VGSthN沟道耗尽型MOS管.PPT

1. 场效应管的特点和分类 N沟道 P沟道 增强型 耗尽型 N沟道 P沟道 N沟道 P沟道 （耗尽型） FET 场效应管 JFET 结型 MOSFET 绝缘栅型 (IGFET) （2）分类 （1）特点 利用输入回路的电场效应控制输出回路的电流；仅靠半导体中的多数载流子导电（单极型晶体管）；输入阻抗高（107~1012?），噪声低，热稳定性好，抗辐射能力强，功耗小。 2. 结型场效应管 （1）结型场效应管的结构（如图1.4.1所示） 源极S 漏极D 栅极G 符号 P型区 N型导电沟道 图1.4.1 （2）结型场效应管的工作原理（如图1.4.2所示） Home Next Back ① vDS=0时， vGS 对沟道的控制作用 当vGS＜0时， PN结反偏，| vGS |??耗尽层加厚?沟道变窄。 vGS继续减小，沟道继续变窄，当沟道夹断时，对应的栅源电压vGS称为夹断电压VP （ 或VGS(off) ）。对于N沟道的JFET，VP 0。 ② vGS=(VGS(off)~0) 的某一固定值时，vDS对沟道的控制作用 当vDS=0时，iD=0；vDS ? ? iD ?，同时G、D间PN结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。当vDS增加到使vGD=VP 时，在紧靠漏极处出现预夹断。此时vDS ? ?夹断区延长?沟道电阻? ? iD基本不变，表现出恒流特性。 ③ 当vGD VGS(off)时，vGS对iD的控制作用 当vGD = vGS - vDS VGS(off) 时，即vDS vGS - VGS(off) 0，导电沟道夹断， iD 不随vDS 变化 ； 但vGS 越小，即|vGS| 越大，沟道电阻越大，对同样的vDS ， iD 的值越小。所以，此时可以通过改变vGS 控制iD 的大小， iD与vDS 几乎无关，可以近似看成受vGS 控制的电流源。由于漏极电流受栅-源电压的控制，所以场效应管为电压控制型元件。 综上分析可知：(a) JFET沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，所以场效应管也称为单极型三极管； (b) JFET 栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因此输入电阻很高；(c) JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制；(d)预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。 （3）结型场效应管的特性曲线 ②转移特性 ① 输出特性 VP 图1.4.3 夹断区 3. 绝缘栅型场效应管 IGFET（Insulated Gate Field Effect Transistor） MOS（Metal Oxide Semiconductor） vGS=0，iD=0，为增强型管；vGS=0，iD?0，为耗尽型管。 （一）N沟道增强型MOS管（其结构和符号如图1.4.4所示） 图1.4.4 （1）N沟道增强型MOS管的工作原理 ① vDS=0时， vGS 对沟道的控制作用 当vDS=0且vGS0时， 因SiO2的存在，iG=0。但g极为金属铝，因外加正向偏置电压而聚集正电荷，从而排斥P型衬底靠近g极一侧的空穴，使之剩下不能移动的负离子区，形成耗尽层。如图1.4.5所示。 当vGS=0时， 漏-源之间是两个背靠背的PN结，不存在导电沟道，无论 vDS 为多少， iD=0 。 图1.4.5 当vGS进一步增加时，一方面耗尽层增宽，另一方面衬底的自由电子被吸引到耗尽层与绝缘层之间，形成一个N型薄层，称之为反型层，构成了漏-源之间的导电沟道（也称感生沟道），如图1.4.6所示。 图1.4.6 使沟道刚刚形成的栅-源电压称之为开启电压VGS(th)。 vGS越大，反型层越宽，导电沟道电阻越小。 ② vGSVGS(th) 的某一固定值时，vDS对沟道的控制作用 当vDS=0时，iD=0；vDS ? ? iD ?，同时使靠近漏极处的耗尽层变窄。当vDS增加到使vGD=VGS(th) 时，在紧靠漏极处出现预夹断。此时vDS ? ?夹断区延长?沟道电阻? ? iD基本不变，表现出恒流特性。如图1.4.7所示。 图1.4.7 （2） N沟道增强型MOS管的特性曲线与电流方程 N沟道增强型MOS管的转移特性曲线与输出特性曲线如图1.4.8所示，与JFET一样，可分为四个区：可变电阻区、恒流区、夹断区和击穿区。 ②转移特性 ① 输出特性 VGS(th) 图 1.4.8 夹断区 2VGS(th) （二）N沟道耗尽型MOS管（其结构和符号如图1.4.9所示） 图1.4.9