第六讲场效应管.ppt

第5章 场效应管及其放大电路 场效应晶体管是利用电场效应来控制电流的一种半导体器件，即是电压控制元件。它的输出电流决定于输入电压的大小，基本上不需要信号源提供电流，所以它的输入电阻高，且温度稳定性好。 结型场效应管 按结构不同场效应管有两种: 绝缘栅型场效应管 绝缘栅型场效应管 按工作状态可分为：增强型和耗尽型两类 每类又有N沟道和P沟道之分 D S G N 符号 结构 　N 沟道结型场效应管结构图动画2-8.AVI N型沟道 N型硅棒 栅极Gate 源极Source 漏极Drain P+ P+ P 型区 耗尽层(PN 结) 　　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。 　　导电沟道是 N 型的，称 N 沟道结型场效应管。 5.1.1 结型场效应管 P 沟道场效应管 　P 沟道结型场效应管结构图 N+ N+ P型沟道 G S D 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。 符号 G D S 一、结型场效应管工作原理 场效应管是用改变 UGS 大小来控制漏极电流 ID 的。(压控电流源) G D S N N型沟道 栅极 源极 漏极 P+ P+ 耗尽层 　　*根据结型场效应管的结构，因它没有绝缘层，在栅极和源极之间需加反向电压，以保证栅－源极之间输入电阻高的特点。 耗尽型 G S D G S D 增强型 N沟道 P沟道 G S D G S D N沟道 P沟道 G、S之间加一定 电压才形成导电沟道 在制造时就具有 原始导电沟道 5.1.2 绝缘栅场效应管 漏极D 栅极和其它电极及硅片之间是绝缘的，称绝缘栅型场效应管。 金属电极 (1) N沟道增强型管的结构 栅极G 源极S 1. 增强型绝缘栅场效应管 SiO2绝缘层 P型硅衬底 高掺杂N区 G S D 符号： 由于栅极是绝缘的，栅极电流几乎为零，输入电阻很高，最高可达1014? 。 漏极D 金属电极 栅极G 源极S SiO2绝缘层 P型硅衬底 高掺杂N区 由于金属栅极和半导体之间的绝缘层目前常用二氧化硅，故又称金属-氧化物-半导体场效应管，简称MOS场效应管。 (2) N沟道增强型管的工作原理 EG P型硅衬底 N+ N+ G S D + – UGS ED + – 由结构图可见，N+型漏区和N+型源区之间被P型衬底隔开，漏极和源极之间是两个背靠背的PN结。 当栅源电压UGS = 0 时，不管漏极和源极之间所加电压的极性如何，其中总有一个PN结是反向偏置的，反向电阻很高，漏极电流近似为零。 S D EG P型硅衬底 N+ N+ G S D + – UGS ED + – 当UGS 0 时，P型衬底中的电子受到电场力的吸引到达表层，填补空穴形成负离子的耗尽层； N型导电沟道 在漏极电源的作用下将产生漏极电流ID，管子导通。 当UGS UGS（th）时，将出现N型导电沟道，将D-S连接起来。UGS愈高，导电沟道愈宽。 (2) N沟道增强型管的工作原理 EG P型硅衬底 N+ N+ G S D + – UGS ED + – N型导电沟道 当UGS ? UGS(th）后，场效应管才形成导电沟道，开始导通，若漏–源之间加上一定的电压UDS，则有漏极电流ID产生。在一定的UDS下漏极电流ID的大小与栅源电压UGS有关。所以，场效应管是一种电压控制电流的器件。 在一定的漏–源电压UDS下，使管子由不导通变为导通的临界栅源电压称为开启电压UGS(th）。 (2) N沟道增强型管的工作原理 (3) 特性曲线 有导电沟道 转移特性曲线 无导电 沟道 开启电压UGS(th） UDS UGS/ ID/mA UDS/V o UGS= 1V UGS= 2V UGS= 3V UGS= 4V 漏极特性曲线 恒流区 可变电阻区 截止区 N型衬底 P+ P+ G S D 符号： 结构 (4) P沟道增强型 SiO2绝缘层 加电压才形成 P型导电沟道 增强型场效应管只有当UGS ? UGS(th）时才形成导电沟道。 2. 耗尽型绝缘栅场效应管 G S D 符号： 如果MOS管在制造时导电沟道就已形成，称为耗尽型场效应管。 (1 ) N沟道耗尽型管 SiO2绝缘层中 掺有正离子 予埋了N型 导电沟道 2. 耗尽型绝缘栅场效应管 由于耗尽型场效应管预埋了导电沟道，所以在UGS= 0时，若漏–源之间加上一定的电压UDS，也会有漏极电流 ID 产生。 当UGS 0时，使导电沟道变宽， ID 增大； 当UGS 0时，使导电沟道变窄， ID 减小； U