结型场效应管..ppt

3.2结型场效应晶体管、3.3场效应晶体管的应用原理、3.1MOS场效应晶体管、第3章场效应晶体管、概述、场效应晶体管是另一种具有正向控制作用的半导体器件。 其体积小，工艺简单，器件特性可控，是目前制造大规模集成电路的主要有源器件。 场效应晶体管和晶体管的主要区别在于：场效应晶体管的输入电阻远大于晶体管的输入电阻。 场效应晶体管是单极型器件(晶体管是双极型器件)。 另外，场效应晶体管的分类：3.1MOS场效应晶体管、n沟道MOS晶体管的工作原理与p沟道MOS晶体管类似，但不同之处仅在于形成电流的载流子的性质不同，施加给各极的电压的极性相反。 3.1.1扩展MOS场效应晶体管、n沟道EMOSFET结构图、n沟道EMOS管外部操作条件和VDS0(栅漏PN结反向偏置保证)。 与u接线电路的最低电位或s极连接(保证源极基板PN结的反偏压)。 另外，假设VGS0(导电沟道形成)、n沟道EMOS管的工作原理、n沟道EMOSFET沟道形成原理、VDS=0，研究VGS作用，VGS越大，在逆型层中n越多，导电能力越强。 此外，假设基于VDS的声道控制(vgs(th )恒定)，VDS小VGDVGS。 此时w几乎不变，即Ron不变。 图VGD=VGS-VDS，因此VDSID为线性。 另外，在VDS中VGD接近漏极的通道Ron变大。 此时RonID变慢。 另外，若VDS增加至VGD=VGS(th )，则在A点出现预钳，若VDS继续A点左移夹断区域出现，则vas=vagin=-vgs(th)vgs (一定)，若忽略沟道长度调制效果，则l不变化(即Ron不变化) 因此，预夹断开后： VDSID基本不变。 另外，考虑到沟道长度调制效应，VDS沟道长度l沟道电阻器Ron为微小数目。 的双曲馀弦值。 另外，从上述分析可知，ID随VDS变化的关系曲线：曲线形状与晶体管的输出特性类似。 因为MOS管只用一种载体(多子)通电，所以被称为单极型器件。 另外，晶体管的多子、少子同时参与导电，因此被称为双极器件。 利用半导体表面的场效应，通过改变栅极-源极电压VGS来改变感应电荷的量，改变感应沟道的宽度，并且控制漏极电流ID。 MOSFET的工作原理：MOS管的栅极电流为零，因此不讨论输入特性曲线。 公共源极配置特性曲线：电压-电流特性、传输特性和输出特性可以反映与场效应晶体管相同的物理过程，并且它们之间可以相互转换。 NEMOS管道输出特性曲线、非饱和区域、特征：ID由VGS和VDS同时控制。 在VGS为常数的情况下，VDS id接近线性，表现为电阻特性，在VDS为常数的情况下，vgsid表示电压控制电阻的特性。 在断开信道剪辑之前的相应工作区。 因此，非饱和区域也称为可变电阻区域。 数学模型：此时MOS管为电阻值由VGS控制的线性电阻器，VDS小的MOS管在非饱和区域中操作的ID与VDS之间存在线性关系，其中w、l是沟道的宽度和长度。 另外，COX(=/OX )是每单位面积的栅极电容。 注意：非饱和区域相当于晶体管的饱和区域。 饱和区、特征：ID只是由VGS控制，与VDS无关，显示出晶体管这样的前向控制作用。 信道剪辑断开后的相应工作区。 另外，考虑到沟道长度调制效应，输出特性曲线随着VDS的增加而稍有翘曲。 注意，饱和区(也称为有源区)对应于晶体管的放大区。 另外，数学模型：考虑到信道长度调制效应，ID的校正方程式：在饱和区工作的MOS管的前向控制作用，平方律关系式：其中，称为信道长度调制系数，其值与l有关。 通常=(0.0050.03)V-1、截止区域、特征：MOS管三个电极相当于截止.