模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第講 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管

1、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第講 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管第1頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)37分，星期四 場(chǎng)效應(yīng)管是通過(guò)改變外加電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)控制其導(dǎo)電能力的半導(dǎo)體器件。 它不僅具有雙極型三極管的體積小、重量輕、耗電少、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，而且還具有輸入電阻高、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、噪聲低、制造工藝簡(jiǎn)單、便于集成等特點(diǎn)。因而，在大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用。 根據(jù)結(jié)構(gòu)和工作原理不同,場(chǎng)效應(yīng)管可分為兩大類(lèi):結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(JFET)和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(IGFET). 主要內(nèi)容: (1)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及工作原理 (2)金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及工作原理 (3)場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的

2、靜態(tài)及動(dòng)態(tài)性能分析 學(xué)習(xí)指導(dǎo)第2頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)37分，星期四學(xué)習(xí)目標(biāo)： 1.正確理解各種場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理 2.熟練掌握各種場(chǎng)效應(yīng)管的外特性及主要參數(shù) 3.熟練掌握共源、共漏放大電路的工作原理及直流偏置 4.會(huì)用場(chǎng)效應(yīng)管小信號(hào)模型分析法求解共源、共漏放大電路的電壓增益、輸入電阻和輸出電阻 第3頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)37分，星期四學(xué)習(xí)方法： 學(xué)習(xí)本章內(nèi)容時(shí)，應(yīng)特別注意使用比較和歸納的方法： 1.與三極管及其放大電路進(jìn)行比較（兩種管子的結(jié)構(gòu)、工作原理、外特性、主要參數(shù)、小信號(hào)模型等的比較；兩種器件組成的放大電路的直流偏置電路及靜態(tài)、動(dòng)態(tài)分析方法的比較

3、；共射與共源、共集與共漏等放大電路性能的比較）。 2.不同類(lèi)型（結(jié)型與絕緣柵型）、不同溝道的各種場(chǎng)效應(yīng)管之間的比較與歸納（工作原理、電壓極性、主要參數(shù)的比較等）。 第4頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)37分，星期四概 述場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的區(qū)別1. 晶體管是電流控制元件；場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制元件。2. 晶體管參與導(dǎo)電的是電子空穴，因此稱其為雙極型器件； 場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制元件，參與導(dǎo)電的只有一種載流子， 因此稱其為單極型器件。3. 晶體管的輸入電阻較低，一般102104； 場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻高，可達(dá)1091014場(chǎng)效應(yīng)管的分類(lèi)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFETMOS型場(chǎng)效應(yīng)管JFET第5頁(yè)，共17頁(yè)，

4、2022年，5月20日，6點(diǎn)37分，星期四N溝道P溝道增強(qiáng)型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道（耗盡型）FET場(chǎng)效應(yīng)管JFET結(jié)型MOSFET絕緣柵型(IGFET)場(chǎng)效應(yīng)管的分類(lèi)第6頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)37分，星期四4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線及參數(shù)第7頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)37分，星期四1、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET)結(jié)構(gòu)P+P+NGSD導(dǎo)電溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管動(dòng)畫(huà)一 源極，用S或s表示N型導(dǎo)電溝道漏極，用D或d表示 P型區(qū)P型區(qū)柵極，用G或g表示柵極，用G或g表示符號(hào)符號(hào)第8頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月2

5、0日，6點(diǎn)37分，星期四4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 VGS對(duì)溝道的控制作用當(dāng)VGS0時(shí) 當(dāng)溝道夾斷時(shí),ID減小至0，此時(shí)對(duì)應(yīng)的柵源電壓VGS稱為夾斷電壓VP ( 或VGS(off) )。對(duì)于N溝道的JFET，VP 0。PN結(jié)反偏耗盡層加厚溝道變窄 VGS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄， ID繼續(xù)變小DP+P+NGSVDSIDVGS 當(dāng)VGS=0時(shí)，溝道最寬，溝道電阻最小，在VDS的作用下N溝道內(nèi)的電子定向運(yùn)動(dòng)形成漏極電流ID,此時(shí)最大。溝道電阻變大ID變小2、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET)的工作原理 根據(jù)其結(jié)構(gòu)，它只能工作在反偏條件下，N溝道管加負(fù)柵源電壓， P溝道管加正柵源電壓，否則將會(huì)出現(xiàn)柵流。動(dòng)畫(huà)二第9頁(yè)，

6、共17頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)37分，星期四4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 VDS對(duì)溝道的控制作用當(dāng)VGS=0時(shí)，VDSID G、D間PN結(jié)的反向電壓增加，使靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道變窄，從上至下呈楔形分布。 當(dāng)VDS增加到使VGD=VP 時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。此時(shí)VDS 夾斷區(qū)延長(zhǎng)溝道電阻ID基本不變2、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET)的工作原理DP+P+NGSVDSIDVGS第10頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)37分，星期四4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管VGS和VDS同時(shí)作用時(shí)當(dāng)VP VGS0 時(shí)，導(dǎo)電溝道更容易夾斷， 對(duì)于同樣的VDS ， ID的值比VGS=0時(shí)的值要小。在預(yù)夾斷處VG

7、D=VGS-VDS =VP 2、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET)的工作原理DP+P+NGSVDSIDVGS第11頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)37分，星期四綜上分析可知 溝道中只有一種類(lèi)型的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電， 所以場(chǎng)效應(yīng)管也稱為單極型三極管。JFET是電壓控制電流器件，iD受vGS控制預(yù)夾斷前iD與vDS呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，iD趨于飽和。4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管# 為什么JFET的輸入電阻比BJT高得多？ JFET柵極與溝道間的PN結(jié)是反向偏置的，因 此iG0，輸入電阻很高。 JFET是利用PN結(jié)反向電壓對(duì)耗盡層厚度的控制，來(lái)改變導(dǎo)電溝道的寬窄，從而控制漏極電流的大小。第12頁(yè)，共17

8、頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)37分，星期四4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管# JFET有正常放大作用時(shí)，溝道處于什么狀態(tài)？(2) 轉(zhuǎn)移特性 VP(1) 輸出特性 3、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET)的特性曲線及參數(shù)動(dòng)畫(huà)三動(dòng)畫(huà)四第13頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)37分，星期四 夾斷電壓VP (或VGS(off)： 飽和漏極電流IDSS： 低頻跨導(dǎo)gm：或4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(3) 主要參數(shù)漏極電流約為零時(shí)的VGS值 。VGS=0時(shí)對(duì)應(yīng)的漏極電流。 低頻跨導(dǎo)反映了vGS對(duì)iD的控制作用。gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求得，單位是mS(毫西門(mén)子)。 輸出電阻rd：第14頁(yè)，共17頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)37分，星期四4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(3) 主要參數(shù) 直流輸入電阻RGS： 對(duì)于結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管，反偏時(shí)RGS約大于107。 最大漏極功耗PDM 最大漏源電壓V(BR)