MOS管知识ppt课件

第三章场效应管及其放大电路,内容：1.介绍场效应管的结构、工作原理、伏安特性及主要参数。2.介绍基本放大电路。教学基本要求：1.了解场效应管的基本结构，熟练掌握场效应管的伏安特性及主要参数。2.理解放大电路的工作原理，熟练掌握放大电路的分析方法。,3.1绝缘栅型场效应管,3.2场效应管放大电路,第三章场效应管及其放大电路,一.场效应管的分类,场效应管(FET),增强型,绝缘栅型(MOSFET),结型(JFET),耗尽型,概述,场效应管是一种利用电场效应来控制电流大小的半导体器件。,MOSFET与JFET的主要区别JFET：利用外加电场来控制半导体内的电场效应。通过改变PN结耗尽层的宽度，改变导电沟道的宽窄来控制输出电流。MOSFET：利用外加电场来控制半导体表面的电场效应。通过改变感生沟道的宽窄来控制输出电流。,耗尽型与增强型的主要区别耗尽型：场效应管没有外加栅极电压时，已存在导电沟道。增强型：场效应管在外加栅极电压超过一定时，才有导电沟道。,1.基本结构图3.1是N沟道增强型绝缘栅场效应管的结构示意图。,图3.1N沟道增强型绝缘栅场效应管(a)基本结构(b)表示符号,一.N沟道增强型绝缘场效应管,3.1绝缘栅型场效应管,利用栅源电压uGS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iD的大小。分析：主要讨论uGS对iD的控制作用。(1)当uGS=0时(见图3.2a),不论所加电压uDS的极性如何，其中总有一个PN结是反向偏置的，反向电阻很高，则漏极电流iD0。(2)当栅源极之间加正向电压uGS(见图3.2b)，,在uGS的作用下，产生了垂直于衬底表面的电场，P型硅中少数载流子(自由电子)被吸到表面层填补空穴形成负离子的耗尽层。,2.工作原理,(3)当栅极与源极之间加正向电压uGSUT时(见图3.2c)，被吸到表面层中的自由电子较多，填补空穴后还有剩余，在表面层中形成一个N型层，通常称为反型层；它就是沟通源区和漏区的N型导电沟道。形成导电沟道后，在漏极电源uDS的作用下，将产生漏极电流iD，MOS管即导通。场效应管是利用场效应原理工作的。,(4)形成反型层的导电沟道后，uGS正值愈高，导电沟道愈宽，即改变uGS改变沟道宽度改变iDuGS沟道宽度iD综述：当0uGSUT时，漏、源极间沟道尚未联通，iD0；当uGSUT时，随uGS变化iD随之变化。达到uGS对iD的控制，故称MOS管为电压控制元件。,3.特性曲线,(1)转移特性表述：当漏源电压uDS为某一固定值时，栅源电压uGS和漏极电流iD之间的关系曲线，称为转移特性。也就是栅源电压uGS对漏极电流iD的控制特性。表达式：,输出特性曲线见图3.3(b),(2)输出特性,表述：当栅源电压uGS一定的情况下，漏极电流iD与漏源电压uDS之间的关系曲线，称为输出特性。表达式：,区,(1)开启电压UT表述：在一定的漏源电压UDS作用下，使管子由截止变为导通的临界栅源电压uGS，称为开启电压UT。表达式：,(2)互导gm表述：在漏源电压uDS为某一常数时，漏极电流的微变量iD和引起这一变化的栅源电压uGS之比值，称为互导gm。表达式：,(a)转移特性,4.主要参数,(3)饱和漏极电流IDSS表述：在一定的漏源电压uDS(通常为10V)作用下，当uGS=0时的漏极电流，称为饱和漏极电流IDSS。表达式：,(4)直流输入电阻RGS表述：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，即为直流输入电阻RGS。,1.基本结构图3.5是N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的结构示意图。制造时在二氧化硅绝缘层中渗入大量的正离子，在它的作用下，即使uGS=0时，在两个N型区之间形成原始N型导电沟道。,图3.5N沟道耗尽型绝缘栅场效应管(a)结构示意图(b)表示符号,二.N沟道耗尽型绝缘场效应管,2.工作原理1)在uDS为常数的条件下，当uGS=0时，漏源极间已导通，iD0；2)在uDS为常数，uGS0时，沟道变宽，iD；3)在uDS为常数，uGS0时，沟道变窄，iD；4)当uGS达到一定负值时，沟道被夹断，iD0；MOS管截止，UGS值称为夹断电压。,3.特性曲线如图3.6所示,图3.6N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的转移特性和输出特性,(1)输入端:由于场效应管是利用场效应原理工作的，不向信号源取用电流，故输入端呈开路状态。(2)输出端:由伏安特性可知,场效应管的微变等效电路见图3.4,三.场效应管的微变等效电路,输出特性,图3.4FET的微变等效电路及高频模型,(a)低频模型,(c)高频模型,(b)低频模型,3.2场效应管放大电路,一.放大电路的组成组成：以N沟道增强型绝缘栅场效应管组成的分压式偏压电路为例，电路如图3.8所示。,图3.8分压式场效应管放大电路,二.静态分析,图3.9直流通路,根据图3.8有图3.9所示的直流通路,由图3.9得其分压式场效应管放大电路的交流通路和微变等效电路，如图3.10和图3.11,图3.9分压式场效应管放大电路,图3.11放