湖南大学微电子电路期末常考题,老师给的结型

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1、2.5.1 结型场效应管结型场效应管2.5.3 场效应管的主要参数场效应管的主要参数2.5.4 场效应管与晶体管的比较场效应管与晶体管的比较 2.5.2 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管n场效应晶体管于场效应晶体管于1925年由年由Julius Edgar Lilienfeld和于和于1934年由年由Oskar Heil分别发明分别发明n实用的器件一直到实用的器件一直到1952年才被制造出来（结型场效年才被制造出来（结型场效应管，应管，Junction-FET，JFET）。）。n1960年年Dawan Kahng发明了金属氧化物半导体场发明了金属氧化物半导体场效应晶体管（效应晶体管（Metal

2、-Oxide-Semiconductor Field-effect transistor, MOSFET），从而大部分），从而大部分代替了代替了JFET，对电子行业的发展有着深远的意义。，对电子行业的发展有着深远的意义。 场效应半导体三极管是仅由一种载流子参与导电的场效应半导体三极管是仅由一种载流子参与导电的半导体器件，是一种用输入电压控制输出电流的的半导半导体器件，是一种用输入电压控制输出电流的的半导体器件。从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载体器件。从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子的流子的N沟道器件和空穴作为载流子的沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。沟道器件。 从场效应

3、三极管的结构来划分，它有两大类。 1.结型场效应三极管JFET (Junction type Field Effect Transister) 2.绝缘栅型场效应三极管IGFET ( Insulated Gate Field Effect Transister) IGFET也称金属氧化物半导体三极管MOSFET （Metal Oxide Semiconductor FET）N沟道沟道P沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)分类：分类：2.5 结型场效应管 结构

4、工作原理 输出特性 转移特性 主要参数 一、 JFET的结构和工作原理 二、 JFET的特性曲线及参数 结构 2.5.1 结型场效应三极管结型场效应三极管2.5.1 结型场效应三极管结型场效应三极管结构结构 它是在它是在N型半导体硅片的两侧扩散高浓度型半导体硅片的两侧扩散高浓度P离子区，形离子区，形成两个成两个PN结夹着一个结夹着一个N型沟道的结构。型沟道的结构。 P区即为区即为栅极栅极，N型硅的一端是型硅的一端是漏极漏极，另一端是，另一端是源极源极。 导电沟道： 漏源之间的非耗尽层区域。“+”代表这个区域为高掺杂浓度区域（代表这个区域为高掺杂浓度区域（heavily doped region

5、），也就是此区），也就是此区的电子浓度远高于其他区域。的电子浓度远高于其他区域。 源极源极，用用S或或s表示表示N型导电沟道型导电沟道漏极漏极，用用D或或d表示表示 P型区型区P型区型区栅极栅极，用用G或或g表示表示栅极栅极，用用G或或g表示表示符号符号符号符号 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理结构： 一、结型场效应三极管的工作原理一、结型场效应三极管的工作原理根据结型场效应三极管的结构，只能工作在反偏的条件下， N沟道结型场效应三极管只能工作在负栅压（uGS0，实现栅源电压对漏极电流的控制。现以N沟道为例说明其工作原理。1、栅源电压对沟道的控制作用 uDS=0，uGS对导电沟道的控制

6、：对导电沟道的控制：uGS=0，导电沟道宽；，导电沟道宽；uGS0，漏、源间将形成多子的漂移运动，产生漏 极电流iD，（负值）uGD=uGS-uDS将随之变化（减小）。 靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从左至右呈楔形 分布，如图所示。l当当uDS增加，增加，uGD反偏电压增加，反偏电压增加，沟道电阻沟道电阻取决于（栅源电取决于（栅源电压一定）压一定）uGS，iD随随uDS线性增大，漏源间呈线性增大，漏源间呈电阻特性电阻特性。l（负值）（负值）uGD=（负值）（负值）U GS(off)时，靠漏极处出现时，靠漏极处出现预夹断预夹断，如图如图 (b)所示。当所示。当uDS继续增加，漏极处的夹断继续

7、向源继续增加，漏极处的夹断继续向源极方向生长延长。极方向生长延长。l（负值）（负值）uGD （负值）（负值）U GS(off)时，沟道夹断使时，沟道夹断使iD减小减小；漏；漏源间电场使源间电场使iD增大增大。 则则uDS变化变化iD几乎不变，只与几乎不变，只与uGS有关。有关。恒流恒流特性。特性。（以（以N沟道沟道JFET为例）为例）3、uGS和uDS同时作用时当uGDU GS(off)时， uGS对对iD的影响：的影响： 导电沟道夹断，漏电流对应栅源电压。实现电压控制电流。 对于同样的uDS ， iD的值随uGS减小而减小。 对应电流放大系数是低频跨导gm。uGD=uGS-uDS U GS(

