中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報(bào)告 (2)ppt課件

1、第三章 場(chǎng)效應(yīng)管 場(chǎng)效應(yīng)管簡(jiǎn)稱FET是利用輸入電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)效應(yīng)來控制輸出電流的，所以又稱之為電壓控制型器件。它任務(wù)時(shí)只需一種載流子多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，故也叫單極型半導(dǎo)體三極管。因它具有很高的輸入電阻，能滿足高內(nèi)阻信號(hào)源對(duì)放大電路的要求，所以是較理想的前置輸入級(jí)器件。它還具有熱穩(wěn)定性好、功耗低、噪聲低、制造工藝簡(jiǎn)單、便于集成等優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛的運(yùn)用。 根據(jù)構(gòu)造不同，場(chǎng)效應(yīng)管可以分為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFET和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管IGFET或稱MOS型場(chǎng)效應(yīng)管兩大類。根據(jù)場(chǎng)效應(yīng)控制造工藝和資料的不同，又可分為N型溝道場(chǎng)效應(yīng)管和P型溝道場(chǎng)效應(yīng)管。qq群發(fā) esdqf. 3. 1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 1.構(gòu)造和符

2、號(hào) 1構(gòu)造 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFET構(gòu)造表示圖如圖3.1a所示。 . 圖3.1 N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管a構(gòu)造表示圖;b圖形符號(hào);c外形圖. 圖3.2P 溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 a構(gòu)造表示圖;b圖形符號(hào) . 2. 任務(wù)原理 現(xiàn)以N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管為例討論外加電場(chǎng)是如何來控制場(chǎng)效應(yīng)管的電流的。 如圖3.3所示，場(chǎng)效應(yīng)管任務(wù)時(shí)它的兩個(gè)PN結(jié)一直要加反向電壓。對(duì)于N溝道，各極間的外加電壓變?yōu)閁GS0，漏源之間加正向電壓，即UDS0。 當(dāng)G、S兩極間電壓UGS改動(dòng)時(shí)，溝道兩側(cè)耗盡層的寬度也隨著改動(dòng)，由于溝道寬度的變化，導(dǎo)致溝道電阻值的改動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了利用電壓UGS控制電流ID的目的。.圖3.3 場(chǎng)效應(yīng)管的任務(wù)原理.

3、1UGS對(duì)導(dǎo)電溝道的影響 當(dāng)UGS時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管兩側(cè)的PN結(jié)均處于零偏置，構(gòu)成兩個(gè)耗盡層,如圖 3.4 所示。此時(shí)耗盡層最薄，導(dǎo)電溝道最寬，溝道電阻最小。 當(dāng)|UGS|值增大時(shí)，柵源之間反偏電壓增大，PN結(jié)的耗盡層增寬，如圖3.4b所示。導(dǎo)致導(dǎo)電溝道變窄，溝道電阻增大。 當(dāng)|UGS|值增大到使兩側(cè)耗盡層相遇時(shí)，導(dǎo)電溝道全部夾斷，如圖3.4 c所示。溝道電阻趨于無窮大。對(duì)應(yīng)的柵源電壓UGS稱為場(chǎng)效應(yīng)管的夾斷電壓， 用UGS(off)來表示。. 圖3.4 UGS對(duì)導(dǎo)電溝道的影響a導(dǎo)電溝道最寬;b導(dǎo)電溝道變窄;c導(dǎo)電溝道夾斷. 2UDS對(duì)導(dǎo)電溝道的影響 設(shè)柵源電壓UGS=0,當(dāng)UDS=0時(shí)，ID=0，

4、溝道均勻，如圖3.4a所示。 當(dāng)UDS添加時(shí)，漏極電流ID從零開場(chǎng)添加，ID流過導(dǎo)電溝道時(shí)，沿著溝道產(chǎn)生電壓降，使溝道各點(diǎn)電位不再相等，溝道不再均勻。接近源極端的耗盡層最窄，溝道最寬;接近漏極端的電位最高，且與柵極電位差最大，因此耗盡層最寬，溝道最窄。由圖1.35可知，UDS的主要作用是構(gòu)成漏極電流ID。 . 3UDS和UGS對(duì)溝道電阻和漏極電流的影響 設(shè)在漏源間加有電壓UDS，當(dāng)UGS變化時(shí)，溝道中的電流ID將隨溝道電阻的變化而變化。 當(dāng)UGS=0時(shí)，溝道電阻最小，電流ID最大。當(dāng)|UGS|值增大時(shí)，耗盡層變寬，溝道變窄，溝道電阻變大，電流ID減小，直至溝道被耗盡層夾斷，ID=0。 當(dāng)0UG

