模拟电子技术基础1第四节场效应三极管.ppt

1、第四节 场效应三极管,结型场效应管,绝缘栅场效应管,场效应管的主要参数,下页,总目录,场效应三极管中参与导电的只有一种极性的载流子（多数载流子），故称为单极型三极管。,分类：,结型场效应管,绝缘栅场效应管,增强型,耗尽型,N沟道,P沟道,N沟道,N沟道,P沟道,P沟道,下页,上页,首页,一、结型场效应管,1. 结构,N型沟道,N沟道结型场效应管的结构和符号,栅极,漏极,源极,下页,上页,首页,2. 工作原理,uGS = 0,uGS 0,uGS = UGS(off), 当uDS = 0 时， uGS 对耗尽层和导电沟道的影响。,ID=0,ID=0,下页,上页,首页,沟道较宽，iD 较大。,iS

2、= iD,iD,iS,iD,iS,uGS=0，uGD UGS(off),uGS UGS(off), 当uDS 0 时， uGS 对耗尽层和 iD 的影响。,沟道变窄， iD 较小。,下页,上页,首页,uGS 0，uGD= UGS(off)，,uGS UGS(off) ，uGD UGS(off)，,iD 0， 导电沟道夹断。,iD更小， 导电沟道预夹断。,下页,上页,首页,动画,(3)假设 uGS 固定不变,漏-源电压(加正电压)对耗尽层 和漏极电流iD的影响,uGSUGS（off）且不变，VDD增大，iD增大。,预夹断,uGDUGS（off）,VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻，iD几乎

3、不变，进入恒流区，iD几乎仅仅决定于uGS。,uGDUGS（off）,uGDUGS（off）,3. 特性曲线, 转移特性,iD = f（uGS）|uDS=常数,沟道结型场效应管转移特性,IDSS,UGS(off),饱和漏极电流,栅源间加反向电压 uGS 0 利用场效应管输入电阻高的优点。,下页,上页,首页, 输出特性,iD=f（uDS）|uGS=常数,预夹断轨迹,恒流区,击穿区,|UGS(off)|8V,IDSS,|uDS-uGS|= |UGS(off)|,可变电阻区： iD 与uDS 基本上呈线性关系， 但不同的uGS 其斜率不同。,恒流区：又称饱和区， iD 几乎与uDS 无关， iD 的

4、值受uGS 控制。,N沟道结型场效应管的漏极特性,击穿区： 截止区:UGSUGS(OFF) 完全被夹断 反向偏置的PN结被击穿， iD 电流突然增大。,夹断电压,下页,上页,首页,二、绝缘栅场效应管,1. N沟道增强型MOS场效应管, 结构,P型衬底,B,铝,P衬底杂质浓度较低， 引出电极用B表示。,N+两个区杂质浓度很高， 分别引出源极和漏极。,栅极与其他电极是绝缘的， 通常衬底与源极在管子内部连接。,下页,上页,首页,开启电压，用uGS(th)表示, 工作原理,当uGS 增大到一定值时， 形成一个N型导电沟道。,N型沟道,导电沟道的形成,假设uDS = 0 ，同时uGS 0,靠近二氧化硅的

5、一侧产生耗尽层， 若增大uGS ，则耗尽层变宽。,又称之为反型层,导电沟道随uGS 增大而增宽。,下页,上页,首页,uDS对导电沟道的影响,uGS为某一个大于UGS(th)的固定值，在漏极和源极之间加正电压，且uDS UGS(th) 则有电流iD 产生，,iD,使导电沟道发生变化。 当uDS 增大到uDS =uGS - UGS(th) 即uGD = uGS - uDS = UGS(th) 时， 沟道被预夹断， iD 饱和。再增大,夹断区增长,下页,上页,首页, 特性曲线,IDO,UGS(th),2UGS(th),预夹断轨迹,恒流区,当uGS UGS(th)时,下页,上页,转移特性曲线可近似用以

6、下公式表示：,首页,2. N沟道耗尽型MOS场效应管,预先在二氧化硅中掺入大量的正离子， 使uGS = 0 时， 产生N型导电沟道。 当uGS 0 时，沟道变宽， iD 增大。,下页,上页,首页,动画,耗尽型： uGS = 0 时无导电沟道。 增强型： uGS = 0 时有导电沟道。,特性曲线,IDSS,UGS(off),预夹断轨迹,恒流区,IDSS,下页,上页,首页,三、 场效应管的主要参数,1. 直流参数, 饱和漏极电流 IDSS 是耗尽型场效应管的一个重要参数。 它的定义是当栅源之间的电压uGS等于零， 而漏源之间的电压uDS大于夹断电压时对应的漏极电流。, 夹断电压 UGS(off)

7、是耗尽型场效应管的一个重要参数。 其定义是当uDS一定时， 使iD减小到某一个微小电流时所需的uGS值。,下页,上页,首页, 开启电压 UGS(th) UGS(th)是增强型场效应管的一个重要参数。 其定义是当uDS一定时， 使漏极电流达到某一数值时所需加的uGS值。, 直流输入电阻 RGS 栅源之间所加电压与产生的栅极电流之比。 结型场效应管的RGS一般在107以上， 绝缘栅场效应管的RGS更高，一般大于109。,下页,上页,首页,2. 交流参数 低频跨导gm 用以描述栅源之间的电压uGS对漏极电流iD的控制作用。, 极间电容 场效应管三个电极之间的等效电容， 包括CGS 、 CGD和CDS 。 极间电容愈小，管子的高频性能愈好。一般为几个皮法。,下页,上页,首页,3. 极限参数 漏极最大允许耗散功率PDM 漏极耗散功率等于漏极