模电全套课件9

1、只有一种载流子参与导电，且利用电场效应来控制只有一种载流子参与导电，且利用电场效应来控制电流的三极管，称为电流的三极管，称为场效应管场效应管，也称，也称单极型三极管。单极型三极管。场效应管分类场效应管分类结型场效应管结型场效应管绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管5 场效应管放大电路 场效应管除了有场效应管除了有BJTBJT的特点外，还具有输入阻抗高、的特点外，还具有输入阻抗高、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单等优点。热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单等优点。 由金属、氧化物和半导体制成。称为由金属、氧化物和半导体制成。称为金属金属- -氧化物氧化物- -半导体场效应管半导体场效应管（绝缘栅

2、（绝缘栅场效应管）场效应管），或简称，或简称 MOS MOS 场效场效应管应管。特点：输入电阻可达特点：输入电阻可达 10109 9 以上。以上。类型类型N N 沟道沟道P P 沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型增强型增强型耗尽型耗尽型5.1 金属-氧化物-半导体场效应管5.1.1 沟道增强型MOSFETP 型衬底型衬底N+N+SiOSiO2 2绝缘层绝缘层源极源极S S漏极漏极D D衬底引线衬底引线B B栅极栅极G G铝铝1. 结构及符号SGDB2. 工作原理 MOSFET是利用栅源电压是利用栅源电压vGS的大小，来改变半导的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流体表面感生电荷

3、的多少，从而控制漏极电流iD的大小。的大小。(1) vGS对iD的控制作用1) vGS=0，没有导电沟道 当栅源电压当栅源电压vGS=0时，由于漏源间有两个背靠背的时，由于漏源间有两个背靠背的PN结，结，不管漏源电压不管漏源电压vDS极性如何，其中总有一个结是反偏的，极性如何，其中总有一个结是反偏的，漏源之间电阻很大，没有形成导电沟道，基本上没有电流漏源之间电阻很大，没有形成导电沟道，基本上没有电流流过，流过，iD=0。2) vGSVT，出现N型沟道 当栅源电压当栅源电压vGS0时，时，在在vGS作用下，产生了垂作用下，产生了垂直于衬底表面的电场，直于衬底表面的电场，使型区表层中的空穴使型区表

4、层中的空穴被排斥，留下不能移动被排斥，留下不能移动的负离子，形成耗尽层，的负离子，形成耗尽层，同时型区中的少数电同时型区中的少数电子被吸引到衬底表面。子被吸引到衬底表面。 当当vGSVT（开启电压开启电压）时，在表面形成一个反型层，）时，在表面形成一个反型层，构成漏源间的型导电沟道。构成漏源间的型导电沟道。(2) vDS对iD的影响 vDS较小时，iD迅速增大 当当vGSVT，即导电沟道形成后，外加较小的漏源电压，即导电沟道形成后，外加较小的漏源电压vDS时，漏极电流时，漏极电流iD将随将随vDS上升迅速增大，但由于沟道存在上升迅速增大，但由于沟道存在电位梯度，使导电沟道从源极到漏极逐渐变窄。

5、电位梯度，使导电沟道从源极到漏极逐渐变窄。 vDS较大出现夹断时，iD趋于饱和 当当vDS增大到增大到vGD=vGS- -vDS=VT时，导电沟道在靠近漏极时，导电沟道在靠近漏极出现预夹断，出现预夹断，vDS继续增加，夹断区随之加长，继续增加，夹断区随之加长，iD趋于饱和，趋于饱和，基本保持预夹断时的数值。基本保持预夹断时的数值。小结1.0当当vGSVT时，没有导电沟道，时，没有导电沟道，iD=0。2.vGSVT时，导电沟道已经形成但未夹断，时，导电沟道已经形成但未夹断，vDS较小时，较小时，iD与与vDS成线性关系。当成线性关系。当vDS增加，夹断出现后，增加，夹断出现后，iD趋于趋于饱和，

6、几乎不随饱和，几乎不随vDS变化而变化。变化而变化。3.iD受受vGS控制，因此场效应管是电压控制电流源器件。控制，因此场效应管是电压控制电流源器件。3. 特性曲线与特性方程1) 输出特性与特性方程 常常数数 GSvDSDvfi饱和区饱和区 vGSVT且且vDSvGS- -VT时，时， DSTGSnDSDSTGSnDvVv2KvvVvKi 22 201 TGSD2TGSnDVvIVvKiiD/mAvDS /VO预夹断轨迹预夹断轨迹恒流区恒流区饱和区饱和区击击穿穿区区可可变变电电阻阻区区TGSDSVvv 截止区截止区 vGSVT时，时， 导电沟道未形成，导电沟道未形成，iD=0。可变电阻区可变电

7、阻区 vDSvGS- -VT时，时， TGSnvDDSdsoVvKdidvrGS 21常常数数值值。时时的的是是DTGSTnDiVVVKI220 21 TGSDODVvIi( (当当 vGS VT 时时) ) VT 2VTIDOvGS /ViD /mAO2) 转移特性与特性方程nvGSVT，iD=0； 常常数数 DSvGSDvfi 由于饱和区内，由于饱和区内，iD受受vDS的影响很小，因此，的影响很小，因此，不同不同vDS下的转移特性基下的转移特性基本重合。本重合。nvGSVT，形成导电沟道，形成导电沟道，随着随着vGS的增加，的增加，iD逐渐逐渐增大。增大。5.1.2 N沟道耗尽型MOSFE

