模電章合集PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1模電章合集模電章合集第一頁，共34頁。v結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管v絕緣絕緣(juyun)柵型場(chǎng)效應(yīng)管柵型場(chǎng)效應(yīng)管v場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)v場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較第1頁/共34頁第二頁，共34頁。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的實(shí)際結(jié)構(gòu)在N型半導(dǎo)體上制作兩個(gè)(lin )高摻雜的P區(qū), 并將它們連在一起第2頁/共34頁第三頁，共34頁。 P區(qū)引出的電極稱為柵極g N型半導(dǎo)體兩端(lin dun)引出的電極分別稱為漏極d和源極s 漏極和源極間的非耗盡層區(qū)域稱為導(dǎo)電溝道結(jié)構(gòu)示意圖場(chǎng)效應(yīng)管由多子來實(shí)現(xiàn)場(chǎng)效應(yīng)管由多子來實(shí)現(xiàn)(shxin)導(dǎo)導(dǎo)電電第3頁/共34頁第四頁，共34頁。1

2、. 工作工作(gngzu)原理原理 正常工作(gngzu)條件 漏-源電壓uDS 0 , 保證電子定向移動(dòng)(ydng)形成漏電流 柵-源電壓uGS 0 , 通過控制耗盡層寬度,達(dá)到控制溝道電流的目的 PN結(jié)無載流子, 不導(dǎo)電, 屬于高阻區(qū) 當(dāng)漏-源電壓uDS 一定時(shí), 漏電流:漏電流溝道電阻溝道截面積耗盡層寬度uGS uDS 足夠大時(shí), uGS 可以控制漏電流實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì): 利用反向偏置的利用反向偏置的PN結(jié)調(diào)節(jié)溝道電阻結(jié)調(diào)節(jié)溝道電阻, 從而控制漏極電流從而控制漏極電流第4頁/共34頁第五頁，共34頁。1. 工作工作(gngzu)原理原理漏漏-源電壓源電壓uDS 與柵與柵-源電壓源電壓uGS 對(duì)漏

3、電流對(duì)漏電流(dinli)的影響的影響:a. uDS = 0時(shí)時(shí), uGS 對(duì)導(dǎo)電溝道的的控制對(duì)導(dǎo)電溝道的的控制(kngzh)作作用用| uGS | 耗盡層增加耗盡層閉合,溝道電阻無窮大,此時(shí)電壓稱為夾斷電壓夾斷電壓UGS(off)uGS=0uGS uGS(off)uGS(off) uGS uGS(off)uGD = uGS(off)uGD uGS(off)耗盡層從源極到漏極逐漸(zhjin)加寬uGD = uGS(off)時(shí), 出現(xiàn)預(yù)夾斷預(yù)夾斷uDS , 夾斷區(qū)增加, iD為恒流,與uGS唯一對(duì)應(yīng)夾斷區(qū)并不是完全將溝道夾斷夾斷區(qū)并不是完全將溝道夾斷, 而是允許電子窄縫中高速流過而是允許電子窄

4、縫中高速流過第6頁/共34頁第七頁，共34頁。c. uGD uGS(off) , uGS 與漏電流(dinli) iD 的關(guān)系 uGD UGS(off),對(duì)應(yīng)(duyng)于不同 uGS , d-s間等效成不同阻值電阻總結(jié)總結(jié)(zngji): 當(dāng)uGD = UGS(off) 時(shí) , d-s間預(yù)夾斷(ji dun)當(dāng)g-d 間出現(xiàn)夾斷時(shí)(uGD =0 ) uGS = 0時(shí)時(shí), 漏極與源極間不存在漏極與源極間不存在(cnzi)導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道 uGS , 由于絕緣層由于絕緣層,金屬柵極被充電而聚集正電荷金屬柵極被充電而聚集正電荷, 正電荷排斥正電荷排斥P區(qū)的區(qū)的空穴向下運(yùn)動(dòng)空穴向下運(yùn)動(dòng), N間出現(xiàn)