8、off) 综上分析可知综上分析可知 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，所以场效应管也称为单极型三极管。 JFET是电压控制电流器件，iD受uGS控制 预夹断前iD与uDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。 JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因此iG0，输入电阻很高。 JFET的特性曲线有两条，一是转移特性曲线，的特性曲线有两条，一是转移特性曲线，二是输出特性曲线。它与二是输出特性曲线。它与MOSFET的特性曲线基本的特性曲线基本相同，相同， MOSFET的栅压的栅压可正、可负可正、可负， 结型场效应三极管的结型场效应三极管的栅压栅压只能是只能是P沟道的为正或沟道的为正或N沟

9、道沟道的为负。的为负。二、二、 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数二、二、 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数const.DSDGS)(Uufi2. 转移特性 const.GSDDS)(Uufi)0()1 (GSGS(off)2GS(off)GSDSSDuUUuIi1. 输出特性 可变电阻区：可变电阻区：预夹断轨迹、近似直线、斜率的倒数为等效预夹断轨迹、近似直线、斜率的倒数为等效 电阻、栅源电压控制漏电流。电阻、栅源电压控制漏电流。恒流区：恒流区：放大区、近似一组平行线、栅源电压控制放大区、近似一组平行线、栅源电压控制 漏电流、沟道调制效应。漏电流、沟道调制效应。夹断区：夹断区：靠

10、近横轴、漏电流对应某一微小电流。靠近横轴、漏电流对应某一微小电流。击穿区：击穿区：漏源电压过大。漏源电压过大。 输出特性曲线可对应画出转移特性曲线输出特性曲线可对应画出转移特性曲线。场效应管与三极管的各自应用特点场效应管与三极管的各自应用特点 n1.场效应管的源极场效应管的源极s、栅极、栅极g、漏极、漏极d分别对应于三极管的发射分别对应于三极管的发射极极e、基极、基极b、集电极、集电极c，它们的作用相似。，它们的作用相似。 n2.场效应管是电压控制电流器件，由场效应管是电压控制电流器件，由vGS控制控制iD，其放大系数，其放大系数gm一般较小，因此场效应管的放大能力较差；三极管是电流一般较小，

11、因此场效应管的放大能力较差；三极管是电流控制电流器件，由控制电流器件，由iB（或（或iE）控制）控制iC。 n3.场效应管栅极几乎不取电流；而三极管工作时基极总要吸取场效应管栅极几乎不取电流；而三极管工作时基极总要吸取一定的电流。因此场效应管的输入电阻比三极管的输入电阻高。一定的电流。因此场效应管的输入电阻比三极管的输入电阻高。 n4.场效应管只有多子参与导电；三极管有多子和少子两种载流场效应管只有多子参与导电；三极管有多子和少子两种载流子参与导电，而少子浓度受温度、辐射等因素影响较大，因而子参与导电，而少子浓度受温度、辐射等因素影响较大，因而场效应管比晶体管的温度稳定性好、抗辐射能力强。在环

12、境条场效应管比晶体管的温度稳定性好、抗辐射能力强。在环境条件（温度等）变化很大的情况下应选用场效应管。件（温度等）变化很大的情况下应选用场效应管。场效应管与三极管的各自应用特点场效应管与三极管的各自应用特点 n5.场效应管在源极与衬底连在一起时，源极和漏极可以互换使场效应管在源极与衬底连在一起时，源极和漏极可以互换使用，且特性变化不大；而三极管的集电极与发射极互换使用时，用，且特性变化不大；而三极管的集电极与发射极互换使用时，其特性差异很大，其特性差异很大，b值将减小很多。值将减小很多。 n6.场效应管的噪声系数很小，在低噪声放大电路的输入级及要场效应管的噪声系数很小，在低噪声放大电路的输入级

13、及要求信噪比较高的电路中要选用场效应管。求信噪比较高的电路中要选用场效应管。 n7.场效应管和三极管均可组成各种放大电路和开路电路，但由场效应管和三极管均可组成各种放大电路和开路电路，但由于前者制造工艺简单，且具有耗电少，热稳定性好，工作电源于前者制造工艺简单，且具有耗电少，热稳定性好，工作电源电压范围宽等优点，因而被广泛用于大规模和超大规模集成电电压范围宽等优点，因而被广泛用于大规模和超大规模集成电路中。路中。 n8.三极管导通电阻大，场效应管导通电阻小，只有几百毫欧姆，三极管导通电阻大，场效应管导通电阻小，只有几百毫欧姆，在现在的用电器件上，一般都用场效应管做开关来用，他的效在现在的用电器件上，一般都用场效应管做开关来用，他的效率是比较高的。率是比较高的。