MOS管(新)ppt课件

.,第五章场效应管放大电路,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。,.,5.1金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管,金属氧化物场效应管MOSFET(MetalOxideSemiconductorFET)又称绝缘栅型场效应管，它是一种利用半导体表面电场效应，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，其电阻大于109。,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iD。,.,1.结构和符号,N沟道增强型MOSFET结构左右对称，是在一块浓度较低的P型硅上生成一层SiO2薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的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,5.1.1N沟道增强型MOSFET,.,2.工作原理,VGS=0时，无导电沟道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。,（1）栅源电压VGS的控制作用,.,（b）0VGSVT（VT称为开启电压)在Sio2介质中产生一个垂直于导体表面的电场，排斥P区多子空穴而吸引少子电子。但由于电场强度有限，吸引到绝缘层的少子电子数量有限，不足以形成沟道，将漏极和源极沟通，所以不可能以形成漏极电流ID。,0VGSVT，ID=0,.,(c)VGSVT时此时的栅极电压已经比较强，栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，将漏极和源极沟通，形成N沟道。如果此时VDS0，就可以形成漏极电流ID。在栅极下方导电沟道中的电子，因与P型区的载流子空穴极性相反，故称为反型层。随着VGS的继续增加，反型层变厚，ID增加。这种在VGS=0时没有导电沟道，依靠栅源电压的作用而形成感生沟道的FET称为增强型FET,VGS0g吸引电子反型层导电沟道VGS反型层变厚VDSID,.,（2）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，VGD=VGSVDSVDS为0或较小时，VGD=VGSVDSVT，沟道分布如图，此时VDS基本均匀降落在沟道中，沟道呈斜线分布。这时，ID随VDS增大。,VDSID,.,（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，这相当于VDS增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况，称为预夹断。,（2）漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用,.,（2）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,.,3.输出特性曲线,(1)截止区（夹断区）VGS|VP|时的漏极电流。（耗尽）,4、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。,一、直流参数,.,场效应管的主要参数,二、交流参数,1、输出电阻,不考虑沟道调制效应时为0考虑时为,.,1、最大漏极电流IDM,2、最大漏极耗散功率PDM,3、最大漏源电压V(BR)DS最大栅源电压V(BR)GS,由V-I特性估算,因为,则,三、极限参数,.,场效应三极管的型号,场效应三极管的型号,现行有两种命名方法。其一是与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3DO6C是绝缘栅型N沟道场效应三极管。,第二种命名方法是CS#，CS代表场效应管，以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS14A、CS45G等。,.,几种常用的场效应三极管的主要参数见表,.,5.2MOSFET放大电路,5.2.1MOSFET放大电路,1.直流偏置及静态工作点的计算,2.图解分析,3.小信号模型分析,.,5.2.1简单共源极放大电路的直流分析,步骤直流通路,VG,VS,5.2MOSFET放大电路,1假设MOS管工作于饱和区，则有VGSQVT，IDQ0，VDSQVGSQ-VT,2利用饱和区的V-I曲线分析电路：,3如果出现VGS107，所以IG=0,(a)VGS=0，VDS=0，ID=0,结型场效应管没有绝缘层，只能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，否则将会出现栅流。,N沟道结型场效应管工作原理：,.,(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。,.,（2）VDS对iD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：,.,输出特性曲线,恒流区：(又称饱和区或放大区）,特点:(1)受控性：输入电压vGS控制输出电流,(2)恒流性：输出电流iD基本上不受输出电压vDS的影响。,用途:可做放大器和恒流源。条件:(1)源端沟道未夹断(2)源端沟道予夹断,.,可变电阻区,特点:(1)当vGS为定值时,iD是vDS的线性函数，管子的漏源间呈现为线性电阻，且其阻值受vGS控制。,（2）管压降vDS很小。,用途：做压控线性电阻和无触点的、闭合状态的电子开关。,条件：源端与漏端沟道都不夹断,.,夹断区,用途：做无触点的、接通状态的电子开关。,条件：整个沟道都夹断,特点：,.,转移特性曲线,输入电压VGS对输出漏极电流ID的控制,.,5.3.3JFET放大电路的小信号模型分析法,1.JFET小信号模型,（1）低频模型,.,（2）高频模型,.,5.3.3应用小信号模型法分析JFET放大电路,1.直流偏置