武汉理工大学模电课件第4章FET.ppt

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多子少子均参与导电）双极型器件（两种载流子：

多子少子均参与导电）噪声高噪声高场效应管场效应管（FieldEffectTransistor）电压控制器件（栅、源极间电压）电压控制器件（栅、源极间电压）输入阻抗极高输入阻抗极高单极型器件（一种载流子：

多子参与导电）单极型器件（一种载流子：

多子参与导电）噪声小噪声小缺点是速度慢（缺点是速度慢（有寄生电容效应）有寄生电容效应）场效应管（和三极管相比）：

优点多、应用广泛场效应管（和三极管相比）：

优点多、应用广泛基本概念基本概念电压控制器件电压控制器件电流控制器件电流控制器件单极型器件单极型器件双极型器件双极型器件感生沟道感生沟道导电沟道导电沟道增强型增强型耗尽型耗尽型夹断电压夹断电压开启电压开启电压预夹断预夹断全夹断全夹断饱和漏极电流饱和漏极电流栅电流栅电流输出特性输出特性转移特性转移特性自偏压电路自偏压电路分压式自偏压电路分压式自偏压电路反相电压放大器反相电压放大器电压跟随器电压跟随器电流跟随器电流跟随器FET分类分类结型场效应管结型场效应管JFET（按导电沟道类型）（按导电沟道类型）P沟道沟道N沟道沟道绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管MOSFET耗尽型耗尽型（按导电沟道形成机理按导电沟道形成机理）增强型增强型P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道按基本结构按基本结构结型场效应管结型场效应管一、结构和工作原理一、结构和工作原理二、特性曲线和参数二、特性曲线和参数1.1.结构与符号结构与符号2.2.工作原理工作原理外部工作条件外部工作条件vGS对对iD的控制作用的控制作用vDS对对iD的影响的影响1.1.输出特性和转移特性输出特性和转移特性2.2.主要参数主要参数例题例题JFET结构与符号结构与符号NN沟道结型场效应管沟道结型场效应管dP+P+Ngs耗尽层耗尽层三个区域：

一个三个区域：

一个NN区，两个区，两个PP+区区三个电极：

源极三个电极：

源极ss，漏极，漏极dd，栅极，栅极gg一个导电沟道：

一个导电沟道：

NN型型电路电路符号符号dgs箭头方向：

栅结正偏时栅极电流的方向箭头方向：

栅结正偏时栅极电流的方向（PP沟道？

沟道？

）JFET结构结构（P沟道）沟道）PP沟道结型场效应管沟道结型场效应管dN+N+Pgs耗尽层耗尽层三个区域：

一个三个区域：

一个PP区，两个区，两个NN+区区三个电极：

源极三个电极：

源极ss，漏极，漏极dd，栅极，栅极gg一个导电沟道：

一个导电沟道：

PP型型电路符号电路符号箭头方向：

箭头方向：

dgs工作原理（工作原理（11、22）dP+P+Ngs1.1.外部工作条件外部工作条件vGS为负值为负值vDS为正值为正值2.vGS对对iD的控制作用的控制作用为便于讨论，先假设漏源为便于讨论，先假设漏源极间所加的电压极间所加的电压vDS=0（a）当当vGS=0时，沟道较宽，其时，沟道较宽，其电阻较小。

电阻较小。

（b）当当vGS0时，时，PN结反偏，沟结反偏，沟道变窄，其电阻增大。

道变窄，其电阻增大。

（c）当当vGS进一步减小到一定程度（进一步减小到一定程度（vGSVP），沟），沟道消失，失去导电能力。

道消失，失去导电能力。

全夹断全夹断工作原理（工作原理（33）3.vDS对对iD的影响的影响（假设（假设vGS值固定，值固定，且且VPvGS0）dP+P+NgsVGGVDD（a）当漏源电压当漏源电压vDS从零开始增大从零开始增大时，沟道中有电流时，沟道中有电流iD流过。

