1、场效应晶体管及其电路分析场效应晶体管及其电路分析 第一篇第一篇 电子器件基础电子器件基础1.3.1场效应晶体管结构特性与参数场效应晶体管结构特性与参数 1、绝缘栅场效应管(IGEFT)vNMOS增强型结构示意图与电路符号（2）三个集：源集，栅（门）集，漏集（1）二个PN结：衬源，衬漏工艺特点：源漏高掺杂栅绝缘电阻大NMOS结构1、绝缘栅场效应管(IGEFT)（续）vPMOS增强型结构示意图与电路符号（2）三个集：源集，栅（门）集，漏集（1）二个PN结：衬源，衬漏工艺特点：源漏高掺杂栅绝缘电阻大2、NMOS增强型工作原理（1）VGS增加形成反型层，大于VT产生沟道，漏源之间形成导电通路*衬源和
2、衬漏之间加反向偏置*2、NMOS增强型工作原理（续1）（2）加入VDS形成漏源电流 2、NMOS增强型工作原理（续2）（3）继续加大VGS，沟道变宽，沟道R变小，ID增加*场效应管是电压控制型器件*场效应管导电由N+的多子形成，单极型器件，T特性好*NMOS工作原理12、NMOS增强型工作原理（续3）（4）继续加大VDS，ID适当增加，源-漏电位逐步升高，沟道预夹断2、NMOS增强型工作原理（续4）（5）预夹断后继续加大VDS，沟道夹断，ID恒定*漏源增加的电压降在夹断区*NMOS工作原理23、N沟道耗尽型MOSFET（1）SIO2中预埋正离子（3）GS负到V GS(off)(VP示)，沟道消
3、失（2）VGS=0时就存在内建电场，形成沟道4、结型场效应管(JFET)（1）N沟道和P沟道JFET结构与符号*JFET正常工作时，两个PN结必须反偏*NJFET*PJFET*（2）N沟道JFET的工作原理*VDD=0，沟道宽度随VGG增而窄，沟道R增，ID降，耗尽型*（2）N沟道JFET的工作原理（续1）*VGG不变，VDD增加，沟道上窄下宽ID线性增，直至预夹断*初始沟道宽度由VGG决定*（2）N沟道JFET的工作原理（续2）*VGG不变，预夹断后VDD增加，增加的电压降在沟道上，ID不变*5、场效应管类型（1）绝缘栅型（Insulated Gate Type）FET N沟道（Channe
4、l）增强（Enhancement）型MOSN沟道耗尽（Depletion）型MOSP沟道增强型MOSP沟道耗尽型 MOS（2）结型（Junction Type）JFET N沟道(耗尽Depletion)型JFETP沟道(耗尽Depletion)型JFETv场效应管的典型应用输出回路电流由输入电压控制输入回路产生电压VGSDmGSIgV三端器件构成2个回路场效应管的主要半导体机理 电压控制电流源作用1、增强型NMOS场效应管伏安特性（1）增强型NMOS管转移特性 2()(1)DSGSDGSvconstDOTvif vIV*场效应管是电压控制型器件*n场效应晶体管特性参数场效应晶体管特性参数*ID
5、O漏极电流当VGS=2VT*0Gi（2）增强型NMOS管输出特性(a)截止区：GSTVV(b)可变电阻区(?)：*VDS较小，沟道未夹断ID受其影响*(c)放大区：*VDS足够大沟道夹断，ID不随VDS变化*1、增强型NMOS场效应管伏安特性（续1）2)1(PGSDSSDVvIi*IDSS，VGS=0时漏极电流*2、耗尽型MOS场效应管和结型FET伏安特性*转移特性*输出特性*0Gi 3、场效应管的主要参数(1)直流参数 增强型管开启电压V GS(th)(VT)耗尽型管夹断电压V GS(off)(VP)耗尽型管在VGS=0时的饱和区漏极电流IDSS VDS=0时，栅源电压VGS与栅极电流IG之
