《电子技术基础》教学课件PPT幻灯片.ppt

1、MOS管的基本结构 N+ N+ 以P型硅为衬底 B D G S 二氧化硅(SiO2)绝缘保护层 两端扩散出两个高浓度的N区 N区与P型衬底之间形成两个PN结 由衬底引出电极B 由高浓度的N区引出的源极S 由另一高浓度N区引出的漏极D 由二氧化硅层表面直接引出栅极G 杂质浓度较低，电阻率较高。 N+ N+ 以P型硅为衬底 B D G S 大多数管子的衬底在出厂前已和源极连在一起 铝电极、金属 （Metal） 二氧化硅氧化物 （Oxide） 半导体 （Semiconductor) 故单极型三极管又称为MOS管。 MOS管电路的连接形式 N+ N+ P型硅衬底 B D G S + － UDS + － UGS 漏极与源极间 电源UDS 栅极与源极间 电源UGS 如果衬底在出厂前未连接到源极上，则要根据电路具体情况正确连接。一般P型硅衬底应接低电位，N型硅衬底应接高电位，由导电沟道的不同而异。 不同类型MOS管的电路图符号 D S G B衬底 N沟道增强型图符号 D S G B衬底 P沟道增强型图符号 D S G B衬底 N沟道耗尽型图符号 D S G B衬底 P沟道耗尽型图符号 由图可看出，衬底的箭头方向表明了场效应管是N沟道还是P沟道：箭头向里是N沟道，箭头向外是P沟道。 虚线表示 增强型 实线表示 耗尽型 2. 工作原理 以增强型NMOS管为例说明其工作原理。N沟道增强型MOS管不存在原始导电沟道。 当栅源极间电压UGS=0 时，增强型MOS管的漏极和源极之间相当于存在两个背靠背的PN结。 N+ N+ P型硅衬底 B D G S 不存在 原始沟道 + － UDS UGS=0 此时无论UDS是否为0，也无论其极性如何，总有一个PN结处于反偏状态，因此MOS管不导通，ID=0。MOS管处于截止区。 P PN结 PN结 ID=0 怎样才能产生导电沟道呢？ 在栅极和衬底间加UGS且与源极连在一起，由于二氧化硅绝缘层的存在，电流不能通过栅极。但金属栅极被充电，因此聚集大量正电荷。 + － + － N+ N+ P型硅衬底 B D G S UDS=0 UGS 电场力 排斥空穴 二氧化硅层在 UGS作用下被充 电而产生电场 形成耗尽层 出现反型层 形成 导电沟道 电场吸引电子 导电沟道形成时，对应的栅源间电压UGS=UT称为开启电压。 UT + － + － N+ N+ P型硅衬底 B D G S 当UGSUT、UDS≠0且较小时 UDS UGS ID 当UGS继续增大，UDS仍然很小且不变时，ID随着UGS的增大而增大。 此时增大UDS，导电沟道出现梯度，ID又将随着UDS的增大而增大。 直到UGD=UGS－UDS=UT时，相当于UDS增加使漏极沟道缩减到导电沟道刚刚开启的情况，称为预夹断，ID基本饱和。 导电沟道加厚 产生漏极电流 ID + － + － N+ N+ P型硅衬底 B D G S UDS UGS 如果继续增大UDS，使UGDUT时，沟道夹断区延长，ID达到最大且恒定，管子将从放大区跳出而进入饱和区。 UGD 沟道出现预夹断时工作在放大状态，放大区ID几乎与UDS的变化无关，只受UGS的控制。即MOS管是利用栅源电压UGS来控制漏极电流ID大小的一种电压控制器件。 MOS管的工作过程可参看下面动画演示： 3. MOS管使用注意事项 (1) MOS管中, 有的产品将衬底引出，形成四个管脚。使用者可视电路需要进行连接。P衬底接低电位，N衬底接高电位。但当源极电位很高或很低时 , 可将源极与衬底连在一起。 (2)场效应管的漏极与源极通常可以互换，且不会对伏安特性曲线产生明显影响。注意：大多产品出厂时已将源极与衬底连在一起了，这时源极与漏极就不能再进行对调使用。 (3)MOS管不使用时 , 由于它的输入电阻非常高, 须将各电极短 路 , 以免受外电场作用时使管子损坏。即MOS管在不使用时 应避免栅极悬空，务必将各电极短接。 (4)焊接MOS管时，电烙铁须有外接地线，用来屏蔽交流电 场，以防止损坏管子。特别是焊接绝缘栅场效应管时，最 好断电后再焊接。 单极型晶体管和双极型晶体管的性能比较 1. 场效应管的源极S、栅极G、漏极D分别对应于双极型晶体管的发射极e、基极b、集电极c，它们的作用相似。 2. 场效应管是电压控制电流器件，场效应管栅极基本上不取电流，而双极型晶体管工作时基极总要取一定的电流。所以在只允许从信号源取极小量电流的情况下，应该选用场效应管；而在允许取一定量电流时，选用双极型晶体管进行放大可以得到比场效应管较高的电压放大倍数。 3. 场效应管是多子导电，而双极型晶体管则是既利用多子，又利用少子。由于少子的浓度易受温度