5、SUGS(off)時(shí)，溝道電流ID在零和最大值之間變化。 改動(dòng)?xùn)旁措妷篣GS的大小，能引起管內(nèi)耗盡層寬度的變化，從而控制了漏極電流ID的大小。 場(chǎng)效應(yīng)管和普通三極管一樣，可以看作是受控的電流源，但它是一種電壓控制的電流源。. 3. 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線 1轉(zhuǎn)移特性曲線 轉(zhuǎn)移特性曲線是指在一定漏源電壓UDS作用下，柵極電壓UGS對(duì)漏極電流ID的控制關(guān)系曲線，即 圖3.5為特性曲線測(cè)試電路。圖3.6為轉(zhuǎn)移特性曲線。從轉(zhuǎn)移特性曲線可知，UGS對(duì)ID的控制造用如下：. 圖3.5 場(chǎng)效應(yīng)管特性測(cè)試電路 . 圖3.6 轉(zhuǎn)移特性曲線 . 當(dāng)UGS=0時(shí)，導(dǎo)電溝道最寬、溝道電阻最小。所以當(dāng)UDS為某一定值時(shí)

6、，漏極電流ID最大，稱為飽和漏極電流,用IDSS表示。 當(dāng)|UGS|值逐漸增大時(shí)，PN結(jié)上的反向電壓也逐漸增大，耗盡層不斷加寬，溝道電阻逐漸增大，漏極電流ID逐漸減小。 當(dāng)UGS=UGS(off)時(shí)，溝道全部夾斷，ID=0。. 2輸出特性曲線或漏極特性曲線 輸出特性曲線是指在一定柵極電壓UGS作用下，ID與UDS之間的關(guān)系曲線，即 圖3.7所示為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性曲線，可分成以下幾個(gè)任務(wù)區(qū)。.圖3.7 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性曲線. 1可變電阻區(qū)。當(dāng)UGS不變，UDS由零逐漸添加且較小時(shí)，ID隨UDS的添加而線性上升，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)電溝道暢通。漏源之間可視為一個(gè)線性電阻RDS，這個(gè)電阻在UDS較

7、小時(shí)，主要由UGS決議，所以此時(shí)溝道電阻值近似不變。而對(duì)于不同的柵源電壓UGS，那么有不同的電阻值RDS，故稱為可變電阻區(qū)。 2恒流區(qū)或線性放大區(qū)。圖1.29中間部分是恒流區(qū)，在此區(qū)域ID不隨UDS的添加而添加，而是隨著UGS的增大而增大，輸出特性曲線近似平行于UDS軸，ID. 受UGS的控制，表現(xiàn)出場(chǎng)效應(yīng)管電壓控制電流的放大作用，場(chǎng)效應(yīng)管組成的放大電路就任務(wù)在這個(gè)區(qū)域。 3夾斷區(qū)。當(dāng)UGS0時(shí)，柵極與襯底之間產(chǎn)生了一個(gè)垂直于半導(dǎo)體外表、由柵極G指向襯底的電場(chǎng)。這個(gè)電場(chǎng)的作用是排斥P型襯底中的空穴而吸引電子到外表層，當(dāng)UGS增大到一定程度時(shí)，絕緣體和P型襯底的交界面附近積累了較多的電子，構(gòu)成了N型薄層，稱為N型反型層。反型層使漏極與源極之間成為一條由電子構(gòu)成的導(dǎo)電溝道，當(dāng)加上漏源電壓UGS之后，就會(huì)有電流ID流過溝道。通常將剛剛出現(xiàn)漏極電流ID時(shí)所對(duì)應(yīng)的柵源電壓稱為開啟電壓，用UGS(th)表示。. 當(dāng)UGSUGS(th)時(shí)，UGS增大、電場(chǎng)加強(qiáng)、溝道變寬、溝道電阻減小、ID增大；反之，UGS減小，溝道變窄，溝道電阻增大，ID減小。所以改動(dòng)UGS的大小，就可以控制溝道電阻的大小，從而到達(dá)控制電流ID的大小，隨著UGS的加強(qiáng)，導(dǎo)電性能也跟著加強(qiáng)，故稱之為加強(qiáng)型。 必需強(qiáng)調(diào)，這種管子當(dāng)UGSUGS(th)時(shí)，反型層導(dǎo)電溝道消逝，ID=0。只需當(dāng)UGSUGS(th)時(shí)，才干