6、比-直流输入电阻R GS(DC)(2)交流参数 低频跨导(互导)gm22(1)DSDmvconstGSDSSGSDDSSDGSPPPigvIVdiIIdVVVV 或交流输出电阻rds constvDDSdsGSivr(3)极限参数 最大漏源电压V(BR)DS：漏极附近发生雪崩击穿时的VDS 最大栅源电压V(BR)GS：栅极与源极间PN结的反向击穿电压 最大耗散功率P 3、场效应管工作状态估算例1:VDD=18V,Rs=1K，Rd=3K，Rg=3M，耗尽型MOS管的VP=-5V,IDSS=10mA。试用估算法求电路的静态工作点 221()(1)10(1)()5GSQDQsDQGSQGSQDQDS
7、SPVIRIVVIIV 输入回路方程转移特性()8()DSQDDDdsVVIRRV输出回路方程2.5,2.5DQGSQImA VV 例2:分压式自偏压共源放大电路中，已知转移特性，VDD=15V,Rd=5k,Rs=2.5k,R1=200k，R2=300k，Rg=10M，负载电阻RL=5k，并设电容C1、C2和Cs足够大。已知场效应管的特性曲线试用图解法分析静态工作点Q，估算Q点上场效应管的跨导gm（1）输入回路方程 162.512GSQDDDQsDRVVIRIRRVGSQ=3.5VIDQ=1mA（2）输出回路方程()7.5DSQDDDQdsVVIRRV2(1)GSDDOTvIIV/2/mDGS
8、DODQTgdidvIIV例5：分析图示VGS=2/4/6/8/10V/12V时，场效应管工作区(1)由图可知VT=4V,当VGSVT工作在截止区 VGS=2/4V工作在截止区.(2)VGSVT(4V)工作在放大区或可变电阻区(,)()(,)DGSDSDSDDDdIf VVVVI R输出特性曲线输出回路方程 负载线*显然4 VGS10V可变电阻区(3)VtVVSGSsin68|DSDmVGSIgV常数*恒流区内ID近似只受VGS控制 例6：N沟道结型场效应管和 PNP双极型三极管组成的恒流源电路。估算恒流值.(设IDSS=2mA,夹断电压VP=-4V)*假定在恒流区 集成电路分类 *二极管、三
9、极管、场效应管、电阻、电容，连线*集成电路-同一块硅片制作特殊功能电路 *SSI，MSI，LSI，VLSI，模拟/数字，各种功能IC*1.2.6 1.2.6 集成电路中的电子器件集成电路中的电子器件 *器件之间通过SiO2，PN结隔离*1.1.复合管复合管（达林顿管，Darlington）*两只或以上的三极管(场效应管)按一定方式连接*常见常见达林顿管组合（1）等效复合管的管型取决于第一只管子的类型（2）等效复合管的12（3）等效复合管的输入电流可大大减小，第1只管可采用小功率管（4）复合管也可由晶体管和场效应管或多个晶体管组合*等效复合管的特性等效复合管的特性2.2.多集电极管和多发射极管多
10、集电极管和多发射极管（1）集电极电流与集电区面积成正比（2）制作多个具有比较稳定电流关系的电流源*比例关系可做得很精确*多集电极管（1）常作为门电路的输入级电路*多发射极极管 3.3.肖特基三极管肖特基三极管（1）肖特基三极管结构*普通三极管由饱和转入截止时间（饱和放大截止）较长*开启电压仅0.3V，正向压降0.4V*普通三极管集电结并接一个肖特基势垒二极管(SBD)*（2）肖特基二极管SBD特点*没有电荷存储效应，开关时间短*1.2.7半导体器件的制造工艺简介半导体器件的制造工艺简介 1.半导体二极管/三极管/FET2.电阻(1)用三极管基区或发射区扩散形成的体电阻(2)阻值1千欧,很不经济 3.电容结反偏时的结电容,小于百皮法*半导体器件的封装工艺
