《模拟电子线路》第4章-杨凌

《《模拟电子线路》第4章-杨凌》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《模拟电子线路》第4章-杨凌（47页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、杨杨 凌凌 模模 拟拟 电电 子子 线线 路路 第第4 4章章第第 4 章章场效应管及其基本放大电路场效应管及其基本放大电路 4.0 引言引言FETJFETMOSFET MOSFET在在20世纪世纪70年代和年代和80年代导致了第二次电子革年代导致了第二次电子革命命,在这次革命中在这次革命中,产生了台式计算机和手持计算器产生了台式计算机和手持计算器.MOSFET在在IC电路中占用很小的芯片面积电路中占用很小的芯片面积,因而可以用来制造高密度的因而可以用来制造高密度的VLSI 电路和大容量的存储器电路和大容量的存储器.4.1 JFET (体内场效应器件体内场效应器件) JFET的开发先于的开发先

2、于MOSFET, 但其应用远不如但其应用远不如MOSFET.JFET仅限于一些特殊的应用仅限于一些特殊的应用. 一、结构、符号一、结构、符号GSDGDGSD(a) N沟道沟道JFET(b) P沟道沟道JFETP+P+NN+N+PSGDS图图 4.14.1 JFET图图 4.2 实际的实际的N沟道沟道JFET的结构剖面图的结构剖面图SGN+N+P+DP+ 型衬底型衬底N 型导电沟道型导电沟道金属金属SiO2二、工作原理二、工作原理 VGS0, VDS 01、VGS对对ID的控制作用的控制作用4.1 JFET(a) VGS(off)VGS 0 (b) VGSVGS(off) SGD+ VDS VG

3、S + P+P+N改变改变VGS的大小的大小,可以有效地控制沟道电阻的大小可以有效地控制沟道电阻的大小. VGS 沟道电阻沟道电阻 ID图图 4.3 + VDSDG VGS + P+P+S4.1 JFET图图 4.42、VDS对对ID的影响的影响 当当VGD=VGSVDS=VGS(off)时时,沟道沟道预夹断预夹断. IDSSSDG VGS + + VDSP+P+N(a) VDSVGSVGS(off) ID(b) VDS=VGSVGS(off) GD VGS + + VDSP+P+NSIDSS4.1 JFETVDS图图 4.4(c) VDSVGSVGS(off) GD VGS + + VDSP

4、+P+NSIDSS沟道电阻沟道电阻 ID漏漏-源间纵向电场源间纵向电场 IDIDSS4.1 JFET3、几点结论、几点结论: JFET的的IG0,故其输入电阻很高故其输入电阻很高; JFET是电压控制电流器件是电压控制电流器件,ID受受VGS控制控制; 预夹断前预夹断前, ID与与VDS近似成线性关系近似成线性关系;预夹断后预夹断后, ID趋于饱和趋于饱和.三、特性曲线三、特性曲线 ID=f(VDS)VGS=C输出特性输出特性ID=f(VGS)VDS=C转移特性转移特性4.1 JFETVGS(off)0VGS / VID /mA(b)图图 4.5截止区截止区2V0.8V0.4VVGS=0V0V

5、DS / VID / mAVDS=VGSVGS(off)(a)可可变变电电阻阻区区恒恒 流流 区区 击击 穿穿区区1、可变电阻区、可变电阻区 VGS(off)VGS0, VDSVGSVGS(off) VGSRon ,VGSRon4.1 JFET2、恒流区、恒流区 ( 饱和区、线性放大区饱和区、线性放大区 ) VGS(off)VGS0, VDSVGSVGS(off) vGS iD= IDSS (1 )2 ( 4-1) VGS(off)3、截止区、截止区 VGSVGS(off) , ID=04、击穿区、击穿区 VDS 雪崩击穿雪崩击穿 ID VGS V(BR)DSO V(BR)DSO4.1 JFE

