
(b)电路符号