场效应管及其放大电路ppt课件
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导电沟道是 N 型的， 称 N 沟道结型场效应管。
图 N 沟道结型场效应管结构图
20ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0/3/21
8
P 沟道场效应管
D
P
N+ 型 N+
G
沟
道
P 沟道场效应管是在 P 型硅棒的两侧做成高掺 杂的 N 型区(N+)，导电沟 道为 P 型，多数载流子为 空穴。
D
G
S 图 P沟道结型场效应管结构图
2020/3/21
N沟道（NPN） P 沟道 （PNP）
耗尽型
N沟道（NPN） P沟道 （PNP）
2020/3/21
7
结型场效应管（JFET）
一、结构
D 漏极
耗尽层 (PN 结)
符 号
P 型区 栅极 G
N
P+ 型 P+
沟 道
N
N型硅棒
S 源极
在漏极和源极之间加 上一个正向电压，N 型半 导体中多数载流子电子可 以导电。
S 符号
9
4.3 绝缘栅型场效应管（MOSFET）
结型场效应管的输入电阻虽然可达106～109W，在使用 中若要求输入电阻更高，仍不能满足要求。绝缘栅型场效应 管又称为金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）具有更 高输入电阻，可高达1015 W。且有制造工艺简单、适于集成 等优点。
绝缘栅型场效应管的类别
N+
N+
且与两个N+区相连通， 在漏源极间形成N型导电 沟道。
出现反型层
P
形成导电沟道
2020/3/21
17
N沟道增强型MOSFET的工作原理
综上所述：
N沟道MOS管在vGS＜VT时，
不能形成导电沟道，管子 处于截止状态。
只有当vGS≥VT时，方能形
成沟道。
这种必须在vGS≥VT时才能
形成导电沟道的MOS管称 为增强型MOS管。
噪声小
缺点速度慢
2020/3/21
4
三极管
场效应管
三极管放大器
场效应管放大器
分析方法
分析方法
图解法，估算法，微变等效电路法
Q、A• 、R i、R o
2020/3/21
5
场效应三极管（FET）
只有一种载流子参与导电，且利用电场效应来控制 电流的三极管，称为场效应管，也称单极型三极管。
结型场效应管（JFET） 场效应管分类
第四章 场效应管及其放大电路
2020/3/21
1
1. 场效应管根据结构不同分为哪两大类？
2. 何谓耗尽型？何谓增强型？VP夹断电压和VT开启电压
分别是何种类型场效应管的重要参数之一？ 3. 场效应管有哪三个电极？和BJT管如何对应？
4. 场效应管的两个电压VGS和VDS分别起何主要作用？
5. 场效应管输出特性曲线分为哪几个区？作放大时工作 在哪个区？为什么？
2020/3/21
3
三极管特点
电流控制器件（基极电流控制晶体管导电能力） 输入阻抗不高 双极型器件（两种载流子：多子少子参与导电） 噪声高
场效应管特点
电压控制器件（用电压产生电场来控制器件 的导电能力）故称为Field Effect Transistor 输入阻抗极高
单极型器件（一种载流子：多子参与导电）
MOSFET
增强型 耗尽型
N沟道 P沟道 N沟道 P沟道
增强型MOS管在vGS=0时，无导电沟道。 耗尽型MOS管在vGS=0时，已有导电沟道存在。
2020/3/21
10
N沟道增强型MOSFET
Al金属电极 Al金属电极
SiO2保护层
S
Al金属电极
G
D
两边扩散两个 高浓度的N区
2020/3/21
N+
vDS +
S – vGS + G
D
N+
N+
P
导电沟道增厚
沟道电阻减小
2020/3/21
16
N沟道增强型MOSFET的工作原理
(1) vGS对沟道的控制作用, vDS=0 –
vDS +
当vGS>VT时，电场增强
将P衬底的电子吸引到表
S – vGS + G
D
面，这些电子在栅极附
近的P衬底表面便形成一
个N型薄层，称为反型层
绝缘栅场效应管（MOSFET）
特点
2020/3/21
单极型器件(一种载流子导电)； 输入电阻高；（≥107～1015） 工艺简单、易集成、功耗小、体积小、 噪声低、成本低等。
6
FET分类：
FET 场效应管
JFET 结型
MOSFET 绝缘栅型
N沟道（相当于NPN）
（耗尽型） P沟道（相当于PNP）
增强型
有漏电流出现iD≈0。
–
vDS +
S – vGS + G
D
N+
N+
P
2020/3/21
