模电场效应光ppt课件

1、1.4 场效应管场效应管 图1-1 结型场效应管的构造表示图和符号 一一. 构造构造 1.4.1 结型场效应管结型场效应管 + N沟道JFET，是在一根N型半导体棒两侧经过高浓度分散制造两个重掺杂P+型区，构成两个PN结，将两个P+区接在一同引出一个电极，称为栅极(Gate)，在两个PN结之间的N型半导体构成导电沟道。在N型半导体的两端各制造为源极(Source)，接纳端称为漏极(Drain)。在JFET中，源极和漏极是可以互换的。假设在栅极和源极之间加上负的电压UGS，而在漏极和源极之间加上正的电压UDS，那么，在UDS作用下，电子将源源不断地由源极向漏极运动，构成漏极电流ID。由于栅源电压

2、UGS为负，PN结反偏，在栅源间仅存在微弱的反向饱和电流，所以栅极电流IG0，源极电流IS=ID。这就是结型场效应管输入阻抗很大的缘由。 二二. 任务原理任务原理 (a) UGS =0，沟道最宽，沟道最宽，ID最大最大1. UGS对导电沟道的影响对导电沟道的影响 图图1-2 UGS 对导电沟道影响表示图对导电沟道影响表示图(b) UGS负压增大，沟道变窄，负压增大，沟道变窄， ID减小；减小；图图1-2 UGS 对导电沟道影响表示图对导电沟道影响表示图(c) UGS负压进一步增大，沟道夹断，负压进一步增大，沟道夹断， ID =0图图1-2 UGS 对导电沟道影响表示图对导电沟道影响表示图UGS

3、=夹断电压夹断电压UP 为了使输入阻抗大为了使输入阻抗大(不允许出不允许出现栅流现栅流iG)，也为了使栅源电压对，也为了使栅源电压对沟道宽度及漏极电流有效地进展沟道宽度及漏极电流有效地进展控制，控制，PN结一定要反偏，所以在结一定要反偏，所以在N沟道沟道JFET中，中，uGS必需为负值。必需为负值。2. UGS =0时时UDS对导电沟道的影响对导电沟道的影响 图图 1-3 UDS对导电沟道和对导电沟道和ID的影响的影响 1. 转移特性曲线转移特性曲线 ()DSDGSUif u常数iD / mA654321uGS / VUDS 4VUP 4 V01234IDSS图图1- 4 N沟道结型场效应管的

4、转移特性曲线沟道结型场效应管的转移特性曲线 21GSDDSSPuiIU三三. 特性曲线特性曲线2. 输出特性曲线输出特性曲线 常数GSUDSDUfI)(图图1-5 N沟道结型场效应管的输出特性沟道结型场效应管的输出特性 根据任务情况根据任务情况, 输出特性可划分为输出特性可划分为4个区域个区域, 即即: 可变电阻区、可变电阻区、 恒流区、击穿区和截恒流区、击穿区和截止区。止区。 1. 可变电阻区 当uDS很小，|uDS-uGS|UP|时，即预夹断前(如下图)，uDS的变化直接影响整个沟道的电场强度，从而影响iD的大小。所以在此区域，随着uDS的增大， iD增大很快。 与双极型晶体管不同，在JF

5、ET中，栅源电压uGS对iD上升的斜率影响较大，随着|uGS|增大，曲线斜率变小，阐明JFET的输出电阻变大。如图1-5所示 。2.恒流区 恒流区相当于双极型晶体管的放大区。其主要特征为： (1)当UPUGS|UP| 时，沟道在漏极附近被部分夹断(称为预夹断)，如下图。以后， uDS再增大，电压主要降到部分夹断区，而对整个沟道的导电才干影响不大。所以uDS的变化对iD影响很小。3. 截止区 当|UGS|UP|时，沟道被全部夹断，iD=0，故此区为截止区。假设利用JFET作为开关，那么任务在截止区，即相当于开关翻开。 4.击穿区 随着uDS增大，接近漏区的PN结反偏电压uDG(=uDS-uGS)

6、也随之增大1.4.2 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管 一一. N沟道加强型沟道加强型MOS场效应管场效应管1. 构造构造 NNP 型衬底SGDSiO2铝B图 1-6 N沟道加强型MOS场效应管的构造表示图2. 任务原理任务原理 NNP 型衬底SGDUGSBUDSN 型沟道图 1-7 UGSUT时构成导电沟道 201()GSDDGSPPuiIuUUID0是uGS=2UT时的iD3. 特性曲线特性曲线 iD / mA10 A0UTuGS / VUGS UT0截止区iD / mA可变电阻区恒流区击穿区UDS UGS UT轨迹uDS / V(a) 转移特性(b) 输出特性图图1-8 N沟道加强型沟道加强

