模电-课件4.1-4.4-场效应管
28页1、BJT是以输入电流控制输出电流,是电流控制器件,组成的放大电路输入电阻不高。,FET是以输入电压控制输出电流,是电压控制器件,输入电阻非常高,不吸收信号源电流,不消耗信号源功率。温度稳定性好,抗辐射能力强,噪声低,制造工艺简单,广泛应用于超大规模集成电路中。,场效应管是仅由一种载流子参与导电的半导体器件,是一种用输入电压控制输出电流的的半导体器件。从参与导电的载流子来划分,它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。,从场效应管的结构来划分,它有两大类。 1.结型场效应管JFET (Junction type Field Effect Transister),2.绝缘栅型场效应管IGFET ( Insulated Gate Field Effect Transister) IGFET也称金属氧化物半导体三极管MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET),D(Drain)为漏极,相当于c; G(Gate)为栅极,相当于b; S(Source)为源极,相当于e。,4.1 绝缘栅场效应管,绝缘栅型场效应管MOSFET( Metal Oxide
2、Semiconductor FET)。分为 增强型 N沟道、P沟道 耗尽型 N沟道、P沟道,(1)N沟道增强型MOSFET 结构,N沟道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构,它是在P型半导体上生成一层SiO2 薄膜绝缘层,然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区,从N型区引出电极,分别是漏极D,和源极S。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。P型半导体称为衬底,用符号B表示。源极S 有时要和衬底B 连接。 (动画4-5),工作原理 1栅源电压VGS的控制作用,当VGS=0V时,漏源之间相当两个背靠背的 二极管,在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。,增加VGS,当VGSVGS(th) 时( VGS(th) 称为开启电压),由于此 时的栅极电压已经比较强,在靠近 栅极下方的P型半导体表层中聚集较 多的电子,可以形成沟道,将漏极 和源极沟通。如果此时加有漏源电 压,就可以形成漏极电流ID。 随着VGS的继续增加,ID将不断增加。,VGS对漏极电流的控制关系可用 ID=f(VGS)VDS=const 这一曲线描述,称为转移特性曲线,见图4.6。,在VGS=0V时ID
3、=0,只有当VGSVGS(th)后才会出现漏极电流,这种MOS管称为增强型MOS管。,图4.6 VGS对漏极电流的控制特性 转移特性曲线,转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压 对漏极电流的控制作用。 gm 的量纲为mA/V,所以 gm也称为跨导。跨导的定义式如下 gm=ID/VGS VDS=const (单位mS) (动画4-6),ID=f(VGS)VDS=const,场效应管的转移特性可以用下面公式近似表示:,图4.8 漏极输出特性曲线,当VGSVGS(th),且固定为某一值时, VDS对ID的影响, 即ID=f(VDS)VGS=const,这一曲线称为漏极输出特性曲线。,2漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用,(2)N沟道耗尽型MOSFET,当VGS0时,将使ID进一步增加。VGS0时,随着VGS的减小漏极电流逐渐减小,直至ID=0。对应ID=0的VGS称为夹断电压,用符号VGS(off)表示,有时也用VP表示。N沟道耗尽型MOSFET的转移特性曲线如图4.9(b)所示。,N沟道耗尽型MOSFET的结构和符号如图 4.9(a)所示,它是在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量
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