模电单极型半导体三极管及其电路分析.ppt

1、2.3 单极型半导体三极管 及其电路分析,2.3.1 MOS场效应管的结构、工作原理及伏安特性,2.3.2 结型场效应管的结构、工作原理及伏安特性,2.3.3 场效应管的主要参数,2.3.4 场效应管基本应用电路及其分析方法,场效应管概述,场效应管概述,一、N 沟道增强型 MOSFET,1. 结构与符号,2.3.1 MOS场效应管的结构、工作原理及伏安特性,简称NEMOS管,栅极绝缘，所以输入电阻很高，输入电流为零,2. 工作原理,1) uGS 对输出电流iD 的控制作用,a. uGS = 0时 ，无导电沟道,b. 给uGS 加正电压，当uGS UGS(th) 时，栅极表面层形成导电沟道,开始

2、形成导电沟道所需的栅源电压称为开启电压（ UGS(th),2. 工作原理,1) uGS 对输出电流iD 的控制作用,a. uGS = 0时 ，无导电沟道,b. 给uGS 加正电压，当uGS UGS(th) 时，栅极表面层形成导电沟道,c. 增大uGS ，则导电沟道加宽,开始形成导电沟道所需的栅源电压称为开启电压（ UGS(th),改变uGS可控制导电沟道的宽窄，从而控制输出电流iD的大小,2）uDS 对输出电流 iD的控制作用,DS 间的电位差使沟道呈锥形， 靠近漏极端的沟道最窄,2）uDS 对输出电流 iD的控制作用,DS 间的电位差使沟道呈锥形， 靠近漏极端的沟道最窄,当uGD = UGS

3、(th) 时，漏极附近 反型层消失，称为预夹断,2）uDS 对输出电流 iD的控制作用,DS 间的电位差使沟道呈锥形， 靠近漏极端的沟道最窄,当uGD = UGS(th) 时，漏极附近 反型层消失，称为预夹断,继续增大uGS 时，预夹断点 向源极移动,2）uDS 对输出电流 iD的控制作用,2）uDS 对输出电流 iD的控制作用,预夹断发生之前： uDS iD,预夹断发生之后：uDS iD 不变,1) 输出特性,3. 伏安特性,uGS UGS(th) 沟道全夹断 iD = 0,提示： FET和BJT的饱和区 含义、特性不同。 2. 全夹断与预夹断不同,2) 转移特性,当EMOS管工作于放大区时

4、，电流方程为,uGS = 2UGS(th) 时的 iD 值,饱和区时， 为一族重叠曲线,二、N 沟道耗尽型 MOSFET,二、N 沟道耗尽型 MOSFET,二、N 沟道耗尽型 MOSFET,1. 结构、符号与工作原理,制造时在Sio2 绝缘层中掺入正离子，故在 uGS = 0 时已形成 沟道。改变uGS可控制导电沟道的宽窄，当uGS UGS(off) 时， 沟道全夹断,简称NDMOS管,1. 结构、符号与工作原理,制造时在Sio2 绝缘层中掺入正离子，故在 uGS = 0 时已形成 沟道。改变uGS可控制导电沟道的宽窄，当uGS UGS(off) 时， 沟道全夹断,栅源电压为零时存在原始导电沟

5、道的场效应管称为耗尽型场 效应管；无原始导电沟道，只有在uGS绝对值大于开启电压 uGS(th)绝对值后才能形成导电沟道的，称为增强型场效应管,耗尽型场效应管导电沟道全夹断时对应的的栅源电压称为 夹断电压（ UGS(off),二、N 沟道耗尽型 MOSFET,2. 伏安特性,夹断电压,饱和漏极电流,当DMOS管工作于放大区时,uGS 取正、负、零都可以，因此使用更方便,三、P 沟道 MOSFET,MOSFET 伏安特性的比较,一、结构与符号,2.3.2 结型场效应管的结构、工作原理及伏安特性,二、工作原理,为耗尽型FET,为得到很大的输入电阻，所加栅源电压要保证PN结反偏,三、伏安特性,当工作

