场效应管超详细分析.ppt

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MOSFET符号 增强型 耗尽型 G S D S G D P沟道 G S D N沟道 G S D JFET符号 N沟道 P沟道 场效应管的特点(与双极型三极管比较) (1)场效应管是一种电压控制器件,即通过uGS来控制iD; 双极型三极管是一种电流控制器件,即通过iB来控制iC (2)场效应管的输入端电流几乎为零,输入电阻非常高。 双极型三极管的发射结始终处于正向偏置,有一定的输入电流,基极与发射极间的输入电阻较小。 (4)场效应管具有噪声小、受辐射的影响小、热稳定性较好,且存在零温度系数工作点。 (3)场效应管是利用多数(一种极性)载流子导电的。 在双极型三极管中二种极性的载流子(电子和空穴)同时参与了导电。 (5)场效应管的结构对称,有时(除了源极和衬底在制造时已连在一起的MOS管)漏极和源极可以互换使用,且各项指标基本不受影响,使用方便、灵活。 (6)场效应管制造工艺简单,有利于大规模集成。 每个MOS场效应管在硅片上所占的面积只有双极性三极管5%。 (7)场效应管的跨导小,当组成放大电路时,在相同的负载电阻下,电压放大倍数比双极性三极管低。 (8) 由于MOS管的输入电阻高,由外界感应产生的电荷不易泄露,而栅极上的绝缘层又很薄,这将在栅极上产生很高的电场强度,以致引起绝缘层的击穿而损坏管子。 2. 绝缘栅场效应管的栅极为什么不能开路? 思 考 题 1. 试比较三极管和场效应管的异同点。 3.3 场效应管放大电路 3.3.1 场效应管的偏置及其电路的静态分析 1.自给偏压 场效应管常用的偏置方式 自给偏压 分压式偏置 IDQ USQ= IDQ RS UGSQ= -IDQ RS (1) 电路 (2)自给偏压原理 + _ + _ (3) 静态分析 a. 方法一:图解法 (a) 列写输出回路方程 (c) 作图 (b) 列写输入回路方程 + _ + _ a b c d e a b c d e IDQ M N Qo UDSQ Qi UGSQ 作输出回路直流负载线 作控制特性 作输入回路直流负载线 b. 方法二:估算法 输入回路方程 当管子工作于放大区时 两式联立可求得IDQ 由此可得 + _ + _ 3. 极限参数 (1) 漏极最大允许耗散功率 PDSM (2) 最大漏极电流IDSM (2) 极间电容 栅源电容Cgs 栅漏电容Cgd 漏源电容Cds (3) 栅源击穿电压U(BR)GS (4) 漏源击穿电压U(BR)DS 例 在图示电路中,已知场效应管的 ;问在下列三种情况下,管子分别工作在那个区? (b) (c) (a) G D S 解(a)因为uGSUGS(off) , 管子工作在截止区。 (b)因 管子工作在放大区。 (c)因这时的 管子工作在可变电阻区。 G D S 3.2 绝缘栅型场效应管 N沟道 IGFET 耗尽型 增强型 P沟道 N沟道 P沟道 绝缘栅型场效应管的类别 3.2.1 增强型绝缘栅场效应管 1. 结构示意图 g s d N+ N+ SiO2保护层 Al b P P N+ S G D N+ 以P型半导体作衬底 形成两个PN结 SiO2保护层 引出两个电极 引出两个电极 引出栅极 Al 从衬底引出电极 两边扩散两个高浓度的N区 P N+ S G D N+ SiO2保护层 Al 故又称为MOS管 管子组成: a. 金属 (Metal) b. 氧化物 (Oxide) c.半导体(Semiconductor) 2. 工作原理 电路连接图 P N+ S G D N+ – + + – (1) uGS =0 ,uDS≠0 源极和漏极之间始终有一个PN结反偏,iD=0 P N+ S G N+ iD=0 D – + + – P N+ S G N+ iD=0 D – + + – 2.uGS 0 ,uDS =0 产生垂直向下的电场 P N+ S G N+ iD=0 D – + + – 电场排斥空穴 形成耗尽层 吸引电子 P N+ S G N+ iD=0 D – + + – 形成导电沟道 当uGS =UGS(th)时 出现反型层 P N+ S G N+ iD=0 D – + + – UGS(th)—开启电压 N沟道增强型MOS管,简称NMOS N沟道 P N+ S G N+ iD0 D – + + – 3.当uGS UGS(th) ,uDS0时. uDS (b) 沿沟道有电位梯度 (a) 漏极电流iD0 uDS增大,iD增大。 P N+ S G N+ iD0 D – + + – uDS (b) 沿沟道有电位梯度 3.当uGS UGS(th) ,uDS0时. (c)不同点的电场强度不同,左高右低 (a) 漏极电流iD0

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