15
N沟道增强型MOSFET的工作原理
vDS= 0
vGS增加，作用于半导
体表面的电场就越强， 吸引到P衬底表面的电 子就越多，导电沟道 越厚，沟道电阻越小。
开始形成沟道时的栅 源极电压称为开启电
压，用VT表示。
–
沟道形成以后，在漏-源极
间加上正向电压vDS，就有
漏极电流产生。
2020/3/21
–
vDS +
S – vGS + G
D
N+
N+
P
18
MOSFET的特性曲线
MOS管的伏安特性用输出特性和转移特性描述
输出特性
当栅源电压|vGS|=C为常量时，漏极电流iD与漏源电压vDS
之间的关系。
与BJT类似，输出特性曲线也分为 可变电阻区、饱和区、截止区和击 穿区几部分。
输出特性 转移特性
2020/3/21
与JFET相似， MOSFET的工作原 理同样表现在：
–
vDS +
S – vGS + G
D
栅压vGS对沟道导
电能力的控制，
N+
N+
漏源电压vDS对漏
极电流的影响。
P
2020/3/21
14
N沟道增强型MOSFET的工作原理
(1) vGS对沟道的控制作用
当vGS=0时，
漏源极间是两个背靠 背的PN结，无论漏源 极间如何施加电压， 总有一个PN结处于反 偏状态，漏-源极间没 有导电沟道，将不会
N+
形成两个PN结
以P型半导P体作衬底
从衬底引出电极
11
MOSFET
金属 Metal 氧化物 Oxide
半导体 Semiconductor
2020/3/21
表示符号 G
S
G
D
S D
N+
N+
P
12
P沟道增强型MOSFET的结构
表示符号
D
G
S
G
D
S
P+
P+
N
2020/3/21
13
N沟道增强型MOSFET的工作原理
6. 场效应管是双极型 ？单极型？电压控制器件还是电流 控制器件？它的输入电阻如何？（与BJT对比）
7. 根据场效应管特点作放大时，应如何合理设置Q点？
2020/3/21
2
场效应管是电压控制器件。 它具有输入阻抗高，噪声低的优点。
本章是本课程的难点，但不是本课程的重点。 由于学时数少，又因为场效应管放大电路与 三极管放大电路有许多相同之处，所以，本章学 习采用对比学习法，即将场效应管与三极管放大 电路比较，了解相同点，掌握不同点。
图 N 沟道结型场效应管结构图
20ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0/3/21
8
P 沟道场效应管
D
P
N+ 型 N+
G
沟
道
P 沟道场效应管是在 P 型硅棒的两侧做成高掺 杂的 N 型区(N+)，导电沟 道为 P 型，多数载流子为 空穴。
D
G
S 图 P沟道结型场效应管结构图
2020/3/21
N沟道（NPN） P 沟道 （PNP）
耗尽型
N沟道（NPN） P沟道 （PNP）
2020/3/21
7
结型场效应管（JFET）
一、结构
D 漏极
耗尽层 (PN 结)
符 号
P 型区 栅极 G
N
P+ 型 P+
沟 道
N
N型硅棒
S 源极
在漏极和源极之间加 上一个正向电压，N 型半 导体中多数载流子电子可 以导电。
S 符号
9
4.3 绝缘栅型场效应管（MOSFET）
结型场效应管的输入电阻虽然可达106～109W，在使用 中若要求输入电阻更高，仍不能满足要求。绝缘栅型场效应 管又称为金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）具有更 高输入电阻，可高达1015 W。且有制造工艺简单、适于集成 等优点。
绝缘栅型场效应管的类别
N+
N+
且与两个N+区相连通， 在漏源极间形成N型导电 沟道。
出现反型层
P
形成导电沟道
2020/3/21
17
N沟道增强型MOSFET的工作原理
综上所述：
N沟道MOS管在vGS＜VT时，
不能形成导电沟道，管子 处于截止状态。
只有当vGS≥VT时，方能形
成沟道。
这种必须在vGS≥VT时才能
形成导电沟道的MOS管称 为增强型MOS管。
噪声小
缺点速度慢
2020/3/21
4
三极管
场效应管
三极管放大器
场效应管放大器
分析方法
分析方法
图解法，估算法，微变等效电路法
Q、A• 、R i、R o
2020/3/21
5
场效应三极管（FET）
只有一种载流子参与导电，且利用电场效应来控制 电流的三极管，称为场效应管，也称单极型三极管。
结型场效应管（JFET） 场效应管分类
第四章 场效应管及其放大电路
2020/3/21
1
1. 场效应管根据结构不同分为哪两大类？