5、負(fù)離子區(qū)間出現(xiàn)負(fù)離子區(qū), 形成耗盡層形成耗盡層 uGS = 0uGS 0第16頁/共34頁第十七頁，共34頁。 b. 工作工作(gngzu)原理原理 (uDS = 0, uGS =0 ) uGS , 襯底的電子被吸引襯底的電子被吸引, 在耗盡層與絕緣層間形成在耗盡層與絕緣層間形成N形薄形薄層層, (反型層反型層), 即導(dǎo)電溝道即導(dǎo)電溝道. 此時(shí)的此時(shí)的uGS稱為開啟稱為開啟(kiq)電壓電壓UGS(th) uGS , 反型層增加反型層增加, 而耗盡層不再變化而耗盡層不再變化可用可用uGS大小控制導(dǎo)電溝道大小控制導(dǎo)電溝道(u do)的寬度的寬度第17頁/共34頁第十八頁，共34頁。1. N溝道溝

6、道增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管 b. 工作原理工作原理 當(dāng)當(dāng)uGS大于開啟電壓大于開啟電壓(diny)UGS(th) 后后, MOS管的表現(xiàn)與管的表現(xiàn)與JFET相同相同 uGS為大于UGS(th) 的某一值時(shí) uDS對(duì)iD的影響當(dāng)uGD =(uGS - uDS )= UGS(th) 時(shí) , d-s間預(yù)夾斷.當(dāng)g-d 間夾斷 (uGD 0P溝道增強(qiáng)型 開啟電壓UGS(th) 0時(shí), 反型層加寬, uGS 0時(shí), 反型層變窄, 反型層消失(xiosh)時(shí)的電壓為夾斷電壓UGS(off) 第21頁/共34頁第二十二頁，共34頁。1. N溝道溝道耗盡型耗盡型MOS場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管 b. 特性曲線

7、特性曲線 與與N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管的曲線相似管的曲線相似(xin s) P溝道耗盡型曲線關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱溝道耗盡型曲線關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱 (P49)N溝道耗盡型MOS管的特性曲線第22頁/共34頁第二十三頁，共34頁。 增強(qiáng)型: 柵-源電壓uGS = 0 時(shí), 漏-源間沒有導(dǎo)電溝道(u do) 耗盡型: 柵-源電壓uGS = 0 時(shí), 漏-源間存在導(dǎo)電溝道(u do) IGFET與JFET的導(dǎo)電機(jī)理區(qū)別: (導(dǎo)電溝道成因不同) 結(jié)型利用耗盡層寬度改變導(dǎo)電溝道的寬窄 絕緣柵型利用半導(dǎo)體表面(biomin)感應(yīng)電荷改變導(dǎo)電溝道 第23頁/共34頁第二十四頁，共34頁。場(chǎng)效應(yīng)管特性曲線場(chǎng)效應(yīng)管特性曲

8、線(qxin)的判別的判別 (P49)N溝道(u do)與P溝道(u do)的判別 N溝道輸出曲線在第一象限(xingxin), 轉(zhuǎn)移曲線在一,二象限(xingxin) P溝道輸出曲線在第三象限(xingxin),轉(zhuǎn)移曲線在三, 四象限(xingxin) 結(jié)型-MOS型與增強(qiáng)型-耗盡型的判別 結(jié)型結(jié)型: UGS= 0曲線位于邊緣. 夾斷電壓UGS(off) 增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOS管管: 不存在UGS= 0曲線. 開啟電壓UGS(th) 耗盡型耗盡型MOS管管: UGS= 0曲線位于中間. 夾斷電壓UGS(off) 輸出特性中輸出特性中, 電壓電壓UGS=0所對(duì)應(yīng)曲線的位置所對(duì)應(yīng)曲線的位置特性曲線所

9、在的象限特性曲線所在的象限 利用夾斷(開啟)電壓進(jìn)行校驗(yàn)第24頁/共34頁第二十五頁，共34頁。例根據(jù)例根據(jù)(gnj)輸出特性曲線分析管子的類型輸出特性曲線分析管子的類型 (P51) 根據(jù)曲線所處的象限根據(jù)曲線所處的象限(xingxin)判斷溝判斷溝道類型道類型 根據(jù)根據(jù)UGS= 0曲線的位置判斷管類型曲線的位置判斷管類型利用夾斷利用夾斷(開啟開啟)電壓進(jìn)行校驗(yàn)電壓進(jìn)行校驗(yàn)N溝道溝道(u do)增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOS管管第25頁/共34頁第二十六頁，共34頁。1. 直流參數(shù)直流參數(shù)(cnsh) 開啟電壓 UGS(th) 夾斷電壓UGS(off) 飽和漏極電流IDSS 直流輸入電阻RGS2. 交流交