流过。

（b）在在vDS较小时，较小时，iD随随vDS增增加而几乎呈线性地增加。

加而几乎呈线性地增加。

（c）随着随着vDS的进一步增加，的进一步增加，出现楔形沟道出现楔形沟道（d）当当vDS增加到增加到vDS=vGS-VP，即，即VGD=vGS-vDS=VP（夹断电压夹断电压）时，时，预夹断预夹断（e）继续增加，饱和，继而发生击穿继续增加，饱和，继而发生击穿JFET特性曲线特性曲线1.输出特性输出特性+场效应管的输入电流场效应管的输入电流iG0，输入特性无意，输入特性无意义，故用义，故用输出特性输出特性和和转移特性转移特性描述伏安特描述伏安特性（本质为同一个物理过程）。

性（本质为同一个物理过程）。

02461020可变电阻区可变电阻区放大（饱和）区放大（饱和）区截止区截止区三个工作区域三个工作区域JFET输出特性上的工作区域输出特性上的工作区域24061020可变电阻区可变电阻区可变电阻区可变电阻区恒流区恒流区夹断区夹断区击穿区击穿区放大区放大区截止区截止区JFET转移特性曲线转移特性曲线2.转移特性转移特性10（transfercharacteristic）在图示电路中，已知场效应管的在图示电路中，已知场效应管的；问在下列三种；问在下列三种情况下，管子分别工作在那个区？

情况下，管子分别工作在那个区？

（b）（c）（a）例题例题GDS解（解（a）因为）因为vGS0时，时，SiO2绝缘层上产生电场。

绝缘层上产生电场。

方向垂直于半导体表方向垂直于半导体表面，由栅极指向衬底。

面，由栅极指向衬底。

该电场排斥空穴、该电场排斥空穴、吸引电子。

在吸引电子。

在vGS较较小的情况下形成小的情况下形成耗耗尽层尽层。

电场排斥空穴电场排斥空穴形成耗尽层形成耗尽层MOSFET工作原理工作原理3PN+SGDN+

（1）vGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用,vDS=0vGS继续增大继续增大将将P衬底的电子吸引衬底的电子吸引到表面，形成一个到表面，形成一个N型薄层，型薄层，反型层反型层，形成导电沟道形成导电沟道出现反型层出现反型层且与两个且与两个N+区相连区相连通，在漏源极间形通，在漏源极间形成成N型导电沟道型导电沟道。

开开启电压，启电压，VTMOSFET工作原理工作原理4

（1）vGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用,vDS=0vGS越大，作用于半越大，作用于半导体表面的电场就越导体表面的电场就越强，吸引到强，吸引到P衬底表衬底表面的电子就越多，导面的电子就越多，导电沟道越厚，沟道电电沟道越厚，沟道电阻越小。

阻越小。

PN+SGDN+导电沟道增厚导电沟道增厚沟道电阻减小沟道电阻减小MOSFET工作原理工作原理5

（2）vDS对对iD的影响的影响当当vGSVT且为一确定且为一确定值时，漏值时，漏-源电压源电压vDS对导电沟道及电流对导电沟道及电流iD的影响与结型场效应的影响与结型场效应管相似。

管相似。

PN+SGDN+当在漏源之间施加正当在漏源之间施加正向电压向电压vDS0，且，且vDS较小时，将产生漏极较小时，将产生漏极电流电流iD。

iDiDMOSFET工作原理工作原理6

（2）vDS对对iD的影响，的影响，PN+SGDN+漏极电流漏极电流iD沿沟道形沿沟道形成的电压降使沟道内成的电压降使沟道内各点与栅极间的电压各点与栅极间的电压不再相等，靠近源极不再相等，靠近源极一端的电压最大、沟一端的电压最大、沟道最厚，而漏极一端道最厚，而漏极一端电压最小，其值为电压最小，其值为VGD=vGSvDS，因而，因而沟道最薄。

