模電全套課件9

1、只有一種載流子參與導(dǎo)電，且利用電場效應(yīng)來控制只有一種載流子參與導(dǎo)電，且利用電場效應(yīng)來控制電流的三極管，稱為電流的三極管，稱為場效應(yīng)管場效應(yīng)管，也稱，也稱單極型三極管。單極型三極管。場效應(yīng)管分類場效應(yīng)管分類結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管絕緣柵場效應(yīng)管絕緣柵場效應(yīng)管5 場效應(yīng)管放大電路 場效應(yīng)管除了有場效應(yīng)管除了有BJTBJT的特點(diǎn)外，還具有輸入阻抗高、的特點(diǎn)外，還具有輸入阻抗高、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)和制造工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)。熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)和制造工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)。 由金屬、氧化物和半導(dǎo)體制成。稱為由金屬、氧化物和半導(dǎo)體制成。稱為金屬金屬- -氧化物氧化物- -半導(dǎo)體場效應(yīng)管半導(dǎo)體場效應(yīng)管（絕緣柵

2、（絕緣柵場效應(yīng)管）場效應(yīng)管），或簡稱，或簡稱 MOS MOS 場效場效應(yīng)管應(yīng)管。特點(diǎn)：輸入電阻可達(dá)特點(diǎn)：輸入電阻可達(dá) 10109 9 以上。以上。類型類型N N 溝道溝道P P 溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型5.1 金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管5.1.1 溝道增強(qiáng)型MOSFETP 型襯底型襯底N+N+SiOSiO2 2絕緣層絕緣層源極源極S S漏極漏極D D襯底引線襯底引線B B柵極柵極G G鋁鋁1. 結(jié)構(gòu)及符號SGDB2. 工作原理 MOSFET是利用柵源電壓是利用柵源電壓vGS的大小，來改變半導(dǎo)的大小，來改變半導(dǎo)體表面感生電荷的多少，從而控制漏極電流體表面感生電荷

3、的多少，從而控制漏極電流iD的大小。的大小。(1) vGS對iD的控制作用1) vGS=0，沒有導(dǎo)電溝道 當(dāng)柵源電壓當(dāng)柵源電壓vGS=0時，由于漏源間有兩個背靠背的時，由于漏源間有兩個背靠背的PN結(jié)，結(jié)，不管漏源電壓不管漏源電壓vDS極性如何，其中總有一個結(jié)是反偏的，極性如何，其中總有一個結(jié)是反偏的，漏源之間電阻很大，沒有形成導(dǎo)電溝道，基本上沒有電流漏源之間電阻很大，沒有形成導(dǎo)電溝道，基本上沒有電流流過，流過，iD=0。2) vGSVT，出現(xiàn)N型溝道 當(dāng)柵源電壓當(dāng)柵源電壓vGS0時，時，在在vGS作用下，產(chǎn)生了垂作用下，產(chǎn)生了垂直于襯底表面的電場，直于襯底表面的電場，使型區(qū)表層中的空穴使型區(qū)表

4、層中的空穴被排斥，留下不能移動被排斥，留下不能移動的負(fù)離子，形成耗盡層，的負(fù)離子，形成耗盡層，同時型區(qū)中的少數(shù)電同時型區(qū)中的少數(shù)電子被吸引到襯底表面。子被吸引到襯底表面。 當(dāng)當(dāng)vGSVT（開啟電壓開啟電壓）時，在表面形成一個反型層，）時，在表面形成一個反型層，構(gòu)成漏源間的型導(dǎo)電溝道。構(gòu)成漏源間的型導(dǎo)電溝道。(2) vDS對iD的影響 vDS較小時，iD迅速增大 當(dāng)當(dāng)vGSVT，即導(dǎo)電溝道形成后，外加較小的漏源電壓，即導(dǎo)電溝道形成后，外加較小的漏源電壓vDS時，漏極電流時，漏極電流iD將隨將隨vDS上升迅速增大，但由于溝道存在上升迅速增大，但由于溝道存在電位梯度，使導(dǎo)電溝道從源極到漏極逐漸變窄。

5、電位梯度，使導(dǎo)電溝道從源極到漏極逐漸變窄。 vDS較大出現(xiàn)夾斷時，iD趨于飽和 當(dāng)當(dāng)vDS增大到增大到vGD=vGS- -vDS=VT時，導(dǎo)電溝道在靠近漏極時，導(dǎo)電溝道在靠近漏極出現(xiàn)預(yù)夾斷，出現(xiàn)預(yù)夾斷，vDS繼續(xù)增加，夾斷區(qū)隨之加長，繼續(xù)增加，夾斷區(qū)隨之加長，iD趨于飽和，趨于飽和，基本保持預(yù)夾斷時的數(shù)值。基本保持預(yù)夾斷時的數(shù)值。小結(jié)1.0當(dāng)當(dāng)vGSVT時，沒有導(dǎo)電溝道，時，沒有導(dǎo)電溝道，iD=0。2.vGSVT時，導(dǎo)電溝道已經(jīng)形成但未夾斷，時，導(dǎo)電溝道已經(jīng)形成但未夾斷，vDS較小時，較小時，iD與與vDS成線性關(guān)系。當(dāng)成線性關(guān)系。當(dāng)vDS增加，夾斷出現(xiàn)后，增加，夾斷出現(xiàn)后，iD趨于趨于飽和，

