《场效应晶体管》PPT课件

1.4场效应晶体管,场效应管是一种利用电场效应来控制电流的一种半导体器件，是仅由一种载流子参与导电的半导体器件。从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。,1.4.1结型场效应管(JunctionFieldEffectTransistor),1.结型场效应管,箭头方向表示栅结正偏或正偏时栅极电流方向。,N沟道结型场效应管的结构动画,D(Drain):漏极，相当cG(Gate):栅极，相当bS(Source):源极，相当e,2.工作原理,（1）VGS对导电沟道的影响：,VP(VGS(OFF)：夹断电压,(a)VGS=0，VDS=0，ID=0,结型场效应管通常工作在反偏的条件下。N沟道结型场效应管只能工作在负栅压区，P沟道的只能工作在正栅压区。,N沟道结型场效应管工作原理：,工作原理,(c)|VGS|=VP，导电沟道被全夹断,VGS控制导电沟道的宽窄，即控制ID的大小。,VP(VGS(OFF)：夹断电压,工作原理,（2）VDS对导电沟道的影响：,VDS0,但|VGS-VDS|VP|时的漏极电流,当|vGS-vDS|vP|后，管子工作在恒流区，vDS对iD的影响很小。实验证明，当|vGS-vDS|VP|时，iD可近似表示为：,特性,特性2,1.4.2绝缘栅型场效应管(InsulatedGateFieldEffectTransistor),绝缘栅型场效应管IGFET又称金属氧化物场效应管MOSFET(MetalOxideSemiconductorFET)是一种利用半导体表面的电场效应，由感应电荷的多少改变导电沟道来控制漏极电流的器件，它的栅极与半导体之间是绝缘的，其电阻可达1015。,增强型：VGS=0时，漏源之间没有导电沟道，在VDS作用下无iD。,耗尽型：VGS=0时，漏源之间有导电沟道，在VDS作用下有iD。,1.N沟道增强型MOSFET,浓度较低的P型硅SiO2薄膜绝缘层两个高掺杂的N型区从N型区引出电极作为D和S在绝缘层上镀一层金属铝并引出一个电极作为G,D(Drain):漏极，相当cG(Gate):栅极，相当bS(Source):源极，相当eB(Substrate):衬底,结构动画,(1)结构和符号,(2)工作原理（以N沟道增强型为例）,(a)VGS=0时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压，不管VDS极性如何，其中总有一个PN结反向，所以不存在导电沟道。VGS=0，ID=0VGS必须大于0管子才能工作。,栅源电压VGS的控制作用,栅源电压VGS的控制作用动画,栅源电压VGS的控制作用,（b）当栅极加有电压时，若0VGSVT（VT称为开启电压),0VGSVT，ID=0,栅源电压VGS的控制作用动画,栅源电压VGS的控制作用,(c)进一步增加VGS，当VGSVT时，,VGS0g吸引电子反型层导电沟道VGS反型层变厚VDSID,栅源电压VGS的控制作用动画,漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用,（a）如果VGSVT且固定为某一值，,沟道变化；VDSID,漏源电压VDS对漏极电流ID的影响,漏源电压VDS对沟道的影响动画,漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用,（b）当VDS增加到使VGD=VT时，沟道如图所示，靠近漏极的沟道被夹断，称为预夹断。,漏源电压VDS对沟道的影响动画,漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用,VDSID不变,（c）当VDS增加到VGDVT时，沟道如图所示。此时预夹断区域加长，向S极延伸。VDS增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，ID基本趋于不变,漏源电压VDS对沟道的影响动画,(3)特性曲线（以N沟道增强型为例）,转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压VGS对漏极电流ID的控制作用。gm的量纲为mA/V，称为跨导。gm=ID/VGSVDS=const,输出特性曲线,(1)截止区（夹断区）VGS|VP|时的漏极电流。（耗尽）,(4)直流输入电阻Rgs：在VDS=0时，栅源间直流电压与栅极直流电流的比值,2.交流参数,(2)输出电阻rds：表示VDS对iD的影响,它是输出特性曲线上工作点处斜率的倒数。,(3)极间电容：漏源电容CDS约为0.11pF，栅源电容CGS和栅漏极电容CGD约为13pF。,3.极限参数,(1)最大漏极电流IDM,(3)漏源击穿电压V(BR)DS栅源击穿电压V(BR)GS,(2)最大漏极耗散功率PDM,1.4.4场效应管与双极型三极管的比较及使用注意事项,2.5场效应管放大电路,场效应管的小信号模型共源极放大电路共漏极放大电路共栅组态基本放大电路,2.5.1场效应管的小信号模型,一般rds很大，可忽略，得简化小信号模型:,2.5.2共源极放大电路,以NMOS增强型场效应管为例,三极管与场效应管三种组态对照表：,1电路组成,比较共源和共射放大电路，它们只是在偏置电路和受控源的类型上有所不同。只要将微变等效电路画出，就是一个解电路的问题了。,图中Rg1、Rg2是栅极偏置电阻，Rs是源极电阻，Rd是漏极负载电阻。与共射基本放大电路的Rb1、Rb2，Re和Rc分别一一对应。,2静态工作点的确定（估算法）,直流通路,静态工作点(估算法）：VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2)VGS=VGVS=VGIDRID=IDSS1(VGS/VP)2VDS=VDDID(Rd+R)解出VGS、ID和VDS。,3动态参数分析,微变等效电路,2.5.3共漏极放大电路,直流分析VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2)VGS=VGVS=VGIDRID=IDSS1(VGS/VP)2VDS=VDDIDR由此可以解出VGS、ID和VDS。,与三极管共集电极电路对应,直流通路：,Rg的作用？,交流分析,输出电阻,2.5.4共栅极放大电路,RoRd,例题1共源,已知：gm=0.3mA/VIDSS=3mAVP=-2V,解：静态分析：VGS=