由案例谈专利侵权案件的审理 - 复审会

接面場效電晶體的特性與參數

JFET偏壓歐姆區接面場效電晶體8-18-28-38-4MOSFET的特性與參數MOSFET偏壓絕緣閘雙極電晶體故障檢修8-68-78-88-9金屬氧化物半導體電晶體8-58-1接面場效電晶體根本結構(BasicStructure)圖8-1兩種JFET類型的根本結構圖。根本工作原理(BasicOperation)

圖8-2

n通道JFET的偏壓。VGS對通道的影響圖8-3

VGS對通道寬度、阻抗及汲極電流的影響(VGG＝VGS)。JFET符號(JFETSymbols)圖8-48-2接面場效電晶體的特性與參數汲極特性曲線(DrainCharacteristicCurve)圖8-5在VGS＝0時，顯示出夾止電壓的JFET集極特性曲線。VGS＝0V時，JFET的操作情形，它形成從原點到崩潰點的汲極特性曲線。圖8-6在VGS＝0V時，用來畫出特性曲線的幾個JFET測量值。圖8-6(續)在VGS＝0V時，用來畫出特性曲線的幾個JFET測量值。夾止現象圖8-7VGS往更負的方向增加的情況下，夾止現象發生時的VDS值將越低。VGS控制ID圖8-8JFET截止狀態圖8-9p通道JFET的偏壓圖8-10例題8-1圖8-11中JFET的VGS(off)＝－4V且IDSS＝12mA。試求當VGS＝0V，元件工作於定電流區的最小VDD值？圖8-11例題8-1解既然VGS(off)＝－4V，VP＝4V。要讓JFET工作於定電流區最小VDS值為VGS＝0V時的定電流區中汲極電阻的電壓降為將克希荷夫定律應用在汲極電路上。這是要讓元件工作於定流區且VDS＝VP所需的VDD。JFET通用轉換特性(JFETUniversalTransferCharacteristic)互導曲線(transconductancecurve)圖8-12n通道JFET的通用轉換特性曲線。平方律(squarelaw)的特性JFET轉換特性曲線的外形近似拋物線，可以大概表示成稱呼JFET和MOSFET為平方律元件(square-lawdevices)平方律(squarelaw)的特性圖8-13由n通道JFET汲極特性曲線(垂直軸右方，綠色曲線)畫出轉換特性曲線(垂直線左方，藍色曲線)。例題8-3圖8-14中2N5459的JFET特性資料表顯示IDSS的典型值是9mA，VGS(off)的最大值是－8V。運用這些數據計算VGS＝0V、－1V及－4V時的汲極電流。例題8-3解當VGS＝0V時，當VGS＝－1V，運用公式8-1解出ID。當VGS＝－4V時，JFET特性資料表圖8-14JFET特性資料表圖8-14(續)JFET順向互導(JFETForwardTransconductance)圖8-15偏壓點VGS改變，gm隨著改變。轉換特性曲線利用IDSS和VGS(off)計算gm0例題8-4圖8-14中2N5457JFET特性資料表記載有以下數據：IDSS的典型值為3.0mA，VGS(off)最大值是－6V，且gfs(max)＝5000S。運用這些數據計算當VGS＝－4V時的順向互導及ID。例題8-4解gm0＝gfs＝5000

S。運用公式8-2計算gm。其次運用公式8-1計算當VGS＝－4V時的ID。輸入電阻與電容(InputResistanceandCapacitance)例題8-5某個JFET當VGS＝－20V時IGSS＝－2nA。試求輸入阻抗。例題8-5解交流汲極-源極間的電阻(ACDrain-to-SourceResistance)8-3JFET偏壓1.自給偏壓2.分壓器偏壓3.電流源偏壓自給偏壓(Self-Bias)FET偏壓最常用的方式圖8-16JFET自偏壓電路(所有FET的IS＝ID)。自給偏壓(Self-Bias)例題8-6試求圖8-17中電路的VDS和VGS。電路中JFET的各內部參數gm、VGS(off)及IDSS，導致汲極電流ID約為5mA。如果改為另一顆JFET，即使同型號也不一定產生相同結果，這是因為內部參數變化的緣故。圖8-17例題8-6解所以，既然VG＝0V，設定JFET自給偏壓電路的Q-點(SettingtheQ-PointofaSelf-BiasedJFET)例題8-7某n通道JFET自給偏壓電路，在VGS＝－5V時的轉換特性曲線，如圖8-18所示，試求RS值。圖8-18例題8-7解由圖形中可知當VGS＝－5V，ID＝6.25mA。可以計算RS如下：例題8-8某p通道JFET自給偏壓電路，其資料表之IDSS＝25mA且VGS(off)＝15V，試求其RS。假設VGS＝5V。例題8-8解運用公式8-1計算ID。現在，可以計算RS

