最新-第三章-場效應(yīng)管-PPT課件

1、第三章 場效應(yīng)晶體管及其放大電路 場效應(yīng)晶體管利用輸入電壓影響導(dǎo)電溝道的形狀，進而控制輸出電流場效應(yīng)管的主要特點：輸入阻抗高多子導(dǎo)電，熱穩(wěn)定性好 本章重點介紹場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、工作原理及其應(yīng)用電路。N溝道P溝道增強型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道（耗盡型）FET場效應(yīng)管JFET結(jié)型MOSFET絕緣柵型(IGFET)分類：NPPPN結(jié)耗盡層N溝道G 柵極D漏極S源極P襯底NN源極 柵極 漏極S G D JFET結(jié)構(gòu)IGFET結(jié)構(gòu)N溝道返回3.1 絕緣柵型（MOS）場效應(yīng)晶體管分增強型和耗盡型兩類：各類又分NMOS和 PMOS兩種：MOS （Metal Oxidized Semiconductor)

2、 增強型N溝道示意P襯底NNB 基底源極 柵極 漏極S G D 耗盡型N溝道示意B 基底P襯底NN+NMOS（E）的電路符號GDSBNMOS（D）的電路符號GSDB源極 柵極 漏極S G D +Sio2Sio2N溝道P溝道MOS（Metal Oxidized Semiconductor)增強型P溝道示意N襯底PPB 基底源極 柵極 漏極S G D 耗盡型P溝道示意B 基底N襯底PP+PMOS（E）的電路符號GDSBPMOS（D）的電路符號GSDB源極 柵極 漏極S G D +Sio2Sio2P溝道返回3.1.1 增強型MOS場效應(yīng)管(EMOS)以N 溝道增強型為例一、N溝道增強型MOS管的結(jié)構(gòu)

3、SiO2SiO2二、N溝道增強型MOS管的基本工作原理1.柵源電壓 對管子工作的影響設(shè)時管子截止時時反型層形成，出現(xiàn)導(dǎo)電溝道 ：開啟電壓RD2.漏源電壓 對管工作的影響設(shè)時導(dǎo)電溝道變?yōu)樾ㄐ未藭r VDS增加，當VGD=Vth 時，靠近D端的溝道被夾斷，稱為予夾斷。予夾斷后，VDS 繼續(xù)增加，iD基本不變，呈恒流特性。柵源電壓起著建立導(dǎo)電溝道由于溝道電流僅由多子流構(gòu)成，故也稱場效應(yīng)管為單極型晶體管。漏源電壓產(chǎn)生輸出電流并改變溝道形狀溫度穩(wěn)定性能好。由于柵極與源極和漏極之間有絕緣層隔開，故柵極輸入電流極小 ，輸入電阻極高，可以達到 以上。特點：輸入電阻極高。因柵極輸入電流極小，故常用的特性曲線為輸出

4、特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線。三、N溝道增強型MOS管的伏安特性曲線可變電阻區(qū)截止區(qū)：可變電阻區(qū)：1.輸出特性曲線預(yù)夾斷點此區(qū)域iD隨vDS近似線性變化vGS=常數(shù)截止區(qū)（夾斷區(qū)）可變電阻區(qū)飽和區(qū)擊穿區(qū)飽和(恒流)區(qū)：厄爾利電壓若考慮溝道長度調(diào)制效應(yīng)擊穿區(qū)：截止區(qū)（夾斷區(qū)）2.N溝道增強型場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線vDS=常數(shù)轉(zhuǎn)移特性曲線表示漏源電壓一定時，漏極電流與柵源電壓之間的關(guān)系曲線。可由輸出曲線求得轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)：在相同工作點電流情況下，MOS管跨導(dǎo)的數(shù)值通常會比雙極型管的小，可能小12個數(shù)量級跨導(dǎo)也可以由轉(zhuǎn)移特性曲線圖解確定飽和區(qū)內(nèi)，過大的漏源電壓所產(chǎn)生的擊穿與輸出特性曲線上的擊穿區(qū)對應(yīng)。漏源電壓過

5、大時，會導(dǎo)致漏區(qū)與襯底間的PN結(jié)出現(xiàn)反向擊穿。飽和區(qū)內(nèi)可能會出現(xiàn)貫通擊穿。當柵源電壓過大時，可能會導(dǎo)致絕緣層被擊穿。3.MOS場效應(yīng)管的擊穿在MOS管工作時，漏區(qū)、源區(qū)、導(dǎo)電溝道與襯底之間的PN結(jié)不應(yīng)出現(xiàn)正向?qū)ㄇ闆r，否則管子不能正常工作。這就要求N溝道型管的襯源極間電壓應(yīng)滿足 ，P溝道型管應(yīng)4. MOS場效應(yīng)管襯底調(diào)制效應(yīng)分立元件中，襯底B一般與源極S相連。在集成電路中，由于所有元件為同一襯底，為保證所有元件的溝道與襯底間的隔離，導(dǎo)電溝道與襯底之間所形成的PN結(jié)必須反偏，也即N溝道MOS管的 。所以，開啟電壓和轉(zhuǎn)移特性曲線右移。背柵跨導(dǎo)P溝道管的結(jié)構(gòu)和原理與N溝道管類似。但應(yīng)注意溝道極性的區(qū)