沟道未形成时工作区域、条件：VGS0、p沟道： VDS|VGS(th)|、|VDS|VGS-VGS(th)|、|VGS|VGS(th)|、饱和区域(放大区域)工作条件、|VDS|VGS(th)|、非饱和区域(可变电阻区域)数学模型、FET直流简化电路模型(模型) 晶体管的发射极接合以正偏压导通，与VBE(on )等价。FET的输出端等效于电压控制电流源，满足平方程式：晶体管的输出端等效于电流控制电流源，满足IC=IB。 3.1.4小信号电路模型，MOS管简化小信号电路模型(与晶体管对比)，rds是场效应晶体管输出电阻：因为场效应晶体管ig0，所以输入电阻rgs。 由于晶体管的发射极结是正偏置，所以输入电阻rbe小。 类似于晶体管的输出电阻公式。 另外，MOS管的跨导、利用、晶体管的跨导、通常MOS管的跨导比晶体管的跨导小一位以上，即MOS管的放大能力比晶体管弱。 此外，计算及基板效应的MOS管需要简化电路模型，考虑基于基板电压vus的漏极电流id的控制作用，向小信号等效电路追加电压控制电流源gmuvus。 gmu被称为背栅跨导，在工序上常数为，一般=0.10.2，MOS管高频小信号电路模型，在高频应用、需求计及管极间电容的影响下，应采用以下高频等效电路模型。 场效应晶体管电路的分析方法与晶体管电路的分析方法相似，采用可用估计法分析电路直流工作点的小信号等效电路法分析电路的动态指标。 3.1.5MOS管电路的分析方法、场效应晶体管估计法的分析构想与晶体管相同，由于两个管的工作原理不同，外部工作条件明显不同。 因此，当使用估计方法来分析场效应晶体管电路时，必须注意其特征。 另外，估计方法、MOS管理截止模式判定方法、MOS管理器在放大模式：放大模式、非饱和模式(需要重新计算q点)、非饱和(放大)模式判定方法、a )从直流路径写出管外电路VGS和ID的关系式。 c )联合解上述方程，选出合理解集。d )判定电路动作模式：|VDS|VGS-VGS(th)|、如果|VDS|VGS-VGS(th )、假设成立。 小信号等效电路法、场效应晶体管小信号等效电路分法与晶体管相似。 利用微变等效电路分析交流指标。 绘制交流路径，用较小的信号回路模型替换FET，计算微变参数gm、rds。 注：具体分析将在第四章详细介绍。 3.2结型场效应晶体管、JFET结构图和电路符号、n沟道JFET管的外部动作条件、VDS0(栅极漏极PN结反向偏置保证)、VGS0(栅极源极PN结反向偏置保证)、3.2.1JFET管的动作原理、VGS对沟道宽度的影响、VDS=0、 VDS较小时VGDVGS、图VGD=VGS-VDS，因此VDSID为线性，vdsvgd接近漏极的信道Ron变大。 另外，此时RonID较慢，基于VDS的通道控制(假设VGS恒定)此时w几乎不变化，即Ron不变化，VDS增加至VGD=VGS(off )时A点出现预夹断开， 在VDS继续A点向下移动出现夹断区域时，如果忽略vas=vagin=-vgs(off)vgs (一定)，则近似为l不变化(即Ron不变化)。 因此，预夹断开后： VDSID基本不变。 另外，利用半导体器件中的场效应，通过改变栅极-源极电压VGS来改变势垒层的宽度，改变导电沟道的宽度，并且控制漏极电流ID。 此外，JFET的工作原理：如上所述，JFET与MOSFET的工作原理类似，利用场效应来控制电流，只是导电沟道形成的原理不同。 另外，NJFET的输出特性、非饱和区域(可变电阻区域)、特征点：ID由VGS和VDS同时控制。 3.2.2伏特图、线性电阻：饱和区域(放大区域)、特征： ID仅由VGS控制，接近VDS。 数学模型：饱和区域中JFET的ID和VGS也满足平方律关系，但由于JFET和MOS管的结构不同，方程式不同。 截断区域、特征：通道