中點偏壓(MidpointBias)所以，選擇VGS＝VGS(off)/3.4，就可以得到ID的中點偏壓。例題8-9利用圖8-14的資料表，選擇圖8-19的RD和RS值，以使該電路大致上設定成中點偏壓。假设資料表有VD，取其最小值；假设無，則VD應該約為VDD的一半，即6V。圖8-19例題8-9解對中點偏壓而言，且然後例題8-9解圖形分析JFET自偏壓電路(GraphicalAnalysisofaSelf-BiasedJFET)圖8-20自偏壓JFET及其轉換特性曲線。畫出負載線載線與轉換特性曲線的交點，就是電路的工作點，Q-點圖8-21自給偏壓電路的Q-點，是直流負載線與轉換特性曲線的交點。例題8-10試決定圖8-22(a)的JFET電路的Q-點。轉換特性曲線如圖8-22(b)所示。圖8-22例題8-10解當ID＝0，此提供了負載線在原點上的一點。由轉換特性曲線可知，IDSS＝4mA，所以ID＝IDSS＝4mA時，此提供了負載線的第二個數據點4mA和－2.72V。利用上述兩點畫出負載線，在特性曲線與負載線的交點上取得ID和VGS，如圖8-22(b)所示。圖中顯示的Q-點數值為分壓器偏壓(Voltage-DividerBias)源極電壓等於利用以下分壓器公式，閘極

電壓可以由R1和R2決定：閘極對源極電壓是圖8-23n通道JFET的分壓器偏壓電路(IS＝ID)。分壓器偏壓(Voltage-DividerBias)且源極電壓等於汲極電流可以表示為代換VS後，圖8-23n通道JFET的分壓器偏壓電路(IS＝ID)。例題8-11假設圖8-24的JFET內部參數使得，試求此JFET分壓器偏壓電路的ID和VGS。圖8-24例題8-11解閘極對源極電壓可以計算如下：如果在本題中沒有提供VD值，則必須提供轉換特性曲線，否則無法求得Q-點值。圖形分析分壓器偏壓的JFET電路(GraphicalAnalysisofaJFETwithVoltage-DividerBias)當ID＝0，所以，ID＝0且VGS＝VG是負載線上一點。當VGS＝0，圖形分析分壓器偏壓的JFET電路(GraphicalAnalysisofaJFETwithVoltage-DividerBias)圖8-25JFET分壓器偏壓電路的一般化直流負載線(紅色)。例題8-12假設圖8-26(a)分壓器偏壓電路的JFET轉換特性曲線如圖8-26(b)所示，試求其Q-點約略值。圖8-26例題8-12解首先取得負載線上的兩點。當ID＝0，第一點為ID＝0，VGS＝4V。當VGS＝0，第二點為VGS＝0V，ID＝1.2mA。所以畫出負載線如圖8-26(b)所示，由圖形交點取得Q-點的近似值為ID≅1.8mA和VGS≅－1.8V，如圖所示。分壓器偏壓Q-點的穩定性(Q-PointStability)圖8-27不同的2N5459JFET產生轉換特性曲線的變化以及對Q-點的影響。自給偏壓與分壓器偏壓之Q-點的穩定性比較自給偏壓JFET電路與使用分壓器偏壓的JFET電路時的Q-點穩定度圖8-28Q-點的變化在JFET分壓器偏壓電路中產生的ID變化範圍，比在自給偏壓電路中的變化範圍小。電流源偏壓(Current-SourceBias)電流源偏壓(Current-SourceBias)圖8-29電流源偏壓。例題8-13圖8-29的電流源偏壓電路，其VDD=9V，VEE==6V，RG=10M

。計算RE及RD的值以得到10mA汲極電流及5V汲極電壓。例題8-13解8-4歐姆區歐姆區(TheOhmicRegion)所謂歐姆區(ohmicregion)，是指FET特性曲線中可用歐姆定律解釋的區域。曲線斜率等於JFET的直流汲-源極的電導GDS直流汲-源極阻抗為歐姆區(TheOhmicRegion)圖8-30陰影區即是歐姆區，在ID值小時，特性曲線為一直線，其斜率為ID/VDS。JFET作為可變阻抗(TheJFETasaVariableResistance)圖8-31負載線與曲線交叉於歐姆區。例題8-14通道JFET偏壓於歐姆區，如圖8-32所示。圖中顯示歐姆區內負載線的放大圖。當VGS由0V變化至－3V，假設從圖形中可知以下Q-點的數值為， 當VGS由0V變化至－3V，找出RDS的範圍?例題8-14 當VGS由0V變化至－3V，找出RDS的範圍？圖8-32例題8-14解當VGS由0V變化至－3V時，RDS由361

