模电助教版第1章常用半导体器件FE.ppt

1.3场效应晶体三极管(“FET”)P451.3.1绝缘栅场效应管(“IGFET”),FET分:1.IGFET1.NMOS增强型(6种管子)(又称“MOSFET”)耗尽型2.PMOS增强型耗尽型2.JFET1.N沟道2.P沟道,1.3场效应晶体三极管(“FET”)P451.3.1绝缘栅场效应管(“IGFET”),FET分:1.IGFET1.NMOS增强型(6种管子)(又称“MOSFET”)耗尽型2.PMOS增强型耗尽型2.JFET1.N沟道2.P沟道,s：Source源极d：Drain漏极g：Gate栅极B：Base衬底,Metal-Oxide-Semiconductor,FieldEffectTransistor,InsultedGateType,JunctionType,。SiP衬底,一、NMOS,N+:。,N+:。,Al极sgdSiO2B,1.3场效应晶体三极管(“FET”)P451.3.1绝缘栅场效应管(“IGFET”),1.结构,三区、三极、两结,:,:,:,UDS,1.3场效应晶体三极管(“FET”)P451.3.1绝缘栅场效应管(“IGFET”),一、NMOS,1.结构,2.工作机理(定性分析),纵向电场垂直电场横向电场表面场效应器件体内场效应器件,:,:,:,VDDUDS,Rd,1.3场效应晶体三极管(“FET”)P451.3.1绝缘栅场效应管(“IGFET”),一、NMOS,1.结构,2.工作机理(定性分析),栅极电压的控制作用(UGS,UDS=0)开启电压UGS(th)(或UT)反型层(N型)漏源电压UDS对导电沟道的影响UDS=0时UDS0时预夹断,纵向电场垂直电场横向电场表面场效应器件体内场效应器件,:,:,:,VDDUDSID,Rd,1.3场效应晶体三极管(“FET”)P451.3.1绝缘栅场效应管(“IGFET”),一、NMOS,1.结构,2.工作机理(定性分析),栅极电压的控制作用(UGS,UDS=0)开启电压UGS(th)(或UT)反型层(N型)漏源电压UDS对导电沟道的影响UDS=0时UDS0时预夹断,纵向电场垂直电场横向电场表面场效应器件体内场效应器件,:,:,:,VDDUDSID,Rd,1.3场效应晶体三极管(“FET”)P451.3.1绝缘栅场效应管(“IGFET”),一、NMOS,1.结构,2.工作机理(定性分析),栅极电压的控制作用(UGS,UDS=0)开启电压UGS(th)(或UT)反型层(N型)漏源电压UDS对导电沟道的影响UDS=0时UDS0时预夹断,纵向电场垂直电场横向电场表面场效应器件体内场效应器件,:,:,:,VDDUDSID,Rd,1.3场效应晶体三极管(“FET”)P451.3.1绝缘栅场效应管(“IGFET”),一、NMOS,1.结构,2.工作机理(定性分析),栅极电压的控制作用(UGS,UDS=0)开启电压UGS(th)(或UT)反型层(N型)漏源电压UDS对导电沟道的影响UDS=0时UDS0时预夹断,纵向电场垂直电场横向电场表面场效应器件体内场效应器件,:,:,:,VDDUDSID,Rd,输出特性曲线ID=f(UDS)|UGS=C.转移特性曲线ID=f(UGS)|UDS=C.,1.3场效应晶体三极管(“FET”)P451.3.1绝缘栅场效应管(“IGFET”),3.伏安特性曲线(定量分析),一、NMOS,1.结构,2.工作机理(定性分析),纵向电场垂直电场横向电场表面场效应器件体内场效应器件,(“漏极特性曲线”),ID(mA)UDS=UGSUGS(th)46V3可变电阻区恒流区5V2UGS=4V13VUGS(th)=2V0410截止区20UDS(V),:,:,:,VDDUDSID,Rd,3.伏安特性曲线(定量分析),一、NMOS,1.结构,2.工作机理(定性分析),输出特性曲线ID=f(UDS)|UGS=C.转移特性曲线ID=f(UGS)|UDS=C.,（非饱和区）,ID(mA)UDS=UGSUGS(th)46V3可变电阻区恒流区5V2UGS=4V13VUGS(th)=2V0410截止区20UDS(V),:,:,:,VDDUDSID,Rd,3.伏安特性曲线(定量分析),一、NMOS,1.结构,2.工作机理(定性分析),输出特性曲线ID=f(UDS)|UGS=C.