6、于放大区时,例2.3.1,有四种场效应管，其输出特性或饱和区转移特性分别如 图所示，试判断它们各为何种类型管子？对增强型管， 求开启电压UGS(th) ；对耗尽型管，求夹断电压UGS ( off ) 和饱和漏极电流IDSS,例2.3.1 解,N沟道DMOS管 UGS( off ) = -4V，IDSS2mA,P沟道EMOS管 UGS( th) = -2V,例2.3.1 解续,N沟道结型场效应管 UGS( off) = -4V，IDSS4mA,N沟道DMOS管 UGS( off) = -4V， IDSS2mA,作业,3. 直流输入电阻 RGS,指漏源间短路的情况下，栅、源间加一定电压时的 栅源直

7、流电阻,108,2.3.3 场效应管的主要参数,2.3.3 场效应管的主要参数,5. 漏源动态电阻 rds,6. 漏源击穿电压U(BR)DS,饱和时 rds 一般为几十 k 几百 k,PD = uDS iD,8. 最大漏极功耗 PDM,7. 栅源击穿电压U(BR)GS,2.3.3 场效应管的主要参数,FET小结,FET小结,FET 是利用栅源电压改变导电沟道的宽窄来控 制漏极电流的。由于输入电流极小，故称为电压控制 型器件，而BJT则称为电流控制型器件。 FET有耗尽型和增强型之分，耗尽型存在原始导 电沟道，而增强型只有在栅源电压绝对值大于开启电 压绝对值后，才会形成导电沟道。各类场效应管均有

8、 N沟道和P 沟道之分，故共有六种类型场效应管。注 意比较它们的符号、伏安特性、工作电压极性要求,FET小结,FET小结,当场效应管工作于饱和区时，对于耗尽型管有,对于增强型管有,IDO是 uGS = 2UGS(th) 时的 iD 值,2.3.4 场效应管基本应用电路及其分析方法,基本应用：放大电路、电流源电路、 压控电阻、开关电路,分析方法：对FET 放大电路，通常用公式法计算 Q点，用小信号模型法进行动态分析； 也可用图解法,场效应管的小信号模型,例2.3.2,下图中，RG=1M，RS=2k，RD=12k，VDD=20V 。FET的IDSS=4mA，UGS(off)=-4V，求 UGSQ、

9、IDQ 和UDSQ,解,设FET 放大工作，则可列出,代入元件参数，求解得两个解为 IDQ=4mA 和IDQ1mA,由IDQ=4mA，得UGSQ = -4mA2k=-8V，其值已小于UGS(off) ， 对应的IDQ应为零，故不合理，应舍弃。方程解应为,IDQ1mA,UGSQ = -（12）V = -2V,例2.3.2 解续,由电路可得,UDSQ =（20 -1(12+2)）V= 6V,由于 UDSQUGSQ -UGS(off) = -2V+4V = 2V,因此假设正确，计算结果有效，故 UGSQ =-2V ，IDQ1mA ，UDSQ = 6V,例2.3.3,图示场效应管放大电路中，us =2

10、0sint mV，场效应管的IDSS=4mA，UGS(off)= -4V，电容CS对输入交流信号可视为短路，试求交流输出电压uo的表达式,1）求 IDQ 、gm,该电路的直流通路及其参数与例2.3.2中相同，故 IDQ1mA,由耗尽型场效应管 gm计算公式得,解,例2.3.3 解续,2）画出放大电路的交流通路和小信号等效电路,例2.3.3 解续,3） 求uo,uo= - gm ugs RD = - gm us RD,作业,2.3 复习要点,1. 了解场效应管的结构，理解其工作原理。 掌握场效应管的符号、伏安特性、工作特点与 主要参数。 3. 理解场效应管放大电路的分析方法,主要要求,2.3 复习要点,场效应管的符号、伏安特性、工作电压极性、主 要参数、小