變成2.9k

。原點處的Q-點(Q-pointattheOrigin)圖8-33原點處的Q-點(Q-pointattheOrigin)原點處的VDS=0V、ID=0mA，稍早提過轉換電導的公式為上式中gm為互導，gm0為VGS=0V時之互導，gm0可以從以下方程式推測出來，這先前也學過。例題8-15由圖8-33的特性曲線推測，假设VGS=－2V，JFET偏壓於原點處，計算交流汲-源極阻抗，假設IDSS=2.5mA及VGS(off)=－4V。圖8-33例題8-15解首先，找出VGS=0V的互導。再來計算VDS=－2V的gm，JFET的交流汲-源極阻抗為互導的倒數。8-5金屬氧化物半導體電晶體增強型MOSFET(EnhancementMOSFET,E-MOSFET)E-MOSFET只有增強工作模式，沒有空乏工作模式圖8-34n通道E-MOSFET的根本結構圖與工作原理。E-MOSFET的元件符號圖8-35空乏型MOSFET(DepletionMOSFET,D-MOSFET)空乏(depletion)模式增強(enhancement)模式圖8-36D-MOSFET的根本結構圖。空乏模式與增強模式圖8-37n通道D-MOSFET的工作原理。D-MOSFET符號(D-MOSFETSymbols)圖8-38D-MOSFET的元件符號功率MOSFET結構(PowerMOSFETStructures)圖8-39傳統E-MOSFET結構的剖面圖。通道用白色顯示。功率MOSFET的三種結構橫向擴散MOSFET(LaterallyDiffusedMOSFET,LDMOSFET)圖8-40LDMOSFET橫向結構的剖面圖。功率MOSFET的三種結構VMOSFETV形槽MOSFET是傳統E-MOSFET的另一種例子圖8-41VMOSFET垂直通道結構的剖面圖。功率MOSFET的三種結構TMOSFETTMOSFET的垂直通道結構圖8-42TMOSFET垂直通道結構的剖面圖。雙閘極MOSFET(Dual-GateMOSFETs)圖8-43n通道雙閘極MOSFET的符號。8-6MOSFET的特性與參數E-MOSFET轉換特性(E-MOSFETTransferCharacteristic)圖8-44E-MOSFET的轉換特性曲線。E-MOSFET轉換特性(E-MOSFETTransferCharacteristic)臨界電壓(thresholdvoltage)，VGS(th)。例題8-162N7002E-MOSFET的特性資料表(參訪)顯示，VGS＝10V時的最小ID(on)＝500mA，且VGS(th)＝1V。試求VGS＝5V時的汲極電流。例題8-16解首先，由公式8-4解得K值為：其次，利用K值計算出VGS＝5V時的ID。D-MOSFET轉換特性(D-MOSFETTransferCharacteristic)圖8-45D-MOSFET的一般轉換特性曲線。例題8-17某個D-MOSFET的IDSS＝10mA且VGS(off)＝

－8V。 (a)此元件是n通道或p通道？ (b)計算VGS＝－3V時的ID。 (c)計算VGS＝＋3V時的ID。例題8-17解(a)此元件的VGS(off)為負值，所以為n通道MOSFET。(b)(c)MOSFET使用注意事項(HandlingPrecautions)1.從包裝中拆裝MOSFET要很小心。MOSFET裝置是裝運在有傳導性的泡沫塑料中或特別的箔製傳導袋中。裝運時，通常在導線的外圍用金屬環包住，於電路安裝MOSFET前再將其移除。2.所有用於裝配或測試的儀器和金屬工作台都應該要接到地面〔導電環或110V牆壁上電源插座的第三孔〕。8-7MOSFET偏壓E-MOSFET偏壓(E-MOSFETBias)其中ID＝K(VGS－VGS(th))2圖8-46常用的E-MOSFET偏壓方式。例題8-18試求出圖8-47E-MOSFET電路中的VGS和VDS。假設此MOSFET在VGS＝4V時ID(on)的最小值為200mA，且VGS(th)＝2V。圖8-47例題8-18解圖8-47之E-MOSFET，其閘極-源極電壓為為求VDS，首先將ID(on