8、T1. 结构及工作原理l二氧化硅绝缘层中掺有大二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子，即使在量的正离子，即使在vGS=0时，在时，在P区表面层已感应出区表面层已感应出大量的自由电子，形成反大量的自由电子，形成反型层，构成导电沟道，在型层，构成导电沟道，在vDS作用下，就会产生作用下，就会产生iD。SGDBl当当vGS0沟道变窄，在沟道变窄，在vDS作用下，作用下，iD减减小。小。vGS=VP（夹断电压夹断电压）时，）时，iD=0 。l当当vGS0沟道变宽，在沟道变宽，在vDS作用下，作用下，iD增大。增大。iD/mAvGS /VOVP( (a) )转移特性转移特性IDSS( (b) )输出特性输出特

9、性iD/mAvDS /VO+1VvGS=0 1 V 2 V432151015 202. 特性曲线与特性方程 22DSDSPGSnDvvVvKi 在在可可变变电电阻阻区区称称为为饱饱和和漏漏极极电电流流在在饱饱和和区区221PnDSSPGSDSSDVKIVvIi 5.1.3 P沟道MOSFETnP沟道增强型沟道增强型MOSFET的开启电压的开启电压VT是负值，产生沟道是负值，产生沟道的条件为的条件为vGSVT，临界线为临界线为vDS=vGS- -VT。nP沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET的夹断电压的夹断电压VP是正值，沟道夹断是正值，沟道夹断的条件为的条件为vGSVP，临界线为，临界线为vDS=

10、vGS- -VP。SGDBSGDB5.1.4 沟道长度调制效应n在理想情况下，在理想情况下，MOSFET工作于饱和区时，工作于饱和区时，vDS对对iD的的影响可以忽略，输出特性曲线与横轴平行。而实际上影响可以忽略，输出特性曲线与横轴平行。而实际上vDS增加时，增加时，iD的会略有增加，这是因为的会略有增加，这是因为vDS对沟道长度对沟道长度L的调制作用。的调制作用。 DSTGSDODSTGSnDvVvIvVvKi 11122。的的单单位位为为 mLVL. 110 5.1.5 MOSFET的主要参数一、直流参数一、直流参数二、交流参数二、交流参数三、极限参数三、极限参数1.1. 饱和漏极电流饱和

11、漏极电流I IDSSDSS 为耗尽型场效应管的一个重要参数。为耗尽型场效应管的一个重要参数。2. 2. 夹断电压夹断电压V VP P 为耗尽型场效应管的一个重要参数。为耗尽型场效应管的一个重要参数。3. 3. 开启电压开启电压 V VT T 为增强型场效应管的一个重要参数。为增强型场效应管的一个重要参数。4. 4. 直流输入电阻直流输入电阻R RGSGS 输入电阻很高。一般在输入电阻很高。一般在10107 7 以上。以上。一、直流参数1. 低频跨导低频跨导gm 用以描述栅源电压用以描述栅源电压vGS对漏极电流对漏极电流iD的控制作用。的控制作用。3. 极间电容极间电容 极间电容愈小，则管子的高

12、频性能愈好。极间电容愈小，则管子的高频性能愈好。常常数数 DSvGSDmVIg二、交流参数2. 输出电阻输出电阻 rds 说明说明vDS对对iD的影响。的影响。常数常数 GSvDDSdsivr2. 最大耗散功率最大耗散功率PDM 由场效应管允许的温升决定。由场效应管允许的温升决定。3. 最大漏源电压最大漏源电压V(BR)DS 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vDS值。值。4. 最大栅源电压最大栅源电压V(BR)GS 是指栅源间反向电流开始急剧上升时的是指栅源间反向电流开始急剧上升时的vGS值。值。三、极限参数1. 最大漏极电流最大漏极电流IDM 场效应

13、管正常工作时漏极电流的上限值场效应管正常工作时漏极电流的上限值。5.2 MOSFET放大电路n场效应管是电压控制器件，改变栅源电压场效应管是电压控制器件，改变栅源电压v vGSGS的大小，的大小，就可以控制漏极电流就可以控制漏极电流i iD D，因此，用场效应管也可以组，因此，用场效应管也可以组成放大电路。成放大电路。n场效应管放大电路也有三种组态，即共源极、共栅极场效应管放大电路也有三种组态，即共源极、共栅极和共漏极电路。和共漏极电路。n由于场效应管具有输入阻抗高等特点，其电路的某些由于场效应管具有输入阻抗高等特点，其电路的某些性能指标优于三极管放大电路。性能指标优于三极管放大电路。1. 直

14、流偏置及Q点的计算1) 简单的共源极放大电路DDgggGSVRRRV 212dDDDDSRIVV 2TGSnDVVKI 须满足须满足VGS VT ，否则工作在截止区，否则工作在截止区假设工作在饱和区，即假设工作在饱和区，即TGSDSVVV 验证是否满足验证是否满足 ，如果不满足，则说明假设错误，如果不满足，则说明假设错误TGSDSVVV 再假设工作在可变电阻区，再假设工作在可变电阻区，TGSDSVVV 即即 DSTGSnDV VVKI 2dDDDDSRIVV + +sdgRdRg1VDD+RLRg2Cb1Cb2+ivov2)带源极电阻的共源极放大电路RIVRRRVDDDgggGS 212 RRIVVdDDDDS 2TGSnDVVKI 设工作在饱和区设工作在饱和区验证是否满足验证是否满足TGSDSVVV + +