lecture04场效应晶体管及晶闸管.ppt

,1场效应管的特点及分类2结型场效应晶体管JFET3绝缘栅型场效应管4场效应管的主要参数5晶闸管,lecture_04场效应晶体管及晶闸管,内容提纲,重点难点,场效应管的工作原理场效应管的特点晶闸管的工作原理,作业：1.14，1.15,cha.1-4,Next:cha.2-1,cha.2-2,1场效应管的特点及分类FieldeffecttransistorFET,压控器件：利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流。,单极型器件：仅由一种载流子（多子）导电，不易受温度和辐射的影响。,场效应管的特点,场效应管的分类：,场效应管FET,结型（JFET),绝缘栅型（IGFET)（MOS),N沟道,P沟道,耗尽型depletion,增强型enhancement,N沟道,N沟道,P沟道,P沟道,均为耗尽型,2结型场效应晶体管JFET,N沟道,P沟道,一、结构和符号,gate,drain,source,二、工作原理（以N沟道为例）,P,P,ID,UDS=0V时,PN结反偏，UGS=0导电沟道较宽。,UGS越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。,但当UGS较小时，耗尽区宽度有限，存在导电沟道。DS间相当于线性电阻。,N,UGS达到一定值时（夹断电压UP）,耗尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即使UDS0V，漏极电流ID=0A。,改变UGS的大小，可以有效地控制沟道电阻的大小，若加上UDS则ID将会受到UGS的控制。,N沟道结型场效应管UP为负值。,VDD,UGS0、UGDUP时耗尽区的形状,G,N,S,D,VGG,越靠近漏端，PN结反压越大,UDS较小时，ID随UDS的增大几乎成正比地增大。,G,VGG,增大VGG,使UGD=UGS-UDS=UP时,D,漏端的沟道被夹断，称为予夹断。,再增大UDS，夹断长度会略有增加，但夹断处场强很大，仍能将电子拉过夹断区，形成漏极电流。在从源极到夹断处的沟道上，沟道内电场基本上不随UDS改变而变化。ID基本不随UDS增加而上升，漏极电流趋于饱和IDSS。,N,继续增大VGG,则两边耗尽层的接触部分逐渐增大。UGSUP时，耗尽层全部合拢，导电沟道完全夹断，ID0，称为夹断。,结论：,JFET栅极、沟道（与源极相连）之间的PN结是反偏的，因此，IG=0，输入电阻很高。,JFET是电压控制器件，ID受UGS控制。由于每个管子的UP为一定值，预夹断点会随UGS改变而改变。,预夹断前，ID与UDS呈近似线性关系；预夹断后，ID趋于饱和。,三、JFET的特性曲线,outputcharacteristics,transfer,四、主要参数,Pinchoffvoltage,五、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。,2.在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。,3.栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。,绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。,3绝缘栅型场效应管IGFET、MOS,增强型N沟道示意图,耗尽型N沟道示意图,增强型P沟道示意图,耗尽型P沟道示意图,4场效应管的主要参数(1)开启电压UGS(th)(UT):当UDS为常数时，形成ID所需的最小|UGS|值，称开启电压。(2)夹断电压UGS(off):在UDS固定时，使ID为某一微小电流(如1A、10A)所需的UGS值。(3)低频跨导gm:UDS为定值时，漏极电流ID的变化量ID与引起这个变化的栅源电压UGS的变化量UGS的比值，即,(4)漏源击穿电压U（BR）GS:管子发生击穿，ID急剧上升时的UDS值；UDSU（BR)GS。(5)最大耗散功率PDM:PD=IDUDSPDM。不能超过PDM，否则要烧坏管子。(6)最大漏极电流IDM：管子工作时，ID不允许超过这个值。,(1)场效应管是电压控制器件（多子），而三极管是电流控制器件（多子和少子），但都可获得较大电压放大倍数。(2)场效应管温度稳定性好，三极管受温度影响较大。(3)场效应管制造工艺简单，便于集成化，适合制造大规模集成电路。(4)场效应管存放时，各个电极要短接在一起，防止外界静电感应电压过高时击穿绝缘层使其损坏。焊接时电烙铁应有良好的接地线，防止感应电压对管子的损坏。,场效应管与三极管的比较,5晶闸管Thyristor别名：可控硅SiliconControlledRectifier,一、晶闸管的基本结构晶闸管是在晶体管的基础上发展起来的一种大功率半导体器件，由四层半导体1、制成，形成三个结、，如图1.5.1()所示。由最外的层引出的电极为阳极，最外的层引出的电极为阴极，由中间的层引出的电极为控制极，然后用外壳封装起来，图1.5.1(c)为示意图。图1.5.1(d)是晶闸管的表示符号。普通型晶闸管有螺栓式和平板式。图1.5.2()是螺栓式晶闸管，图中带有螺栓的是阳极引出端，同时可以利用它固定散热片，另一端较粗的一根是阴极引出线，另一根较细的是控制极引出线。,图1.5.1晶闸管的结构、等效电路和符号,图1.5.2晶闸管的外形,二、晶闸管的工作原理为了说明晶闸管的工作原理，把晶闸管看成由一个型的晶体管1和一个PNP型晶体管2两个晶体管联接而成，阴极K相当于1的发射极，阳极A相当于2的发射极，中间的P2层和N1层为两管共用，第一个晶体管的基极与另一个晶体管的集电极相联接，如图1.5.3所示。(1)控制极不加电压（开路），当阳极A和阴极K之间加正向电压（A为高电位，K为低电位）时，由图1.5.3可知，PN结J1和J3处于正向偏置，J2处于反向偏置，且IG=0，故V1不能导通，晶闸管处于截止状态（称阻断状态）；,图1.5.3晶闸管等效为晶体管示意图,当阳极A和阴极K之间加反向电压时，则J2处于正向偏置，而J1和J3处于反向偏置，V1仍不能导通，故晶闸管还是处于阻断状态。(2)当控制极G和阴极K之间加正向电压（G为高电位，K为低电位），阳极和阴极之间加正向电压，如图1.5.4所示，当控制极电流IG达到一定数值时，晶闸管导通。综上所述，晶闸管导通条件是：阳极和阴极之间加正向电压，控制极和阴极之间加正向电压，阳极电流大于擎住电流。满足这三个条件晶闸管才能导通，否则，呈阻断状态。所以晶闸管是一个可控的导电开关。,图1.5.4晶闸管工作原理图,满足这三个条件晶闸管才能导通，否则，呈阻断状态。所以晶闸管是一个可控的导电开关。它与二极管相比，不同之处是其正向导通受控制极电流控制；与三极管相比，不同之处是晶闸管对控制极电流没有放大作用。晶闸管如何从导通变为阻断？1）阳极电流IA减小到擎住电流IH