6、幾乎不隨飽和，幾乎不隨vDS變化而變化。變化而變化。3.iD受受vGS控制，因此場效應(yīng)管是電壓控制電流源器件。控制，因此場效應(yīng)管是電壓控制電流源器件。3. 特性曲線與特性方程1) 輸出特性與特性方程 常常數(shù)數(shù) GSvDSDvfi飽和區(qū)飽和區(qū) vGSVT且且vDSvGS- -VT時，時， DSTGSnDSDSTGSnDvVv2KvvVvKi 22 201 TGSD2TGSnDVvIVvKiiD/mAvDS /VO預(yù)夾斷軌跡預(yù)夾斷軌跡恒流區(qū)恒流區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)擊擊穿穿區(qū)區(qū)可可變變電電阻阻區(qū)區(qū)TGSDSVvv 截止區(qū)截止區(qū) vGSVT時，時， 導(dǎo)電溝道未形成，導(dǎo)電溝道未形成，iD=0?？勺冸娮鑵^(qū)可變電

7、阻區(qū) vDSvGS- -VT時，時， TGSnvDDSdsoVvKdidvrGS 21常常數(shù)數(shù)值值。時時的的是是DTGSTnDiVVVKI220 21 TGSDODVvIi( (當(dāng)當(dāng) vGS VT 時時) ) VT 2VTIDOvGS /ViD /mAO2) 轉(zhuǎn)移特性與特性方程nvGSVT，iD=0； 常常數(shù)數(shù) DSvGSDvfi 由于飽和區(qū)內(nèi)，由于飽和區(qū)內(nèi)，iD受受vDS的影響很小，因此，的影響很小，因此，不同不同vDS下的轉(zhuǎn)移特性基下的轉(zhuǎn)移特性基本重合。本重合。nvGSVT，形成導(dǎo)電溝道，形成導(dǎo)電溝道，隨著隨著vGS的增加，的增加，iD逐漸逐漸增大。增大。5.1.2 N溝道耗盡型MOSFE

8、T1. 結(jié)構(gòu)及工作原理l二氧化硅絕緣層中摻有大二氧化硅絕緣層中摻有大量的正離子，即使在量的正離子，即使在vGS=0時，在時，在P區(qū)表面層已感應(yīng)出區(qū)表面層已感應(yīng)出大量的自由電子，形成反大量的自由電子，形成反型層，構(gòu)成導(dǎo)電溝道，在型層，構(gòu)成導(dǎo)電溝道，在vDS作用下，就會產(chǎn)生作用下，就會產(chǎn)生iD。SGDBl當(dāng)當(dāng)vGS0溝道變窄，在溝道變窄，在vDS作用下，作用下，iD減減小。小。vGS=VP（夾斷電壓夾斷電壓）時，）時，iD=0 。l當(dāng)當(dāng)vGS0溝道變寬，在溝道變寬，在vDS作用下，作用下，iD增大。增大。iD/mAvGS /VOVP( (a) )轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性IDSS( (b) )輸出特性輸出特

9、性iD/mAvDS /VO+1VvGS=0 1 V 2 V432151015 202. 特性曲線與特性方程 22DSDSPGSnDvvVvKi 在在可可變變電電阻阻區(qū)區(qū)稱稱為為飽飽和和漏漏極極電電流流在在飽飽和和區(qū)區(qū)221PnDSSPGSDSSDVKIVvIi 5.1.3 P溝道MOSFETnP溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFET的開啟電壓的開啟電壓VT是負(fù)值，產(chǎn)生溝道是負(fù)值，產(chǎn)生溝道的條件為的條件為vGSVT，臨界線為臨界線為vDS=vGS- -VT。nP溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET的夾斷電壓的夾斷電壓VP是正值，溝道夾斷是正值，溝道夾斷的條件為的條件為vGSVP，臨界線為，臨界線為vDS=