7、型MOS场效应管的特性曲线场效应管的特性曲线 二二. N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS场效应管场效应管 NNP型衬底SGD掺杂在绝缘层中的正离子N型沟道衬底引线图图 1-9 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管的构造表示图管的构造表示图OUPuGSIDSS(a) 转移特性IDSS01234510153 VuDS / V(b) 输出特性2 V1 V1 VUGS 0 ViDiD / mA20图图 1-10 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS场效应管的特性曲线场效应管的特性曲线 图图 3-11 MOS场效应管电路符号场效应管电路符号 表表3-1 各种场效应管的符号和特性曲线各种场效应管的符号和特性曲线 表表1-1续

8、表续表1.4.3 场效应管的主要参数场效应管的主要参数 一一. 直流参数直流参数 1. 饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS 耗尽型和结型耗尽型和结型 定义是当栅源之间的电压定义是当栅源之间的电压UGS等于零等于零, 而而漏、源之间的电压漏、源之间的电压UDS大于夹断电压大于夹断电压UP时对时对应的漏极电流。应的漏极电流。 2. 夹断电压夹断电压UP 耗尽型和结型耗尽型和结型 其定义为当其定义为当UDS一定时一定时,使使ID减小到某一个微小电流减小到某一个微小电流(如如50A)时所需时所需的的UGS值。值。 3. 开启电压开启电压UT (加强型加强型) UT是加强型场效应管的重要参数是加强型场效应

9、管的重要参数, 它的定义是当它的定义是当UDS一定时一定时, 漏极漏极电流电流ID到达某一数值到达某一数值(例如例如10A)时所需加的时所需加的UGS值。值。 4. 直流输入电阻RGS RGS是栅、源之间所加电压与产生的栅极电流之比。由于栅极几乎不索取电流, 因此输入电阻很高。 结型为106 以上, MOS管可达1010以上。二二. 交流参数交流参数1. 低频跨导低频跨导gm DSDmuGSigu常数 跨导跨导gm的单位是的单位是mA/V。它的值可由转移特性或输出特性求得。它的值可由转移特性或输出特性求得。 2(1)DDSSGSmGSPPiIuguUU 三三. 极限参数极限参数1. 漏极最大允

10、许耗散功率漏极最大允许耗散功率PDmPDm与与ID、UDS有如下关系有如下关系: DSDDmUIP 这部分功率将转化为热能, 使管子的温度升高。PDm决议于场效应管允许的最高温升。 2.漏、源间击穿电压漏、源间击穿电压UBRDS 在场效应管输出特性曲线上在场效应管输出特性曲线上, 当漏极电流当漏极电流ID急剧上升产生雪崩击穿时的急剧上升产生雪崩击穿时的UDS。任务时外加在漏、源之间的电压不得超越此值。任务时外加在漏、源之间的电压不得超越此值。3. 栅源间击穿电压栅源间击穿电压UBRGS 结型场效应管正常任务时结型场效应管正常任务时, 栅、源之间的栅、源之间的PN结处于反向偏置形状结处于反向偏置

11、形状, 假设假设UGS过高过高, PN结将被击穿。结将被击穿。 对于对于MOS场效应管场效应管, 由于栅极与沟道之间有一层很薄的二氧化硅绝缘由于栅极与沟道之间有一层很薄的二氧化硅绝缘层层, 当当UGS过高时过高时, 能够将能够将SiO2绝缘层击穿绝缘层击穿, 使栅极与衬底发生短路。这种使栅极与衬底发生短路。这种击穿不同于击穿不同于PN结击穿结击穿, 而和电容器击穿的情况类似而和电容器击穿的情况类似, 属于破坏性击穿属于破坏性击穿, 即栅、即栅、 源间发生击穿源间发生击穿, MOS管立刻被损坏。管立刻被损坏。1.4.4 场效应管的特点场效应管的特点 (1) 场效应管是一种电压控制器件, 即经过UGS来控制ID。 (2) 场效应管输入端几乎没有电流, 所以其直流输入电阻和交流输入电阻都非常高。 (3) 由于场效应管是利用多数载流子导电的, 因此, 与双极性三极管相比, 具有噪声小、受幅射的影响小、热稳定性较好而且存在零温度系数任务点等特性。 (4) 由于场效应管的构造对称, 有时漏极和源极可以互换运用, 而各项目的根本上不受影响, 因此运用时比较方便、 灵敏。 (5) 场效应管的制造工艺简单, 有利于