第十一章 场效应晶体管.ppt

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* 场效应晶体管 场效应管的特点 结型场效应管 绝缘栅场效应管 第四章 绝缘栅场效应管 结型场效应管 第四节 场效应晶体管简称场效应管,用FET来表示 (Field Effect Transistor)。 一、绝缘栅场效应管 绝缘栅场效应管是一种金属—氧化物—半导体场效应管,简称MOS管。 MOS管按工作方式分类 增强型MOS管 耗尽型MOS管 N沟道 P沟道 N沟道 P沟道 第四节 (一)N沟道增强型MOS管的结构和工作原理 N N b-衬底引线 s g d P衬底 b SiO2绝缘层 g-栅极 S-源极 d-漏极 N型区 g g s s d d b b 箭头方向是区别N沟道与P沟道的标志 第四节 N沟道 P沟道 铝 2.工作原理 (1)感生沟道的形成 在电场的作用下,可以把P型衬底表面层中多数载流子空穴全部排斥掉,形成空间电荷区。 当uGS增加到某一临界电压(UT)值时,吸引足够多的电子,在P型半导体的表面附近感应出一个N型层,形成反型层—漏源之间的导电沟道。 开始形成反型层的uGS称为开启电压(UT)。uGS越高,电场越强,感应的电子越多,沟道就越宽。 uGS g b 自由电子 反型层 耗尽区 第四节 绝缘栅场效应管是利用电场效应来改变导电通道的宽窄,从而控制漏-源极间电流的大小。 栅极和源极之间加正向电压 耗尽区 铝 SiO2 衬底 P型硅 g b uGS 受主离子 空穴 (2)栅源电压uGS对漏极电流iD的控制作用 在栅源电压uGS=0时,没有导电沟道。漏源极之间存在两个背向PN结,其中一个为反向偏置,只能流过很小的反向饱和电流,iD≈0。 增大VGG,使uGS=UT时形成导电沟道。在正向漏源电压作用下,沟道内的多子(电子)产生漂移运动,形成漏极电流iD。 uGS变大 iD变大 沟道宽度变宽 沟道电阻变小 N N VDD VGG s d b g iD P N沟道 uGS≥UT时才能形成导电沟道 第四节 uGS对iD的控制作用: (3)漏源电压uDS对漏极电流iD的影响 uGS≥UT 时,沟道形成。当uDS较小,即uGDUT时,沟道宽度受uDS的影响很小,沟道电阻近似不变,iD随uDS的增加呈线性增加。 当uDS增大时,沟道各点与栅极间电压不等,使沟道从源极向漏极逐渐变窄。随着uDS增大,沟道电阻迅速增大,iD不再随uDS线性增大。 继续增大uDS ,则uGD UT,夹断区增加,增加的uDS电压几乎全部降落在夹断区上,所以uDS虽然增加而电流基本上是恒定的。 VGG VDD s d b g iD P N N uGDUT uGD=UT uGDUT 第四节 耗尽区 N沟道 当uDS增大到使uGD =UT时,在靠近漏极处,沟道开始消失,称为预夹断。 (二)N沟道增强型MOS管的特性曲线 1.输出特性 输出特性是指uGS为一固定值时,iD与uDS之间的关系,即 输出特性分为三个区: 可变电阻区 恒流区 截止区 第四节 可变电阻区(非饱和区) 2 4 6 8 10 12 14 16 1 2 3 4 5 6 0 uGS=6V 4 3 5 uDS(V) iD(mA) 2 Ⅰ区对应预夹断前,uGSUT,uDS很小,uGDUT的情况。 ①若uGS不变,沟道电阻rDS不变,iD随uDS的增大而线性上升。 ②uGS变大, rDS变小,看作由电压uGS控制的可变电阻。 Ⅰ Ⅱ 第四节 截止区 该区对应于uGS≤UT的情况 由于没有感生沟道,故电流iD≈0,管子处于截止状态。 2 4 6 8 10 12 14 16 1 2 3 4 5 6 0 uGS=6V 4 3 5 uDS(V) iD(mA) 2 Ⅰ Ⅱ 恒流区(饱和区) Ⅱ区对应 预夹断后,uGSUT,uDS很大,uGDUT的情况。 iD只受uGS控制。若uGS不变,随着uDS的增大,iD几乎不变。 预夹断轨迹方程为: 第四节 2.转移特性 转移特性是指uDS为固定值时,iD与uGS之间的关系,即 2 4 6 8 10 12 14 16 1 2 3 4 5 6 0 uGS=6V 4 3 5 uDS(V) iD(mA) uGS(V) iD(mA) 0 uDS=10V 1 2 3 4 5 6 当FET工作在恒流区,不同uDS的转移特性曲线基本接近。 转移特性曲线方程 (UGSUT) 其中K为常数,由管子结构决定,可以估算出来。 第四节 UT (三)N沟道增强型MOS管的主要参数 直流参数 交流参数 极限参数 第四节 1.直流参数 (2)直流输入电阻RGS (1)开启电压UT 在衬底表面感生出导电沟道所需的栅源电压。实际上是在规定的uDS条件下,增大uGS,当iD达到规定的数值时所需要的uGS值。 在uDS=0的条件下,栅极与源极之间加一定直流电压时,栅源极间的直流电阻。

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