MOS管工作原理 (1).ppt

1 5場(chǎng)效應(yīng)管放大電路 FundamentalofElectronicTechnology CTGU 2 內(nèi)容 5 3結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 JFET 5 1金屬 氧化物 半導(dǎo)體 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管 5 2MOSFET放大電路 5 5各種放大器件電路性能比較 5 4砷化鎵金屬 半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管 3 要求 掌握?qǐng)鲂?yīng)管的直流偏置電路及分析 場(chǎng)效應(yīng)管放大器的微變等效電路分析法 4 N溝道 P溝道 增強(qiáng)型 耗盡型 N溝道 P溝道 N溝道 P溝道 耗盡型 場(chǎng)效應(yīng)管分類(lèi) 5 5 1金屬 氧化物 半導(dǎo)體 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管 MOSFET簡(jiǎn)稱(chēng)MOS管 它有N溝道和P溝道之分 其中每一類(lèi)又可分為增強(qiáng)型和耗盡型兩種 耗盡型 當(dāng)vGS 0時(shí) 存在導(dǎo)電溝道 iD 0 增強(qiáng)型 當(dāng)vGS 0時(shí) 沒(méi)有導(dǎo)電溝道 iD 0 6 5 1 1N溝道增強(qiáng)型MOSFET 1 結(jié)構(gòu) P型基底 兩個(gè)N區(qū) SiO2絕緣層 導(dǎo)電溝道 金屬鋁 N溝道增強(qiáng)型 7 N溝道耗盡型 予埋了導(dǎo)電溝道 8 P溝道增強(qiáng)型 9 P溝道耗盡型 予埋了導(dǎo)電溝道 10 2 工作原理 JFET是利用PN結(jié)反向電壓對(duì)耗盡層厚度的控制 來(lái)改變導(dǎo)電溝道的寬窄 從而控制漏極電流的大小 而MOSFET則是利用柵源電壓的大小 來(lái)改變半導(dǎo)體表面感生電荷的多少 從而控制漏極電流的大小 11 2 工作原理 以N溝道增強(qiáng)型為例 VGS 0時(shí) 對(duì)應(yīng)截止區(qū) 12 VGS 0時(shí) 感應(yīng)出電子 VT稱(chēng)為開(kāi)啟電壓 13 VGS較小時(shí) 導(dǎo)電溝道相當(dāng)于電阻將D S連接起來(lái) VGS越大此電阻越小 14 當(dāng)VDS不太大時(shí) 導(dǎo)電溝道在兩個(gè)N區(qū)間是均勻的 當(dāng)VDS較大時(shí) 靠近D區(qū)的導(dǎo)電溝道變窄 15 VDS增加 VGD VT時(shí) 靠近D端的溝道被夾斷 稱(chēng)為予夾斷 16 3 特性曲線(xiàn) 增強(qiáng)型N溝道MOS管 17 輸出特性曲線(xiàn) 3 特性曲線(xiàn) 增強(qiáng)型N溝道MOS管 18 轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn) 3 特性曲線(xiàn) 增強(qiáng)型N溝道MOS管 在恒流區(qū) 線(xiàn)性放大區(qū) 即VGS VT時(shí)有 ID0是vGS 2VT時(shí)的iD值 19 4 參數(shù) P210表5 1 1列出了MOSFET的主要參數(shù) 20 5 1 2N溝道耗盡型MOSFET 耗盡型的MOS管UGS 0時(shí)就有導(dǎo)電溝道 加反向電壓才能夾斷 轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn) 21 輸出特性曲線(xiàn) UGS 0 UGS 0 UGS 0 22 5 2MOSFET放大電路 直流偏置電路 靜態(tài)工作點(diǎn) FET小信號(hào)模型 動(dòng)態(tài)指標(biāo)分析 三種基本放大電路的性能比較 5 2 1FET的直流偏置及靜態(tài)分析 5 2 2FET放大電路的小信號(hào)模型分析法 23 1 直流偏置電路 5 2 1FET的直流偏置電路及靜態(tài)分析 1 自偏壓電路 2 分壓式自偏壓電路 vGS vGS vGS vGS vGS VGS IDR 24 Q點(diǎn) VGS ID VDS vGS VDS 已知VP 由 VDD ID Rd R iDR 可解出Q點(diǎn)的VGS ID VDS 25 5 2 2FET放大電路的小信號(hào)模型分析法 1 FET小信號(hào)模型 1 低頻模型 26 2 高頻模型 27 2 動(dòng)態(tài)指標(biāo)分析 1 共源電路及其小信號(hào)模型 28 2 動(dòng)態(tài)指標(biāo)分析 中頻小信號(hào)模型 29 2 動(dòng)態(tài)指標(biāo)分析 2 中頻電壓增益 3 輸入電阻 4 輸出電阻 忽略rD 由輸入輸出回路得 則 通常 則 30 例5 2 2共漏極放大電路如圖示 試求中頻電壓增益 輸入電阻和輸出電阻 2 中頻電壓增益 3 