转移特性曲线ID=f(UGS)|UDS=C.,ID(mA)UDS=UGSUGS(th)46V3可变电阻区恒流区5V2UGS=4V13VUGS(th)=2V0410截止区20UDS(V),:,:,:,VDDUDSID,Rd,3.伏安特性曲线(定量分析),一、NMOS,1.结构,2.工作机理(定性分析),输出特性曲线ID=f(UDS)|UGS=C.转移特性曲线ID=f(UGS)|UDS=C.,(放大区、饱和区),ID(mA)UDS=UGSUGS(th)46V3可变电阻区恒流区5V2UGS=4V13VUGS(th)=2V0410截止区20UDS(V),:,:,:,VDDUDSID,Rd,3.伏安特性曲线(定量分析),一、NMOS,1.结构,2.工作机理(定性分析),输出特性曲线ID=f(UDS)|UGS=C.转移特性曲线ID=f(UGS)|UDS=C.,(放大区、饱和区),(夹断区?),ID(mA)UDS=10V420UGS(th)246UGS(V),ID(mA)UDS=UGSUGS(th)46V3可变电阻区恒流区5V2UGS=4V13VUGS(th)=2V0410截止区20UDS(V),3.伏安特性曲线(定量分析),一、NMOS,1.结构,2.工作机理(定性分析),输出特性曲线ID=f(UDS)|UGS=C.转移特性曲线ID=f(UGS)|UDS=C.,单位mS（S西门子）,Al极sgdSiO2B,。SiP衬底,二、N沟道耗尽型MOS管P49结构工作机理(定性分析)伏安特性曲线(定量分析）夹断电压UGS(off)(或UP)饱和漏极电流IDSS|UGS=0V时,N+:。,N+:。,:,1.3场效应晶体三极管(“FET”)P451.3.1绝缘栅场效应管(“IGFET”),一、NMOS,Al极sgdSiO2B,。SiP衬底,二、N沟道耗尽型MOS管P49结构工作机理(定性分析)伏安特性曲线(定量分析）夹断电压UGS(off)(或UP)饱和漏极电流IDSS|UGS=0V时,N+:。,N+:。,:,1.3场效应晶体三极管(“FET”)P451.3.1绝缘栅场效应管(“IGFET”),一、NMOS,Al极sgdSiO2B,。SiP衬底,二、N沟道耗尽型MOS管P49结构工作机理(定性分析)伏安特性曲线(定量分析）夹断电压UGS(off)(或UP)饱和漏极电流IDSS|UGS=0V时,N+:。,N+:。,:,1.3场效应晶体三极管(“FET”)P451.3.1绝缘栅场效应管(“IGFET”),一、NMOS,三、P沟道MOS场效应管,1.3场效应晶体三极管(“FET”)P451.3.1绝缘栅场效应管(“IGFET”),FET分:1.IGFET1.NMOS增强型(6种管子)(又称“MOSFET”)耗尽型2.PMOS增强型耗尽型2.JFET1.N沟道2.P沟道,s：Source源极d：Drain漏极g：Gate栅极B：Base衬底,Metal-Oxide-Semiconductor,FieldEffectTransistor,InsultedGateType,JunctionType,1.3场效应晶体三极管(“FET”)P451.3.1绝缘栅场效应管(“IGFET”),FET分:1.IGFET1.NMOS增强型(6种管子)(又称“MOSFET”)耗尽型2.PMOS增强型耗尽型2.JFET1.N沟道2.P沟道,P+NP+,。,dgs,一、NJFET,。,。,。,。,。,1.3.2结型场效应管(“JFET”),1.3场效应晶体三极管(“FET”)1.3.1绝缘栅场效应管(“IGFET”),1.结构2.工作机理(定性分析),dgs,VGGUGS,P+NP+,。,栅极电压的控制作用(UGS,UDS=0)夹断电压UGS(off)(或UP)RDS=饱和漏极电流IDSS|UGS=0V时漏源电压UDS对导电沟道的影响UDS=0时UDS0时预夹断,。,。,。,。,。,IG=0RGS=,UDS,1.3场效应晶体三极管(“FET”)1.3.1绝缘栅场效应管(“IGFET”),一、NJFET,1.3.2结型场效应管(“JFET”),1.结构2.工作机理(定性分析),表面场效应器件体内场效应器件,dgs,VGGUGS,P+NP+,。,。,。,。,。,。