MOS管工作原理讲解.ppt

1,5场效应管放大电路,2,内容,5.3结型场效应管(JFET),5.1金属-氧化物-半导体(MOS)场效应管,5.2MOSFET放大电路,5.5各种放大器件电路性能比较,*5.4砷化镓金属-半导体场效应管,3,要求,掌握场效应管的直流偏置电路及分析；场效应管放大器的微变等效电路分析法。,4,N沟道,P沟道,增强型,耗尽型,N沟道,P沟道,N沟道,P沟道,（耗尽型）,场效应管分类：,5,5.1金属氧化物半导体（MOS）场效应管,MOSFET简称MOS管，它有N沟道和P沟道之分，其中每一类又可分为增强型和耗尽型两种。,耗尽型：当vGS0时，存在导电沟道，iD0。增强型：当vGS0时，没有导电沟道，iD0。,6,5.1.1N沟道增强型MOSFET,1结构,P型基底,两个N区,SiO2绝缘层,导电沟道,金属铝,N沟道增强型,7,N沟道耗尽型,予埋了导电沟道,8,P沟道增强型,9,P沟道耗尽型,予埋了导电沟道,10,2工作原理,JFET是利用PN结反向电压对耗尽层厚度的控制，来改变导电沟道的宽窄，从而控制漏极电流的大小。而MOSFET则是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。,11,2工作原理,（以N沟道增强型为例）,VGS=0时,对应截止区,12,VGS0时,感应出电子,VT称为开启电压,13,VGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，VGS越大此电阻越小。,14,当VDS不太大时，导电沟道在两个N区间是均匀的。,当VDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。,15,VDS增加，VGD=VT时，靠近D端的沟道被夹断，称为予夹断。,16,3特性曲线（增强型N沟道MOS管）,17,输出特性曲线,3特性曲线（增强型N沟道MOS管）,18,转移特性曲线,3特性曲线（增强型N沟道MOS管）,在恒流区（线性放大区，即VGSVT时有：,ID0是vGS=2VT时的iD值。,19,4参数,P210表5.1.1列出了MOSFET的主要参数。,20,5.1.2N沟道耗尽型MOSFET,耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。,转移特性曲线,21,输出特性曲线,UGS=0,UGS0,22,5.2MOSFET放大电路,直流偏置电路,静态工作点,FET小信号模型,动态指标分析,三种基本放大电路的性能比较,5.2.1FET的直流偏置及静态分析,5.2.2FET放大电路的小信号模型分析法,23,1.直流偏置电路,5.2.1FET的直流偏置电路及静态分析,（1）自偏压电路,（2）分压式自偏压电路,vGS,vGS,vGS,vGS,vGS,VGS=,-IDR,24,Q点：,VGS、,ID、,VDS,vGS=,VDS=,已知VP，由,VDD,-ID(Rd+R),-iDR,可解出Q点的VGS、ID、VDS,25,5.2.2FET放大电路的小信号模型分析法,1.FET小信号模型,（1）低频模型,26,（2）高频模型,27,2.动态指标分析,（1）共源电路及其小信号模型,28,2.动态指标分析,中频小信号模型：,29,2.动态指标分析,（2）中频电压增益,（3）输入电阻,（4）输出电阻,忽略rD,由输入输出回路得,则,通常,则,30,例5.2.2共漏极放大电路如图示。试求中频电压增益、输入电阻和输出电阻。,（2）中频电压增益,（3）输入电阻,得,解：,（1）中频小信号模型,由,例题,31,（4）输出电阻,所以,由图有,例题,32,3.三种基本放大电路的性能比较,组态对应关系：,CE,BJT,FET,CS,CC,CD,CB,CG,BJT,FET,CE：,CC：,CB：,CS：,CD：,CG：,33,3.三种基本放大电路的性能比较,CE：,CC：,CB：,CS：,CD：,CG：,CE：,CC：,CB：,CS：,CD：,CG：,34,5.3结型场效应管,结构,工作原理,输出特性,转移特性,主要参数,5.3.1JFET的结构和工作原理,5.3.2JFET的特性曲线及参数,35,源极，用S或s表示,N型导电沟道,漏极，用D或d表示,5.3.1JFET的结构和工作原理,1.结构,?符号中的箭头方向表示什么？,36,2.工作原理,VGS对沟道的控制作用,当VGS0时,（以N沟道JFET为例）,当沟道夹断时，对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP（或VGS(off)）。,对于N沟道的JFET，VP0。,PN结反偏,耗尽层加厚,沟道变窄。,VGS继续减小，沟道继续变窄,37,2.工作原理,VDS对沟道的控制作用,当VGS=0时，,VDS,ID,G、D间PN结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。,当VDS增加到使VGD=VP时，在紧靠漏极处出现预夹断。,此时VDS,夹断区延长,沟道电阻,ID基本不变,38,2.工作原理,VGS和VDS同时作用时,当VPVGS|VP|时的漏极电流。IDSS是JFET所能输出的最大电流。,反映了vDS对iD的影响。,互导反映了栅源电压对漏极电流的控制能力。,43,直流输入电阻RGS：,在漏源之间短路的条件下，栅源之间加一定电压时的栅源直流电阻就是直流输入电阻RGS。,最大漏极功耗PDM,最大漏源电压V(BR)DS,最大栅源电压V(BR)GS,发生雪崩击穿、iD开始急剧上升时的vDS值。,指输入PN结反向电流开始急剧增加时的vGS值。,JFET的耗散功率等于vDS与iD的乘积。PDM受管子最高工作温度的限制。,44,结型场效应管的缺点：,1.栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在某些场合仍嫌不够高。,3.栅源极间的PN结加正向电压时，将