6、別及由此帶來的電流、電壓方向的變化。四、P溝道增強型MOS場效應(yīng)管第一節(jié)：MOS場效應(yīng)管應(yīng)注意特性曲線圖中電流、電壓的方向。耗盡型MOS管在柵源零偏時即已存在導(dǎo)電溝道。注意其符號與增強型的區(qū)別3.1.2 耗盡型MOS場效應(yīng)管(DMOS)：夾斷電壓也會產(chǎn)生預(yù)夾斷和漏極電流飽和的情況。 時已有導(dǎo)電溝道，故 時即有漏極電流產(chǎn)生溝道被夾斷且存在溝道?？勺冸娮鑵^(qū)飽和區(qū)擊穿區(qū)截止區(qū)：可變電阻區(qū)：飽和(恒流)區(qū)：擊穿區(qū)截止區(qū)（夾斷區(qū)）iDv DS0vGS=0vGS0輸出特性曲線P溝道型管的特性可與之類比若考慮溝道長度調(diào)制效應(yīng),恒流區(qū)MOS管類型總結(jié)MOS管N溝道MOS管P溝道MOS管N溝道增強型MOS管N溝

7、道耗盡型MOS管P溝道增強型MOS管P溝道耗盡型MOS管MOS管的結(jié)構(gòu)注意N溝道與P溝道的區(qū)別注意增強型與耗盡型的區(qū)別結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)根據(jù)溝道類型不同亦可分類3.2 結(jié)型場效應(yīng)管3.2.1 結(jié)型場效應(yīng)管的基本工作原理結(jié)型場效應(yīng)管存在著內(nèi)建初始導(dǎo)電溝道，這一點與耗盡型管類似。結(jié)型場效應(yīng)管應(yīng)用時vGS必須加反偏電壓，以通過耗盡層的寬度來調(diào)節(jié)溝道。一、柵源電壓vGS對管子工作的影響時設(shè)時溝道全夾斷。夾斷電壓： 當vGS時，PN結(jié)反偏，耗盡層變寬，導(dǎo)電溝道變窄，溝道電阻增大。但當|vGS|較小時，耗盡區(qū)寬度有限，存在導(dǎo)電溝道。DS間相當于線性電阻。 vGS=0時，為平衡PN結(jié)，導(dǎo)電溝道最寬。時導(dǎo)電溝

8、道變?yōu)樾ㄐ蜁rvDS繼續(xù)增大時,溝道變短，iD基本不變。溝道預(yù)夾斷。設(shè)二、漏源電壓vDS對管子工作的影響三、結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線1、輸出特性曲線 可變電阻區(qū)：預(yù)夾斷前。 電流飽和區(qū)（恒流區(qū)）： 預(yù)夾斷后。 特點： ID / VGS 常數(shù)= gm 即： ID = gm VGS（放大原理）夾斷區(qū)（截止區(qū)）。 予夾斷曲線vGS=0V-1V可變電阻區(qū)-2V-3V-4V-5V夾斷區(qū)恒流區(qū)iDv DS0輸出特性曲線vDS=vGS-VGS(off)IDSS予夾斷曲線VGS=0V1V可變電阻區(qū)2V3V4V5V夾斷區(qū)恒流區(qū)iDv DS0輸出特性曲線2、轉(zhuǎn)移特性曲線飽和漏極電流VGS(off)夾斷電壓恒流區(qū)1.

9、柵源極間的電阻雖然可達107以上，但在某些場合仍不夠高。3. 柵源極間的PN結(jié)加正向電壓時，將出現(xiàn)較大的柵極電流。絕緣柵場效應(yīng)管可以很好地解決這些問題。2. 在高溫下，PN結(jié)的反向電流增大，柵源極間的電阻會顯著下降。結(jié)型場效應(yīng)管的缺點：綜上分析可知 場效應(yīng)管溝道中只有一種類型的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，所以場效應(yīng)管也稱為單極型三極管。場效應(yīng)管是電壓控制電流器件，恒流區(qū)iD受vGS控制。預(yù)夾斷前iD與vDS呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后， iD趨于飽和。 JFET柵極與溝道間的PN結(jié)是反向偏置的，MOSFET柵極與溝道間絕緣，因此iG0，輸入電阻很高。特性曲線增強型MOS管象雙極型三極管一樣有一個開啟電壓VGS(th) (VT)，（相當于三極管死區(qū)電壓）。當 |VGS| 低于 |