,IG=0RGS=,UDS,Rd,1.3场效应晶体三极管(“FET”)1.3.1绝缘栅场效应管(“IGFET”),一、NJFET,1.3.2结型场效应管(“JFET”),1.结构2.工作机理(定性分析),栅极电压的控制作用(UGS,UDS=0)夹断电压UGS(off)(或UP)RDS=饱和漏极电流IDSS|UGS=0V时漏源电压UDS对导电沟道的影响UDS=0时UDS0时预夹断,表面场效应器件体内场效应器件,IDdgs,VGGUGS,P+NP+,。,。,。,。,。,。,IG=0RGS=,UDS,Rd,1.3场效应晶体三极管(“FET”)1.3.1绝缘栅场效应管(“IGFET”),一、NJFET,1.3.2结型场效应管(“JFET”),1.结构2.工作机理(定性分析),栅极电压的控制作用(UGS,UDS=0)夹断电压UGS(off)(或UP)RDS=饱和漏极电流IDSS|UGS=0V时漏源电压UDS对导电沟道的影响UDS=0时UDS0时预夹断,表面场效应器件体内场效应器件,IDdgs,VGGUGS,P+NP+,。,。,。,。,。,。,IG=0RGS=,UDS,Rd,输出特性曲线ID=f(UDS)|UGS=C.转移特性曲线ID=f(UGS)|UDS=C.,1.3场效应晶体三极管(“FET”)1.3.1绝缘栅场效应管(“IGFET”),3.伏安特性曲线(定量分析),一、NJFET,1.结构2.工作机理(定性分析),1.3.2结型场效应管(“JFET”),表面场效应器件体内场效应器件,ID(mA)4IDSSUDS=10V2UGS(off)4-20UGS(V),ID(mA)UDS=UGSUGS(off)4UGS=0V3可变电阻区恒流区1V22V13VUGS(off)=4V0410截止区20UDS(V),3.伏安特性曲线(定量分析),一、NJFET,1.结构2.工作机理(定性分析),输出特性曲线ID=f(UDS)|UGS=C.转移特性曲线ID=f(UGS)|UDS=C.,单位mS,一、主要参数开启电压UGS(th)(或UT)夹断电压UGS(off)(或UP)饱和漏极电流IDSS|UGS=0V时输入电阻RGS=低频跨导gm=ID/UGS二、场效应的主要特点输入电阻RGS=保护措施电压控制型放大器件(“VCCS”)单极型电子器件,R,1.3.3场效应管的主要参数和特点,1.3场效应晶体三极管(“FET”)1.3.1绝缘栅场效应管(“IGFET”),1.3.2结型场效应管(“JFET”),直流参数,交流参数,极限参数,例:共源极放大电路.分析iD,uDS.,1.3.4NMOS应用(“图解法”分析),1.3场效应晶体三极管(“FET”)1.3.1绝缘栅场效应管(“IGFET”),1.3.3场效应管的主要参数和特点,1.3.2结型场效应管(“JFET”),参考P58-60,例:共源极放大电路.分析iD,uDS.,1.静态工作点(ui=0V时)输入静态点:iI=iGS=IGSQ=0mAuI=uGS=UGSQ=4.5V输出静态点:iO=iD=IDQ=？uO=uDS=UDSQ=？,利用:iD=f(uDS)|uGS=4.5VuO=uDS=VDDiDRd即iD=uDS/RdVDD/Rd,1.3.4NMOS应用(“图解法”分析),1.静态工作点(ui=0V时)输入静态点:iI=iGS=IGSQ=0mAuI=uGS=UGSQ=4.5V输出静态点:iO=iD=IDQ=？uO=uDS=UDSQ=？,利用:iD=f(uDS)|uGS=4.5VuO=uDS=VDDiDRd即iD=uDS/RdVDD/Rd,iD(mA)12V9.5VVDD/Rd=2mAB6V5VIDQ=0.9mAQ4.5V=UGSQ4VUGS(th)=3V0.26.08.210.415VAuDS(V)UDSQVDD,1.静态工作点(ui=0V时)输入静态点:iI=iGS=IGSQ=0mAuI=uGS=UGSQ=4.5V输出静态点:iO=iD=IDQ=？uO=uDS=UDSQ=？,利用:iD=f(uDS)|uGS=4.5VuO=uDS=VDDiDRd即iD=uDS/RdVDD/Rd,iD(mA)12V9.5VVDD/Rd=2mAB6V5VIDQ=0.9mAQ4.5V=UGSQ4VUGS(th)=3V0.26.08.210.415VAuDS(V)UDSQVDD,故IDQ=0.9mAUDSQ=8.2V,输出回路直流负载线,例:共源极放大电路.