模拟电子技术基础3.ppt

场效应晶体管及其电路分析 第一篇电子器件基础 1 3 1场效应晶体管结构特性与参数 1 绝缘栅场效应管 IGEFT NMOS增强型结构示意图与电路符号 2 三个集 源集 栅 门 集 漏集 1 二个PN结 衬源 衬漏 工艺特点 源漏高掺杂 栅绝缘电阻大 NMOS结构 1 绝缘栅场效应管 IGEFT 续 PMOS增强型结构示意图与电路符号 2 三个集 源集 栅 门 集 漏集 1 二个PN结 衬源 衬漏 工艺特点 源漏高掺杂 栅绝缘电阻大 2 NMOS增强型工作原理 1 VGS增加形成反型层 大于VT产生沟道 漏源之间形成导电通路 衬源和衬漏之间加反向偏置 2 NMOS增强型工作原理 续1 2 加入VDS形成漏源电流 2 NMOS增强型工作原理 续2 3 继续加大VGS 沟道变宽 沟道R变小 ID增加 场效应管是电压控制型器件 场效应管导电由N 的多子形成 单极型器件 T特性好 NMOS工作原理1 2 NMOS增强型工作原理 续3 4 继续加大VDS ID适当增加 源 漏电位逐步升高 沟道预夹断 2 NMOS增强型工作原理 续4 5 预夹断后继续加大VDS 沟道夹断 ID恒定 漏源增加的电压降在夹断区 NMOS工作原理2 3 N沟道耗尽型MOSFET 1 SIO2中预埋正离子 3 GS负到VGS off VP示 沟道消失 2 VGS 0时就存在内建电场 形成沟道 4 结型场效应管 JFET 1 N沟道和P沟道JFET结构与符号 JFET正常工作时 两个PN结必须反偏 NJFET PJFET 2 N沟道JFET的工作原理 VDD 0 沟道宽度随VGG增而窄 沟道R增 ID降 耗尽型 2 N沟道JFET的工作原理 续1 VGG不变 VDD增加 沟道上窄下宽ID线性增 直至预夹断 初始沟道宽度由VGG决定 2 N沟道JFET的工作原理 续2 VGG不变 预夹断后VDD增加 增加的电压降在沟道上 ID不变 5 场效应管类型 1 绝缘栅型 InsulatedGateType FET N沟道 Channel 增强 Enhancement 型MOS N沟道耗尽 Depletion 型MOS P沟道增强型MOS P沟道耗尽型MOS 2 结型 JunctionType JFET N沟道 耗尽Depletion 型JFET P沟道 耗尽Depletion 型JFET 场效应管的典型应用 输出回路电流由输入电压控制 输入回路产生电压VGS 三端器件构成2个回路 场效应管的主要半导体机理 电压控制电流源作用 1 增强型NMOS场效应管伏安特性 1 增强型NMOS管转移特性 场效应管是电压控制型器件 场效应晶体管特性参数 IDO漏极电流当VGS 2VT 2 增强型NMOS管输出特性 a 截止区 b 可变电阻区 VDS较小 沟道未夹断ID受其影响 c 放大区 VDS足够大沟道夹断 ID不随VDS变化 1 增强型NMOS场效应管伏安特性 续1 IDSS VGS 0时漏极电流 2 耗尽型MOS场效应管和结型FET伏安特性 转移特性 输出特性 3 场效应管的主要参数 1 直流参数 增强型管开启电压VGS th VT 耗尽型管夹断电压VGS off VP 耗尽型管在VGS 0时的饱和区漏极电流IDSS VDS 0时 栅源电压VGS与栅极电流IG之比 直流输入电阻RGS DC 2 交流参数 低频跨导 互导 gm 交流输出电阻rds 3 极限参数 最大漏源电压V BR DS 漏极附近发生雪崩击穿时的VDS 最大栅源电压V BR GS 栅极与源极间PN结的反向击穿电压 最大耗散功率P 3 场效应管工作状态估算 例1 VDD 18V Rs 1K Rd 3K Rg 3M 耗尽型MOS管的VP 5V IDSS 10mA 试用估算法求电路的静态工作点 例2 分压式自偏压共源放大电路中 已知转移特性 VDD 15V Rd 5k Rs 2 5k R1 200k R2 300k Rg 10M 负载电阻RL 5k 并设电容C1 C2和Cs足够大 已知场效应管的特性曲线试用图解法分析静态工作点Q 估算Q点上场效应管的跨导gm 1 输入回路方程 VGSQ 3 5VIDQ 1mA 2 输出回路方程 例5 分析图示VGS 2 4 6 8 10V 12V时 场效应管工作区 1 由图可知VT 4V 当VGS VT工作在截止区 VGS 2 4V工作在截止区 2 VGS VT 4V 工作在放大区或可变电阻区 显然410V可变电阻区 3 恒流区内ID近似只受VGS控制 例6 N沟道结型场效应管和PNP双极型三极管组成的恒流源电路 估算恒流值 设IDSS 2mA 夹断电压VP 4V 假定在恒流区 集成电路分类 二极管 三极管 场效应管 电阻 电容 连线 集成电路 同一块硅片制作特殊功能电路 SSI MSI LSI VLSI 模拟 数字 各种功能IC 1 2 6集成电路中的电子器件 器件之间通过SiO2 PN结隔离 1 复合管 达林顿管 Darlington 两只或以上的三极管 场效应管 按一定方式连接 常见达林顿管组合 1 等效复合管的管型取决于第一只管子的类型 2 等效复合管的 1 2 3 等效复合管的输入电流可大大减小 第1只管可采用小功率管 4 复合管也可由晶体管和场效应管或多个晶体管组合 等效复合管的特性 2 多集电极管和多发射极管 1 集电极电流与集电区面积成正比 2 制作多个具有比较稳定电流关系的电流源 比例关系可做得很精确 多集电极管 1 常作为门电路的输入级电路 多发射极极管 3 肖特基三极管 1 肖特基三极管结构 普通三极管由饱和转入截止时间 饱和 放大 截止 较长 开启电压仅0 3V 正向压降0 4V 普通三极管集电结并接一个肖特基势垒二极管 SBD 2 肖特基二极管SBD特点 没有电荷存储效应 开关时间短 1 2 7半导体器件的制造工艺简介