绝缘栅场效应管课件

1、2.5.1 绝缘栅场效应管2.5.2 结型场效应管2.5 场效应管及其基本放大电路2.5.3 场效应管的参数、特点及使用注意2.5.4 其它类型场效应管2.5.5 FET的偏置电路及静态分析2.5.6 FET放大电路的小信号模型分析法2.5.1 绝缘栅场效应管2.5.2 结型场效应管2.5引 言场效应管 FET (Field Effect Transistor)类型：结型 JFET (Junction Field Effect Transistor)绝缘栅型 IGFET(Insulated Gate FET)特点：1. 单极性器件(一种载流子导电)3. 工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低

2、2. 输入电阻高(107 1015 ，IGFET 可高达 1015 )引 言场效应管 FET (Field Effect Tr2.5.1 绝缘栅场效应管一、N沟道增强型 MOSFET (Mental Oxide Semi FET)1. 结构与符号P 型衬底(掺杂浓度低)N+N+用扩散的方法制作两个 N 区在硅片表面生一层薄 SiO2 绝缘层s d用金属铝引出源极 s 和漏极 dg在绝缘层上喷金属铝引出栅极 gB耗尽层s 源极 sourceg 栅极 gate d 漏极 drainsgdB2.5.1 绝缘栅场效应管一、N沟道增强型 MOSFET1.2. 工作原理1)uGS 对导电沟道的影响 (uD

3、S = 0)a. 当 UGS = 0 ，ds 间为两个背对背的 PN 结；b. 当 0 UGS UGS(th)ds 间的电位差使沟道呈楔形，uDS，靠近漏极端的沟道厚度变薄。预夹断(UGD = UGS(th)：漏极附近反型层消失。预夹断发生之前： uDS iD。预夹断发生之后：uDS iD 不变。MOS工作原理2) uDS 对 iD的影响(uGS UGS(th)3. 转移特性曲线2 4 64321uGS /ViD /mAUDS = 10 VUGS (th)当 uGS UGS(th) 时：uGS = 2UGS(th) 时的 iD 值4. 输出特性曲线可变电阻区uDS 0 此时 uGD = UGS

4、(off)； 沟道楔型耗尽层刚相碰时称预夹断。预夹断当 uDS ，预夹断点下移。3. 转移特性和输出特性UGS(off)当 UGS(off) uGS 0 时,uGSiDIDSSuDSiDuGS = 3 V 2 V 1 V0 V 3 VJFET工作原理OO2. 工作原理uGS 0，uDS 0 此时 uGDN 沟道增强型sgdBiDP 沟道增强型sgdBiD2 2 OuGS /ViD /mAUGS(th)O uDS /ViD /mA 2 V 4 V 6 V 8 VuGS = 8 V6 V4 V2 VsgdBiDN 沟道耗尽型iDsgdBP 沟道耗尽型UGS(off)IDSSuGS /ViD /mA

5、 5 O5O uDS /ViD /mA5 V2 V0 V2 VuGS = 2 V0 V 2 V 5 VN 沟道结型sgdiDsgdiDP 沟道结型uGS /ViD /mA5 5 OIDSSUGS(off)O uDS /ViD /mA5 V2 V0 VuGS = 0 V 2 V 5 V各种FET 符号、特性的比较N 沟道增强型sgdBiDP 沟道增强型sgdBiD2 2.5.3 场效应管的主要参数、特点及注意事项1. 开启电压 UGS(th)(增强型) 夹断电压 UGS(off)(耗尽型)指 uDS = 某值，使漏极电流 iD 为某一小电流时的 uGS 值。UGS(th)UGS(off)2. 饱