2. 何谓耗尽型？何谓增强型？VP夹断电压和VT开启电压
分别是何种类型场效应管的重要参数之一？ 3. 场效应管有哪三个电极？和BJT管如何对应？
4. 场效应管的两个电压VGS和VDS分别起何主要作用？
5. 场效应管输出特性曲线分为哪几个区？作放大时工作 在哪个区？为什么？
2020/3/21
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三极管特点
电流控制器件（基极电流控制晶体管导电能力） 输入阻抗不高 双极型器件（两种载流子：多子少子参与导电） 噪声高
场效应管特点
电压控制器件（用电压产生电场来控制器件 的导电能力）故称为Field Effect Transistor 输入阻抗极高
单极型器件（一种载流子：多子参与导电）
MOSFET
增强型 耗尽型
N沟道 P沟道 N沟道 P沟道
增强型MOS管在vGS=0时，无导电沟道。 耗尽型MOS管在vGS=0时，已有导电沟道存在。
2020/3/21
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N沟道增强型MOSFET
Al金属电极 Al金属电极
SiO2保护层
S
Al金属电极
G
D
两边扩散两个 高浓度的N区
2020/3/21
N+
vDS +
S – vGS + G
D
N+
N+
P
导电沟道增厚
沟道电阻减小
2020/3/21
16
N沟道增强型MOSFET的工作原理
(1) vGS对沟道的控制作用, vDS=0 –
vDS +
当vGS>VT时，电场增强
将P衬底的电子吸引到表
S – vGS + G
D
面，这些电子在栅极附
近的P衬底表面便形成一
个N型薄层，称为反型层
绝缘栅场效应管（MOSFET）
特点
2020/3/21
单极型器件(一种载流子导电)； 输入电阻高；（≥107～1015） 工艺简单、易集成、功耗小、体积小、 噪声低、成本低等。
6
FET分类：
FET 场效应管
JFET 结型
MOSFET 绝缘栅型
N沟道（相当于NPN）
（耗尽型） P沟道（相当于PNP）
增强型
有漏电流出现iD≈0。
–
vDS +
S – vGS + G
D
N+
N+
P
2020/3/21
15
N沟道增强型MOSFET的工作原理
vDS= 0
vGS增加，作用于半导
体表面的电场就越强， 吸引到P衬底表面的电 子就越多，导电沟道 越厚，沟道电阻越小。
开始形成沟道时的栅 源极电压称为开启电
压，用VT表示。
–
沟道形成以后，在漏-源极
间加上正向电压vDS，就有
漏极电流产生。
2020/3/21
–
vDS +
S – vGS + G
D
N+
N+
P
18
MOSFET的特性曲线
MOS管的伏安特性用输出特性和转移特性描述
输出特性
当栅源电压|vGS|=C为常量时，漏极电流iD与漏源电压vDS
之间的关系。
与BJT类似，输出特性曲线也分为 可变电阻区、饱和区、截止区和击 穿区几部分。
输出特性 转移特性
2020/3/21
与JFET相似， MOSFET的工作原 理同样表现在：
–
vDS +
S – vGS + G
D
栅压vGS对沟道导
电能力的控制，
N+
N+
漏源电压vDS对漏
极电流的影响。
P
2020/3/21
14
N沟道增强型MOSFET的工作原理
(1) vGS对沟道的控制作用
当vGS=0时，
漏源极间是两个背靠 背的PN结，无论漏源 极间如何施加电压， 总有一个PN结处于反 偏状态，漏-源极间没 有导电沟道，将不会
N+
形成两个PN结
以P型半导P体作衬底
从衬底引出电极
11
MOSFET
金属 Metal 氧化物 Oxide
半导体 Semiconductor
2020/3/21
表示符号 G
S
G
D
S D
N+
N+
P
12
P沟道增强型MOSFET的结构
表示符号
D
G
S
G
D
S
P+
P+
N
2020/3/21
13
N沟道增强型MOSFET的工作原理
6. 场效应管是双极型 ？单极型？电压控制器件还是电流 控制器件？它的输入电阻如何？（与BJT对比）
7. 根据场效应管特点作放大时，应如何合理设置Q点？
2020/3/21
2
场效应管是电压控制器件。 它具有输入阻抗高，噪声低的优点。
本章是本课程的难点，但不是本课程的重点。 由于学时数少，又因为场效应管放大电路与 三极管放大电路有许多相同之处，所以，本章学 习采用对比学习法，即将场效应管与三极管放大 电路比较，了解相同点，掌握不同点。