10、vGS- -VP。SGDBSGDB5.1.4 溝道長度調(diào)制效應(yīng)n在理想情況下，在理想情況下，MOSFET工作于飽和區(qū)時，工作于飽和區(qū)時，vDS對對iD的的影響可以忽略，輸出特性曲線與橫軸平行。而實(shí)際上影響可以忽略，輸出特性曲線與橫軸平行。而實(shí)際上vDS增加時，增加時，iD的會略有增加，這是因?yàn)榈臅杂性黾?，這是因?yàn)関DS對溝道長度對溝道長度L的調(diào)制作用。的調(diào)制作用。 DSTGSDODSTGSnDvVvIvVvKi 11122。的的單單位位為為 mLVL. 110 5.1.5 MOSFET的主要參數(shù)一、直流參數(shù)一、直流參數(shù)二、交流參數(shù)二、交流參數(shù)三、極限參數(shù)三、極限參數(shù)1.1. 飽和漏極電流飽和

11、漏極電流I IDSSDSS 為耗盡型場效應(yīng)管的一個重要參數(shù)。為耗盡型場效應(yīng)管的一個重要參數(shù)。2. 2. 夾斷電壓夾斷電壓V VP P 為耗盡型場效應(yīng)管的一個重要參數(shù)。為耗盡型場效應(yīng)管的一個重要參數(shù)。3. 3. 開啟電壓開啟電壓 V VT T 為增強(qiáng)型場效應(yīng)管的一個重要參數(shù)。為增強(qiáng)型場效應(yīng)管的一個重要參數(shù)。4. 4. 直流輸入電阻直流輸入電阻R RGSGS 輸入電阻很高。一般在輸入電阻很高。一般在10107 7 以上。以上。一、直流參數(shù)1. 低頻跨導(dǎo)低頻跨導(dǎo)gm 用以描述柵源電壓用以描述柵源電壓vGS對漏極電流對漏極電流iD的控制作用。的控制作用。3. 極間電容極間電容 極間電容愈小，則管子的高

12、頻性能愈好。極間電容愈小，則管子的高頻性能愈好。常常數(shù)數(shù) DSvGSDmVIg二、交流參數(shù)2. 輸出電阻輸出電阻 rds 說明說明vDS對對iD的影響。的影響。常數(shù)常數(shù) GSvDDSdsivr2. 最大耗散功率最大耗散功率PDM 由場效應(yīng)管允許的溫升決定。由場效應(yīng)管允許的溫升決定。3. 最大漏源電壓最大漏源電壓V(BR)DS 當(dāng)漏極電流當(dāng)漏極電流iD 急劇上升產(chǎn)生雪崩擊穿時的急劇上升產(chǎn)生雪崩擊穿時的vDS值。值。4. 最大柵源電壓最大柵源電壓V(BR)GS 是指柵源間反向電流開始急劇上升時的是指柵源間反向電流開始急劇上升時的vGS值。值。三、極限參數(shù)1. 最大漏極電流最大漏極電流IDM 場效應(yīng)

13、管正常工作時漏極電流的上限值場效應(yīng)管正常工作時漏極電流的上限值。5.2 MOSFET放大電路n場效應(yīng)管是電壓控制器件，改變柵源電壓場效應(yīng)管是電壓控制器件，改變柵源電壓v vGSGS的大小，的大小，就可以控制漏極電流就可以控制漏極電流i iD D，因此，用場效應(yīng)管也可以組，因此，用場效應(yīng)管也可以組成放大電路。成放大電路。n場效應(yīng)管放大電路也有三種組態(tài)，即共源極、共柵極場效應(yīng)管放大電路也有三種組態(tài)，即共源極、共柵極和共漏極電路。和共漏極電路。n由于場效應(yīng)管具有輸入阻抗高等特點(diǎn)，其電路的某些由于場效應(yīng)管具有輸入阻抗高等特點(diǎn)，其電路的某些性能指標(biāo)優(yōu)于三極管放大電路。性能指標(biāo)優(yōu)于三極管放大電路。1. 直

14、流偏置及Q點(diǎn)的計(jì)算1) 簡單的共源極放大電路DDgggGSVRRRV 212dDDDDSRIVV 2TGSnDVVKI 須滿足須滿足VGS VT ，否則工作在截止區(qū)，否則工作在截止區(qū)假設(shè)工作在飽和區(qū)，即假設(shè)工作在飽和區(qū)，即TGSDSVVV 驗(yàn)證是否滿足驗(yàn)證是否滿足 ，如果不滿足，則說明假設(shè)錯誤，如果不滿足，則說明假設(shè)錯誤TGSDSVVV 再假設(shè)工作在可變電阻區(qū)，再假設(shè)工作在可變電阻區(qū)，TGSDSVVV 即即 DSTGSnDV VVKI 2dDDDDSRIVV + +sdgRdRg1VDD+RLRg2Cb1Cb2+ivov2)帶源極電阻的共源極放大電路RIVRRRVDDDgggGS 212 RRIVVdDDDDS 2TGSnDVVKI 設(shè)工作在飽和區(qū)設(shè)工作在飽和區(qū)驗(yàn)證是否滿足驗(yàn)證是否滿足TGSDSVVV + +