10、流(jioli)參數(shù)參數(shù) 低頻跨導(dǎo)gm: 表示UGS對(duì)iD的控制能力 極間電容: 三極間均有電容DSDmUGSigU常數(shù)第26頁/共34頁第二十七頁，共34頁。3. 極限極限(jxin)參數(shù)參數(shù) 最大漏極電流IDM 擊穿電壓: 漏-源擊穿電壓與柵-源擊穿電壓 最大耗散功率PDM第27頁/共34頁第二十八頁，共34頁。 uGS UGS(th) 且且 uGD UGS(th) 且且 uGD UGS(th)時(shí)時(shí), 漏電流漏電流(dinli)iD處于可變處于可變電阻區(qū)電阻區(qū)ODSDDDduuVi R求輸入(shr) uI (uGS) 與漏電流iD的關(guān)系例例1.4.2 下圖中下圖中,當(dāng)輸入當(dāng)輸入uI分別為

11、分別為0, 8V , 10時(shí)時(shí), 輸出輸出uO=?(P51)dgs第28頁/共34頁第二十九頁，共34頁。()8 102( )GDGSDSGS thuuuVU uGS = 0V , 小于 UGS(th) = 4V , iD = 0. uO= VDD uGS = 8V , 大于大于 UGS(th) = 4V , 假設(shè)假設(shè) iD 處于處于(chy)恒流區(qū)恒流區(qū), 得到得到 15 1 510( )ODSDDDduuVi RV 驗(yàn)證驗(yàn)證(ynzhng)uGD UGS(th) 是否成立是否成立 假設(shè)(jish)成立, uO =10Vdgs第29頁/共34頁第三十頁，共34頁。()1046( )GDGSD

12、SGS thuuuVU uGS = 10V時(shí)時(shí) , 大于大于 UGS(th) = 4V , 假設(shè)假設(shè)(jish) iD 處于恒流區(qū)處于恒流區(qū), 得到得到 15 2.2 54( )ODSDDDduuVi RV 驗(yàn)證驗(yàn)證uGD UGS(th) 是否是否(sh fu)成成立立 假設(shè)不成立(chngl), iD 處于可變電阻區(qū)3()dsDSDRuik5.6( )dsODSDDdsdRuuVVRR漏-源間的等效電阻為Rds為dgs第30頁/共34頁第三十一頁，共34頁。場(chǎng)效應(yīng)管晶體管S GD e b c電壓控制器件(輸入電阻高)電流控制器件(需要電流, 大)多子導(dǎo)電, 適于惡劣環(huán)境, 噪聲系數(shù)小多子,少

13、子均導(dǎo)電, 少子受環(huán)境影響大漏, 源極可互換互換后 差異大均可用于放大或作可控開關(guān)制造工藝更適于集成第31頁/共34頁第三十二頁，共34頁。 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí):載流子的產(chǎn)生與兩種基本運(yùn)動(dòng)(yndng)形式 器件器件(qjin)的工作原理的工作原理, 特性曲線和主要參特性曲線和主要參數(shù)數(shù) 二極管 (Diode) 晶體(jngt)三極管 (Bipolar Junction Transistor) 場(chǎng)效應(yīng)管 ( Field Effect Transistor)第32頁/共34頁第三十三頁，共34頁。載流子的運(yùn)動(dòng)載流子的運(yùn)動(dòng)(yndng)形式形式 二極管在正向偏置時(shí)以擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)為主二極管在正向偏置時(shí)以擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)為主, 反向偏置時(shí)以漂移運(yùn)動(dòng)為主反向偏置時(shí)以漂移運(yùn)動(dòng)為主, 體現(xiàn)體現(xiàn)(txin)出單向?qū)щ娦猿鰡蜗驅(qū)щ娦?晶體管是在對(duì)載流子的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)引的基礎(chǔ)上加