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§2.2 Field Effect Transistors

D. 漏极. 漏极. D. C. 栅极. 栅极. G. 衬底. G. B. S. 源极. 源极. S. E. IGFET. BJT. JFET. 10 4 MΩ. 10 MΩ. §2.2 Field Effect Transistors. 场效应管是依靠电场效应控制半导体中多 数载流子的半导体器件。. r be 几百 Ω 至几 K Ω. 外电场 u DS 内电阻. D. i D. G. S. N 沟道 JFET. D. +. G. -. P 型. P 型. u DS.

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§2.2 Field Effect Transistors

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Presentation Transcript

  1. D 漏极 漏极 D C 栅极 栅极 G 衬底 G B S 源极 源极 S E IGFET BJT JFET 104MΩ 10 MΩ §2.2 Field Effect Transistors 场效应管是依靠电场效应控制半导体中多 数载流子的半导体器件。 rbe几百Ω至几K Ω

  2. 外电场uDS 内电阻 D iD G S N沟道 JFET D + G - P型 P型 uDS 本体材料为P型半导体，则构成P 电沟道JFET。 - uGS D + S G S uGS耗尽层 R iD 2.2.1. JFET 耗尽层上厚下薄导 电沟道成楔形 N沟道 N型 硅棒

  3. D G S iD UGS = 0V IDSS -1V -2V -3V -4V uDS(V) uGS (-) 5 4 3 2 1 0 5 10 15 20 25 输出特性 JFET Characteristics UGS(off) 转移特性 在P沟道JFET中，空穴参与导电，uDS接负电压，uGS接正电压。

  4. D D G G iD S S 截止区 UGS=0V 可变电阻区 可变电阻区 -1V 饱和区（恒流区，放大区） -2V -3V uDS(V) -4V 0 5 10 15 20 25 截止区 12V 3V 0V 0V 放大区 可变电阻区 1V 2V 输出特性划分为三个区域 放 大 区 Example

  5. S G D SiO2 绝缘层 + S G D + + + + + P型硅衬底 P型硅衬底 D D 衬底 衬底 G G S S 1. Construction 2.2.2. IGFET (MOSFET) UGS=0，存在导电沟道，漏极电流ID≠0。栅极加上某负电压消失导电沟道。 UGS=0，无导电沟道，ID=0。栅极加正电压会形成N型沟道(反型层)。 N沟道增强型 N沟道耗尽型

  6. 0V 窄 VGS=VT + 宽 2、工作原理 Operation （开启电压) (1)、开启(turn on)沟道 反型层(Inversion layer) VGS控制沟道宽窄 增强型MOS管

  7. 0 预夹断 + (2)．沟道变形 电位梯度 VDS控制 沟道形状 楔形沟道

  8. 3. MOSFET Current-Voltage Characteristics 1、转移特性曲线 Transfer Characteristics ID=f(VGS)VDS=const 2、输出特性曲线 DrainCharacteristics ID=f(VDS)VGS=const VCCS！

  9. P沟道 N沟道 PNP NPN 另：N沟道耗尽型MOSFET (a) 结构和符号 (b) 转移特性曲线

  10. i /mA i 可变电阻区 D /mA D 2V 16 16 放 12 U = 常数 U =0V 12 DS GS 大 I 8 DSS 8 区 2V － 4 U 4 GS(off) u u 0 4 2 0 2 4 /V － － 3 6 9 12 /V GS DS (a) (b) 转移特性曲线 漏极特性曲线 n-Channel Depletion-Mode

  11. D G S D D G G S S D G S D D G G S S ⅠⅡ N型 Ⅰ Ⅲ 增强型 死区不开启；自偏不可行ⅡⅣ 耗尽型 结型不过零；过零绝缘栅 Ⅲ Ⅳ P型 iD IDSS UGST UT uGS UGS(off) 0 UGS(th) IDSS

  12. Small-signal Equivalent Circui g d + + Ugs - - s • 跨导 s 2.2.3 Main Parameters • 栅源夹断电压UGS(off)或开启电压UT UDS =10V，ID =50uA时的UGS • 漏极饱和电流IDSS UDS =10V， UGS =0时的ID • 直流输入电阻RGS • 击穿电压UDS(BR)、UGS(BR) • 最大耗散功率PDM

  13. gm可以在转 移特性曲线上求取， 即曲线的斜率

  14. 2.2.4 Characteristics and Notices • 通过UGS控制ID 2. 输入电阻高 3. 利用多数载流子导电，温度稳定性好 4. 它组成的放大电路的放大系数小于BJT 5. 抗辐射能力强 6. MOS管体积小，工艺简单，便于集成 Notices a. 栅源电压不能接反，必须反偏。 b. 保存时，栅极不能悬空，将3个电极短路。

  15. 各类场效应三极管的特性曲线的比较 N 沟 道 耗 尽 型 结型场效应管 P 沟 道 耗 尽 型

  16. N 沟 道 增 强 型 绝缘栅场效应管 P 沟 道 增 强 型

  17. N 沟 道 耗 尽 型 绝缘栅场效应管 P 沟 道 耗 尽 型

  18. 型号(type) 现行两种命名方法： 一、与三极管相同 第三位字母J代表JFET，O代表IGFET； 第二位字母代表材料： D是P型硅N沟道；C是N型硅P沟道 例如, 3DJ6D是结型N沟道场效应三极管， 3DO6C是绝缘栅型N沟道场效应三极管。 二、CS××# CS代表场效应管，××以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS14A、CS45G等。

  19. 几种常用的场效应三极管的主要参数见下表 场效应三极管的参数

  20. 双极型和场效应型三极管的比较

  21. 双极型三极管场效应三极管 噪声 较大 较小 温度特性 受温度影响较大 较小，可有零温度系数点 输入电阻 几十到几千欧姆 几兆欧姆以上 静电影响 不受静电影响 易受静电影响 集成工艺 不易大规模集成 适宜大规模和超大规模集成

  22. +Ucc 负载 uO uO uO1 uI uI1 uI2 Basic Applicationsof Transistors Switch Applications Digital Logic Amplification 晶体管在截止 和饱和间转唤 或非逻辑电路

  23. 作业： P32 2.8 2.9 2.11 补充习题：网上自测20题

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