6、T四、主要参数四、主要参数 1、夹断电压、夹断电压VGS(off) 2、饱和漏电流、饱和漏电流IDSS 3、最大漏源电压、最大漏源电压V(BR)DSO 4、最大栅源电压、最大栅源电压V(BR)GSO 5、直流输入电阻、直流输入电阻RGS (106109) 6、低频互导、低频互导(跨导跨导)gm:表征表征FET放大能力放大能力的重要参数的重要参数 iD gm= ( 4-2) vGSVDS diD 2IDSS VGSQ 2IDSS IDQgm= = 1 = ( 4-3) dvGS VGS(off) VGS(off) VGS(off) IDSSQ4.1 JFET7、输出电阻、输出电阻rds (一般在

7、几十千欧到几百千欧之间一般在几十千欧到几百千欧之间)8、最大耗散功率、最大耗散功率PDM PDM = VDS ID9、极间电容、极间电容 Cgs Cgd vDSrds= ( 4-4) iDVGS VArds= ( 4-5) IDQ4.2 MOSFET (表面场效应器件表面场效应器件) MOSFET与与BJT相比相比,体积小、输入电阻高、噪声低、体积小、输入电阻高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强热稳定性好、抗辐射能力强,因此在近代微电子学中得到了因此在近代微电子学中得到了广泛应用广泛应用,尤其在集成电路技术中占有非常重要的地位尤其在集成电路技术中占有非常重要的地位. MOSFET中的电流由电场

8、控制中的电流由电场控制,电场与半导体表面和电电场与半导体表面和电流的方向垂直流的方向垂直.利用与半导体表面垂直的电场控制半导体的利用与半导体表面垂直的电场控制半导体的电导率或控制半导体中的电流电导率或控制半导体中的电流,这种现象称为这种现象称为场效应场效应.一、分类一、分类MOSEMOSDMOSN 沟道P 沟道N 沟道P 沟道4.2.1 增强型增强型MOSFET 二、结构、符号二、结构、符号( EMOS N沟道沟道)DSGDBWLPP+P+N+N+金属SiO2BGS图图 4.6三、工作原理三、工作原理4.2.1 增强型增强型MOSFET 1、导电沟道的形成原理、导电沟道的形成原理 (VB=VS

9、)(a) VGS= 0,没有导电沟道没有导电沟道PN+SGDP+N+ VGS +PN+SGDP+N+(b) VGSVGS(th) ,形成形成N型导电沟道型导电沟道图图 4.7当当VGSVGS(th)时时,导电沟道形成导电沟道形成. VGS(th)开启电压开启电压.4.2.1 增强型增强型MOSFET 2、VDS对沟道导电能力的控制对沟道导电能力的控制 vGS +PN+SGDP+N+(a) VGSVGS(th) ,0VDSVGSVGS(th) + vDS + vDS vGS +PN+SGDP+N+(b) VGSVGS(th),VDS=VGSVGS(th)A 当当VGD=VGS(th)时时, 即当

10、即当VDS=VGSVGS(th)时时, 沟道被夹断沟道被夹断. 当当VDSVGSVGS(th)时时, ID趋于饱和趋于饱和.VGD=VGSVDS图图 4.84.2.1 增强型增强型MOSFET 四、特性曲线四、特性曲线0VDS=5VVDS=15VVGS / VID /mA(b)ID=f (VGS)VDS=CVGS=5.5VVDS / V5V3.5V4V4.5V0ID / mAVDS=VGSVGS(th)(a)ID=f (VDS)VGS=C1、2、图图 4.94.2.1 增强型增强型MOSFET 1、可变电阻区、可变电阻区 VGSVGS(th), VDSVGSVGS(th) VGS Ron2nO

11、XDGSGS(th)DSDS22CWiVLvvvnOXDGSGS(th)DS22CWiVLvv(4-6)(4-7)vDS onnOXGSGS(th)1LRCWVv4.2.1 增强型增强型MOSFET 2、恒流区、恒流区(放大区、饱和区放大区、饱和区) VGSVGS(th), VDSVGSVGS(th) 3、截止区、截止区 VGSVGS(th), ID=0.4、击穿区、击穿区 VGSVGS(th), VDSVGSVGS(th) nCOX W iD= ( vGS VGS(th)2 (4-8) 2 L2nOXDSDGSGS(th)A12CWiVLVvv(4-9)4.2.1 增强型增强型MOSFET