輸入電阻 得 解 1 中頻小信號(hào)模型 由 例題 31 4 輸出電阻 所以 由圖有 例題 32 3 三種基本放大電路的性能比較 組態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系 CE BJT FET CS CC CD CB CG BJT FET CE CC CB CS CD CG 33 3 三種基本放大電路的性能比較 CE CC CB CS CD CG CE CC CB CS CD CG 34 5 3結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 結(jié)構(gòu) 工作原理 輸出特性 轉(zhuǎn)移特性 主要參數(shù) 5 3 1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理 5 3 2JFET的特性曲線(xiàn)及參數(shù) 35 源極 用S或s表示 N型導(dǎo)電溝道 漏極 用D或d表示 5 3 1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理 1 結(jié)構(gòu) 符號(hào)中的箭頭方向表示什么 36 2 工作原理 VGS對(duì)溝道的控制作用 當(dāng)VGS 0時(shí) 以N溝道JFET為例 當(dāng)溝道夾斷時(shí) 對(duì)應(yīng)的柵源電壓VGS稱(chēng)為夾斷電壓VP 或VGS off 對(duì)于N溝道的JFET VP 0 PN結(jié)反偏 耗盡層加厚 溝道變窄 VGS繼續(xù)減小 溝道繼續(xù)變窄 37 2 工作原理 VDS對(duì)溝道的控制作用 當(dāng)VGS 0時(shí) VDS ID G D間PN結(jié)的反向電壓增加 使靠近漏極處的耗盡層加寬 溝道變窄 從上至下呈楔形分布 當(dāng)VDS增加到使VGD VP時(shí) 在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷 此時(shí)VDS 夾斷區(qū)延長(zhǎng) 溝道電阻 ID基本不變 38 2 工作原理 VGS和VDS同時(shí)作用時(shí) 當(dāng)VP VGS 0時(shí) 導(dǎo)電溝道更容易夾斷 對(duì)于同樣的VDS ID的值比VGS 0時(shí)的值要小 在預(yù)夾斷處 VGD VGS VDS VP 39 綜上分析可知 溝道中只有一種類(lèi)型的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電 所以場(chǎng)效應(yīng)管也稱(chēng)為單極型三極管 JFET是電壓控制電流器件 iD受vGS控制 預(yù)夾斷前iD與vDS呈近似線(xiàn)性關(guān)系 預(yù)夾斷后 iD趨于飽和 為什么JFET的輸入電阻比BJT高得多 JFET柵極與溝道間的PN結(jié)是反向偏置的 因此iG 0 輸入電阻很高 40 5 3 2JFET的特性曲線(xiàn)及參數(shù) VP 1 輸出特性 輸出特性曲線(xiàn)用來(lái)描述vGS取一定值時(shí) 電流iD和電壓vDS間的關(guān)系 它反映了漏極電壓vDS對(duì)iD的影響 即 可變電阻區(qū) 柵源電壓越負(fù) 漏源間的等效電阻越大 輸出特性越傾斜 線(xiàn)性放大區(qū) 飽和區(qū) 恒流區(qū) FET用作放大電路的工作區(qū) 擊穿區(qū) 柵源間的PN結(jié)發(fā)生雪崩擊穿 管子不能正常工作 41 JFET有正常放大作用時(shí) 溝道處于什么狀態(tài) 5 3 2JFET的特性曲線(xiàn)及參數(shù) 2 轉(zhuǎn)移特性 VP 在一定的vDS下 vGS對(duì)iD的控制特性 實(shí)驗(yàn)表明 在VP VGS 0范圍內(nèi) 即飽和區(qū)內(nèi) 有 vDS 10V 42 夾斷電壓VP 或VGS off 飽和漏極電流IDSS 低頻跨導(dǎo)gm 或 漏極電流約為零時(shí)的VGS值 在vDS 常數(shù)時(shí) iD的微變量和vGS的微變量之比 輸出電阻rd 在vGS 0的情況下 當(dāng)vDS VP 時(shí)的漏極電流 IDSS是JFET所能輸出的最大電流 反映了vDS對(duì)iD的影響 互導(dǎo)反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制能力 43 直流輸入電阻RGS 在漏源之間短路的條件下 柵源之間加一定電壓時(shí)的柵源直流電阻就是直流輸入電阻RGS 最大漏極功耗PDM 最大漏源電壓V BR DS 最大柵源電壓V BR GS 發(fā)生雪崩擊穿 iD開(kāi)始急劇上升時(shí)的vDS值 指輸入PN結(jié)反向電流開(kāi)始急劇增加時(shí)的vGS值 JFET的耗散功率等于vDS與iD的乘積 PDM受管子最高工作溫度的限制 44 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的缺點(diǎn) 1 柵源極間的電阻雖然可達(dá)107以