模电全套课件9.ppt

5.1.1 Ｎ沟道增强型MOSFET 结构及符号 工作原理 MOSFET是利用栅源电压vGS的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流iD的大小。 (1) vGS对iD的控制作用 vGS=0，没有导电沟道 当栅源电压vGS=0时，由于漏源间有两个背靠背的PN结，不管漏源电压vDS极性如何，其中总有一个ＰＮ结是反偏的，漏源之间电阻很大，没有形成导电沟道，基本上没有电流流过，iD=0。 vGS＞VT，出现N型沟道 当栅源电压vGS＞0时，在vGS作用下，产生了垂直于衬底表面的电场，使Ｐ型区表层中的空穴被排斥，留下不能移动的负离子，形成耗尽层，同时Ｐ型区中的少数电子被吸引到衬底表面。 (2) vDS对iD的影响 ① vDS较小时，iD迅速增大 当vGS≥VT，即导电沟道形成后，外加较小的漏源电压vDS时，漏极电流iD将随vDS上升迅速增大，但由于沟道存在电位梯度，使导电沟道从源极到漏极逐渐变窄。 ② vDS较大出现夹断时，iD趋于饱和 当vDS增大到vGD=vGS-vDS=VT时，导电沟道在靠近漏极出现预夹断，vDS继续增加，夹断区随之加长，iD趋于饱和，基本保持预夹断时的数值。 小结 0＜当vGS＜VT时，没有导电沟道，iD=0。 vGS≥VT时，导电沟道已经形成但未夹断，vDS较小时，iD与vDS成线性关系。当vDS增加，夹断出现后，iD趋于饱和，几乎不随vDS变化而变化。 iD受vGS控制，因此场效应管是电压控制电流源器件。 特性曲线与特性方程 转移特性与特性方程 vGS＜VT，iD=0； 5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET 结构及工作原理 5.1.3 P沟道MOSFET P沟道增强型MOSFET的开启电压VT是负值，产生沟道的条件为vGS≤VT，临界线为vDS=vGS-VT。 P沟道耗尽型MOSFET的夹断电压VP是正值，沟道夹断的条件为vGS≥VP，临界线为vDS=vGS-VP。 5.1.4 沟道长度调制效应 在理想情况下，MOSFET工作于饱和区时，vDS对iD的影响可以忽略，输出特性曲线与横轴平行。而实际上vDS增加时，iD的会略有增加，这是因为vDS对沟道长度L的调制作用。 5.2 MOSFET放大电路 场效应管是电压控制器件，改变栅源电压vGS的大小，就可以控制漏极电流iD，因此，用场效应管也可以组成放大电路。 场效应管放大电路也有三种组态，即共源极、共栅极和共漏极电路。 由于场效应管具有输入阻抗高等特点，其电路的某些性能指标优于三极管放大电路。 直流偏置及Q点的计算 简单的共源极放大电路 带源极电阻的共源极放大电路 带恒流源的共源极放大电路 图解分析法 * * 　　只有一种载流子参与导电，且利用电场效应来控制电流的三极管，称为场效应管，也称单极型三极管。 场效应管分类 结型场效应管 绝缘栅场效应管 5 场效应管放大电路 场效应管除了有BJT的特点外，还具有输入阻抗高、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单等优点。 由金属、氧化物和半导体制成。称为金属-氧化物-半导体场效应管（绝缘栅场效应管），或简称 MOS 场效应管。 特点：输入电阻可达 109 ? 以上。 类型 N 沟道 P 沟道 增强型 耗尽型 增强型 耗尽型 5.1 金属-氧化物-半导体场效应管 P 型衬底 N+ N+ SiO2绝缘层 源极S 漏极D 衬底引线B 栅极G 铝 S G D B 当vGS＞VT（开启电压）时，在表面形成一个反型层，构成漏源间的Ｎ型导电沟道。 输出特性与特性方程 饱和区 vGS≥VT且vDS≥vGS-VT时， iD/mA vDS /V O 预夹断轨迹 恒流区 饱和区 击穿区 可变电阻区 截止区 vGS＜VT时， 导电沟道未形成，iD=0。 可变电阻区 vDS≤vGS-VT时， (当 vGS VT 时) VT 2VT IDO vGS /V iD /mA O 由于饱和区内，iD受vDS的影响很小，因此，不同vDS下的转移特性基本重合。 vGS≥VT，形成导电沟道，随着vGS的增加，iD逐渐增大。 二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子，即使在vGS=0时，在P区表面层已感应出大量的自由电子，形成反型层，构成导电沟道，在vDS作用下，就会产生iD。 S G D B 当vGS＜0沟道变窄，在vDS作用下，iD减小。vGS=VP（夹断电压）时，iD=0 。 当vGS＞0沟道变宽，在vDS作用下，iD增大。 iD/mA vGS /V O VP (a)转移特性 IDSS (b)输出特性 iD/mA