沟道最薄。

iDiDvGSVT为定值为定值沿沟道有电位梯度沿沟道有电位梯度vDSMOSFET工作原理工作原理7

（2）vDS对对iD的影响的影响随着随着vDS的增大，靠的增大，靠近漏极的沟道越来越近漏极的沟道越来越薄。

薄。

当当vDS增加到使增加到使VGD=vGSvDS=VT时，时，沟道在漏极一端出现沟道在漏极一端出现预夹断。

预夹断。

vGSVT为定值为定值PN+SGDN+iDiDMOSFET工作原理工作原理8

（2）vDS对对iD的影响的影响再继续增大再继续增大vDS，vGSvDSVT为定值为定值PN+SGDN+iDiD管子进入饱和区管子进入饱和区iD达到最大值达到最大值由于由于vDS的增加部分几的增加部分几乎全部降落在夹断区，乎全部降落在夹断区，故故iD几乎不随几乎不随vDS增大增大而增加，管子进入饱而增加，管子进入饱和区（实际的线性工和区（实际的线性工作区），作区），iD几乎仅由几乎仅由vGS决定决定。

MOSFET工作原理工作原理9MOSFET特性曲线特性曲线1MOS管的伏安特性用管的伏安特性用输出特性输出特性和和转移特性转移特性描述描述输出特性输出特性转移特性转移特性输出特性输出特性描述当栅源电压描述当栅源电压|vGS|=C为常量时，漏电流为常量时，漏电流iD与漏与漏源电压源电压vDS之间的关系。

之间的关系。

输出特性曲线也分为输出特性曲线也分为可变电阻区可变电阻区、饱和区饱和区、截止区截止区和和击穿区击穿区几部分。

几部分。

+1.1.输出特性：

输出特性：

10202406可变电阻区可变电阻区放大（饱和）区放大（饱和）区截止区截止区击穿区击穿区MOSFET特性曲线特性曲线2

（1）可变电阻区可变电阻区a.vDS较小，沟道尚未夹断较小，沟道尚未夹断b.vDSvGS-|VT|c.管子相当于受管子相当于受vGS控制的控制的压控电阻压控电阻1.1.输出特性输出特性24061020可变电阻区可变电阻区MOSFET特性曲线特性曲线

（2）放大区放大区（饱和区、恒流区饱和区、恒流区）a.沟道预夹断沟道预夹断c.iD几乎与几乎与vDS无关无关d.iD只受只受vGS的控制的控制b.vDSvGS-|VT|24061020放大区放大区1.1.输出特性输出特性MOSFET特性曲线特性曲线a.vGSVT（3）截止区截止区b.沟道完全夹断沟道完全夹断c.iD=0240610201.1.输出特性输出特性截止区截止区MOSFET特性曲线特性曲线024061020转移特性曲线转移特性曲线输出特性曲线输出特性曲线MOSFET特性曲线特性曲线MOSFET（耗尽型）结构与符号（耗尽型）结构与符号sgdN+N+SiO2Alb耗尽层耗尽层（导电沟道）（导电沟道）反型层反型层PN沟道耗尽型沟道耗尽型MOFETS符号符号P沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET符号符号gsdgsd1JFET栅源电压栅源电压vGS的极性不能接反，的极性不能接反，JFET可开路保存。

可开路保存。

3.MOSFET的栅极是绝缘的，感应电荷不易泄放，而且绝的栅极是绝缘的，感应电荷不易泄放，而且绝缘层很薄，极易击穿。

所以栅极不能开路，存放时应将各缘层很薄，极易击穿。

所以栅极不能开路，存放时应将各电极短路。

焊接时，电烙铁必须可靠接地，或者断电利用电极短路。

焊接时，电烙铁必须可靠接地，或者断电利用烙铁余热焊接，并注意对交流电场的屏蔽。

烙铁余热焊接，并注意对交流电场的屏蔽。

2从从MOSFET的结构上看，其源极和漏极是对称的，因的结构上看，其源极和漏极是对称的，因此可以互换。

当此可以互换。

当MOSFET的衬底引线单独引出时，应将其的衬底引线单独引出时，应将其接到电路中的电位最低点（对接到电路中的电位最低点（对N沟道沟道MOS管而言）或电位管而言）或电位最高点（对最高点（对P沟道沟道MOS管而言），以保证沟道与衬底间的管而言），以保证沟道与衬底间的PN结处于反向偏置，使衬底与沟道及各电极隔离。

结处于反向偏置，使衬底与沟道及各电极隔离。

（MOSFET）使用注意）使用注意增强型与耗尽型管子的区别：

增强型与耗尽型管子的区别：

耗尽型：

耗尽型：

增强型：

增强型：

当当时，时，当当时，时，绝