6、和漏极电流 IDSS耗尽型场效应管，当 uGS = 0 时所对应的漏极电流。3. 直流输入电阻 RGS指漏源间短路时，栅、源间加反向电压呈现的直流电阻。JFET：RGS 107 MOSFET：RGS = 109 1015IDSSuGS /ViD /mAO一、场效应管的主要参数2.5.3 场效应管的主要参数、特点及注意事项1. 开启电压4. 低频跨导 gm 反映了uGS 对 iD 的控制能力，单位 S(西门子)。常用毫西 (mS，mA/V)。uGS /ViD /mAQPDM = uDS iD，受管子最高工作温度限制。5. 最大漏极电流 IDM6. 最大漏极功耗 PDMO为管子工作时允许的最大漏极

7、电流。7. 漏源击穿电压 U（BR）DS ：漏源间能承受的最大电压。8. 栅源击穿电压 U（BR）GS ：栅源间能承受的最大电压。4. 低频跨导 gm 反映了uGS 对 iD 的控制能力，u二、场效应管的主要特点及使用注意事项 特点：FET为电压控制型器件，栅极基本无电流，输入电阻高，常用做高输入阻抗输入级。多 子导电，受温度、辐射等外界因素影响小。噪声比BJT小（尤其是JFET） 。MOS管制造工艺简单，体积小，功耗小，易集成。二、场效应管的主要特点及使用注意事项 特点：使用注意事项：MOS管衬底与源极通常接在一起。若需分开，衬源间电压须反偏（NMOS uGS 0 ）。MOS管输入电阻极高，

8、使栅极感应电荷产生高压造成管子击穿。为避免栅极悬空及减少感应，储存时应将三个极短路；焊接时，用镊子短路三个极，并将电烙铁断电后焊接；不能用万用表检测，只能接入测试仪后再去掉短路线测试，取下前也应先短路。JFET可在栅源极开路情况下储存 和用万用表检测。MOS管栅极过压保护电路 使用注意事项：MOS管栅极过压保护电路 2.5.4 其它类型场效应管*一、砷化镓金属 半导体场效应管 MESFET(Mental Semiconductor FET)材料: GaAs符号:dgs特点:为耗尽型器件，一般只制成N沟道，特性与JFET相似。开关时间特别短，导通电压很小。用途:微波电路，高频放大电路，和高速数字

9、逻辑电路。2.5.4 其它类型场效应管*一、砷化镓金属 半导体场二、VMOS 场效应管因工艺上利用光刻沿垂直方向刻出一个 V 型槽而得名。特点:为大功率管，耐压可达1000 V以上，最大连续电流高达200 A。非线性失真小、噪声较低、温度稳定性较高、输入电阻高、驱动功率小。极间电容小，工作频率高，用于高频电路或开关式稳压电源。二、VMOS 场效应管因工艺上利用光刻沿垂直方向刻出一个 V2.5.5 FET的偏置电路及静态分析+VDDRdC2CS+uoC1+uiRgRsgsd 1. 工作原理一、 自偏压电路栅极电阻 Rg 的作用：(1)为栅偏压提供通路(2)泻放栅极积累电荷源极电阻 Rs 的作用：

10、提供负栅偏压漏极电阻 Rd 的作用：把 iD 的变化变为 uDS 的变化uGS = uG uS = iDRs 2. 静态工作点的估算UGS = IDRsUDS = VDD ID（ Rs+Rd）2.5.5 FET的偏置电路及静态分析+VDDRdC2CS二、分压式自偏压电路调整电阻的大小，可获得：UGS 0UGS = 0UGS 0U2.5.6 FET放大电路的小信号模型分析法一、FET 的简化小信号模型从输入回路看，iG 0，故认为 g 、s 极间开路；从输出回路看，漏极电流受栅、源电压控制，有：对于正弦量：小信号模型sIdgmUgs+Ugs+Udsgd2.5.6 FET放大电路的小信号模型分析法一、FET 的二、用小信号模型分析 FET 共源极放大电路RL+VDDRdC2Cs+uoC1+uiRg2RsgsdRg1Rg3RLRD+Uo+UiRg2gsdRg3Rg1+UgsgmUgsIdIiRS有 CS 时：无 CS