文档介绍：第5章场效应管及其基本放大电路
场效应管
1. 特点
(1)它是利用改变外加电压产生的电场效应来控制其导电能力的半导体器件。
(2)它仅靠半导体中的多数载流子导电,又称单极型晶体管。
(3)它具有双极型三极管的体积小、重量轻、耗电少、寿命长等优点,
(4)还具有输入电阻高、热稳定性好、抗辐射能力强、噪声低、制造工艺简单、便于集成等特点。
(5)在大规模及超大规模集成电路中得到了广泛的应用。
N沟道
P沟道
增强型
耗尽型
N沟道
P沟道
N沟道
P沟道
(耗尽型)
FET
场效应管
JFET
结型
MOSFET
绝缘栅型
(IGFET)
:
结型场效应管
结型场效应管的结构
在一块N型半导体材料的两边各扩散一个高杂质浓度的P+区,就形成两个P+N结,即耗尽层。把两个P+区联接在一起,引出一个电极g,称为栅极,在N型半导体的两端各引出一个电极,分别称为源极s和漏极d。
三个区域:一个N型区,两个P型区。
三个电极:源极s,漏极d,栅极g。
两个PN结:
一个导电沟道:N型导电沟道
夹在两个P+N结中间的区域N区,是电流的通道称为导电沟道(简称沟道)。
如果在一块P型半导体的两边各扩散一个高杂质浓度的N+区,就可以制成一个P沟道的结型场效应管。
符号中栅极上的箭头表示栅结正偏时电流的方向(P→N),用来识别何种沟道。
N 沟道结型场效应管用改变 uGS 大小来控制漏极电流 iD 的。(VCCS)
G
D
S
N
N型沟道
栅极
源极
漏极
P+
P+
耗尽层
*在栅极和源极之间加反向电压,耗尽层会变宽,导电沟道宽度减小,使沟道本身的电阻值增大,漏极电流 ID 减小,反之,漏极 ID 电流将增加。
(1) 当uDS = 0 时, uGS 对导电沟道的控制作用
iD = 0
G
D
S
N型沟道
P+
P+
(a) uGS = 0
uGS = 0 时,耗尽层比较窄,导电沟道比较宽
uGS 由零逐渐减小,耗尽层逐渐加宽,导电沟道相应变窄。
当 uGS = UGS(Off),耗尽层合拢,导电沟道被夹断.
iD = 0
G
D
S
P+
P+
N型沟道
(b) UGS(off) < uGS < 0
VGG
iD = 0
G
D
S
P+
P+
(c) uGS <UGS(off)
VGG
UGS(off)为夹断电压,为负值。UGS(off) 也可用UP表示
(2) 当uGS 为UGS(Off)~0中一固定值时, uDS 对漏极电流iD的影响。
uGS = 0,uGD > UGS(Off) ,iD 较大。
G
D
S
P+
N
iS
iD
P+
P+
VDD
VGG
uGS < 0,uGD > UGS(Off) ,iD 更小。
G
D
S
N
iS
iD
P+
P+
VDD
注意:当 uDS > 0 时,耗尽层呈现楔形。
(a)
(b)
uGD = uGS -uDS
G
D
S
P+
N
iS
iD
P+
P+
VDD
VGG
uGS < 0,uGD = UGS(off), 沟道变窄预夹断
uGS < 0 ,uGD < uGS(off),夹断,iD几乎不变
(c)
(d)
G
D
S
iS
iD
P+
VDD
VGG
P+
P+
uGD = uGS -uDS
(3)当uGD < uGS(off)时,uGS 对漏极电流iD的控制作用
对应于确定的uGS,就有确定的iD。
场效应管用低频跨导gm的大小描述栅源电压对漏极电流的控制作用。
gm=iD/uGS
(单位mS)
小结
(1)在uGD = uGS -uDS > uGS(off)情况下, 即当uDS < uGS -uGS(off)
对应于不同的uGS ,d-s间等效成不同阻值的电阻。
(2)当uDS使uGD = uGS(off)时,d-s之间预夹断
(3)当uDS使uGD < uGS(off)时, iD几乎仅仅决定于uGS ,
而与uDS 无关。此时, 可以把iD近似看成uGS控制的电流源。