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半导体元器件-Read
第3章 场效应管 第3章 场效应管 *1 场效应管:具有正向受控作用的半导体器件。 是单极型晶体管。 *2 场效应管类型: 结型(JFET):P沟道,N沟道 金属-氧化物-半导体型(MOSFET): 增强型(EMOS): P沟道,N沟道 耗尽型(DMOS): P沟道,N沟道 MOS场效应管 1 EMOS场效应管(N沟道) 1) 结构 符号 2 工作原理 在VGS作用下,D-S间形成导电沟道;在VDS作用下,S区电子沿导电沟道进到D区。 1) VGS =0 VDS>0 由于U-D极PN结是反向 偏置的,中间P型衬底 基本没有电子,所以 D极和S极彼此之间 有效地绝缘开了。 此时NMOS管处于 截止状态,ID=0。 2)VGS >0 VDS=0 向下的电场将排斥氧化层下面 P型衬底薄层(表面层)中 的空穴,使受主负离子露出 开始形成耗尽层。可动 载流子很少,ID≈0 3) VGS ↑ =VGST VDS=0 VGS ↑→表面层感应负电荷↑ →耗尽层↑→耗尽层上面的 表面层内感应自由电子浓度n↑ 空穴浓度p↓→形成反型层→ 产生导电沟道。 *1 反型条件: *2 反型层 *3 开启电压VGST 4)VGS >VGST VDS>0 在VDS 作用下, ID >0 5) VGS >VGST VDS↑> VGS –VGST *1 VGS >VGST 时 VDS↑→ 靠近漏极的耗尽层↑ *2 当VDS↑> VGS –VGST 时, 耗尽层将夹断靠近漏端的 导电沟道。——夹断 *3 夹断电压:VDS= VGS –VGST *4 夹断时,漏极到源极之间 仍然导电 *5 当VGS> VGST 如果 VDS< VGS –VGST,那么 VDS↑→ID↑ 如果 VDS> VGS –VGST ,那么多余的电压降落在耗尽层上, ID 饱和。 3 伏安特性 IG=0 1)电阻区 ( 线性区,非饱和区) 条件:VGS> VGST VDS < VGS- VGST ( VGD> VGST) 2)饱和区(放大区) 条件:VGS VGST VDS > VGS- VGST( VGD< VGST) *1 忽略沟道长度调制效应,令VDS = VGS- VGST代入 *2 计及沟道长度调制效应 3)截止区 条件:VGS< VGST 沟道未形成 ID=0 4)击穿区 VDS ↑→D-U间的PN结击穿→ID↑↑ * VGS 过大→SiO2绝缘层击穿→管子永久损坏。 保护电路 * 衬底效应:N(P)沟道MOS管衬底必须接在电路的最低(高)电位上。 保证U-S,U-D间PN结反偏. 4 P沟道EMOS场效应管 耗尽型MOS(DMOS) 1) N沟道 2)P沟道 6 小信号电路模型(工作在放大区) 饱和区(放大区) 若U-S间不连接,且存在交流量 分析方法 例2:假设一个N沟道EMOS场效应管,通过测量得到VGST=2V,VGS=VDS=5V,ID=3mA。求饱和出现时VDS值,VDS=1V时ID值。 解:1)饱和出现时 VDS= VGS - VGST =5V-2V=3V VDS3V时MOS管饱和 2)当VDS=1V( VGS - VGST )时,MOS管在电阻区。 3.2 结型场效应管 1 结构 符号 1)N沟道JFET 2) P沟道JFET 2 工作原理 * 工作时,VGS<0,使G-沟道间的PN结反偏, IG=0,场效应管呈现高(107Ω)的输入电 阻。 VDS>0,使N沟道中的多子(电子) 在电场作用下由S→D运动,形成 ID 。 ID的大小受VGS控制。 1) VGS对ID的控制作用 设VDS=0 若 a) VGS=0 b) VGS(off)<VGS<0 c) VGS≤ VGS(off)
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