分析iD,uDS.,1.静态工作点(ui=0V时)输入静态点:iI=iGS=IGSQ=0mAuI=uGS=UGSQ=4.5V输出静态点:iO=iD=IDQ=？uO=uDS=UDSQ=？,利用:iD=f(uDS)|uGS=4.5VuO=uDS=VDDiDRd即iD=uDS/RdVDD/Rd,1.3.4NMOS应用(“图解法”分析),故IDQ=0.9mAUDSQ=8.2V,例:共源极放大电路.分析iD,uDS.,2.动态分析(令ui=0.5sint(V)时)输入工作点:iI=iGS=0mAuI=uGS=UGSQui=4.50.5sint(V)输出工作点:iO=iD=IDQid=0.9id=？(mA)uO=uDS=UDSQuds=8.2uds=？(V),利用:iD=f(uDS)|uGS=uIuO=uDS=VDDiDRd即iD=uDS/RdVDD/Rd,1.3.4NMOS应用(“图解法”分析),故IDQ=0.9mAUDSQ=8.2V,iD(mA)12V9.5VVDD/Rd=2mAB6V5VIDQ=0.9mAQ4.5V=UGSQ4VUGS(th)=3V0.26.08.210.415VAuDS(V)UDSQVDD,2.动态分析(令ui=0.5sint(V)时)输入工作点:iI=iGS=0mAuI=uGS=UGSQui=4.50.5sint(V)输出工作点:iO=iD=IDQid=0.9id=？(mA)uO=uDS=UDSQuds=8.2uds=？(V),利用:iD=f(uDS)|uGS=uIuO=uDS=VDDiDRd即iD=uDS/RdVDD/Rd,iD(mA)12V9.5VVDD/Rd=2mAB6V5VIDQ=0.9mAQ4.5V=UGSQ4VUGS(th)=3V0.26.08.210.415VAuDS(V)UDSQVDD,2.动态分析(令ui=0.5sint(V)时)输入工作点:iI=iGS=0mAuI=uGS=UGSQui=4.50.5sint(V)输出工作点:iO=iD=IDQid=0.9id=？(mA)uO=uDS=UDSQuds=8.2uds=？(V),利用:iD=f(uDS)|uGS=uIuO=uDS=VDDiDRd即iD=uDS/RdVDD/Rd,uGS=uI(V)12V,iD(mA),t,t,t,1.2mA0.6mA,2.2,0.3,0.5,iD(mA)12V9.5VVDD/Rd=2mAB6V5VIDQ=0.9mAQ4.5V=UGSQ4VUGS(th)=3V0.26.08.210.415VAuDS(V)UDSQVDD,2.动态分析(令ui=0.5sint(V)时)输入工作点:iI=iGS=0mAuI=uGS=UGSQui=4.50.5sint(V)输出工作点:iO=iD=IDQid=0.9id=0.90.3sint(mA)uO=uDS=UDSQuds=8.2uds=8.22.2sint(V),利用:iD=f(uDS)|uGS=uIuO=uDS=VDDiDRd即iD=uDS/RdVDD/Rd,uGS=uI(V)12V,iD(mA),t,t,t,1.2mA0.6mA,2.2,0.3,0.5,iD(mA)12V9.5VVDD/Rd=2mAB6V5VIDQ=0.9mAQ4.5V=UGSQ4VUGS(th)=3V0.26.08.210.415VAuDS(V)UDSQVDD,2.动态分析(令ui=0.5sint(V)时)输入工作点:iI=iGS=0mAuI=uGS=UGSQui=4.50.5sint(V)输出工作点:iO=iD=IDQid=0.9id=？(mA)uO=uDS=UDSQuds=8.2uds=？(V),利用:iD=f(uDS)|uGS=uIuO=uDS=VDDiDRd即iD=uDS/RdVDD/Rd,uGS=uI(V)12V,iD(mA),t,t,t,1.2mA0.6mA,2.2,0.3,iD(mA)12V9.5VVDD/Rd=2mAB6V5VIDQ=0.9mAQ4.5V=UGSQ4VUGS(th)=3V0.26.08.210.415VAuDS(V)UDSQVDD,2.动态分析(令ui=0.5sint(V)时)输入工作点:iI=iGS=0mAuI=u