模拟电子技术基础 1篇 2章3.ppt
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1、1.2.5 场效应三极管,场效应管,具有输入电阻高、热稳定性好、噪声低、工艺简单、易于集成等优点。,FET(Field Effect Transistor),绝缘栅型IGFET(Insulted Gate Type) (或MOS) Metal-Oxide-Semiconductor,增强型MOS (Enhancement),耗尽型MOS (Depletion),每一种又可分为N沟道和P沟道管子。,结型JFET (Junction Type),场效应管分类:,一、绝缘栅场效应管(IGFET),增强型NMOS管,在P型衬底上扩散2个N+区,P型表面加SiO2绝缘层,在N+区加铝线引出电极。,s:S
2、ource 源极,d:Drain 漏极,g:Gate 栅极,B:Base 衬底,增强型PMOS管,PMOS与NMOS管的工作原理完全相同,只是电流和电压方向不同。,在N型衬底上扩散上2个P+区,P型表面加SiO2绝缘层,在二个P+区加铝线引出电极。,1.增强型NMOS管的工作原理,正常工作时外加电源电压的配置,vGS0,vDS=0时:,vGS=0, vDS=0:,漏源间是两个背靠背相串联的PN结),所以d-s间不可能有电流流过,即 iD0。,d-s之间的Si02层下面会形成电子型的导电沟道。,vGS=0, vDS=0时示意图,开始形成导电沟道所需的最小电压称为开启电压VGS(th)(习惯上常表
3、示为VT)。,电子层(反型层),耗尽层,vGS0, vDS=0时示意图,在此电压极性下,在栅极与衬底间产生一个垂直向下电场,它使漏-源之间的P型硅表面感应出电子层(反型层) 。,沟道形成说明如下:,vGS0, vDS=0时示意图,另外还将P区的少子电子吸引到SiO2层下面。同时该电场排斥空穴向衬底方向运动,使感应的电子层和衬底间形成了耗尽层。最终将两个N+间形成电子型的导电沟道。,此时,若加了VDS电压,将会有iD电流流过沟道。,vGS0, vDS=0时示意图,当vGS0时没有导电沟道,而当vGS增强到VT时才形成沟道,所以称为增强型MOS管。并且vGS越大,感应电子层越厚,导电沟道越宽,等效
4、沟道电阻越小,iD越大。,当VGSVT,VDS0后,漏-源电压vDS产生横向电场:由于沟道电阻的存在,iD沿沟道方向所产生的电压降使沟道上的电场产生不均匀分布。近s端电压差较高,为vGS;近d端电压差较低,为vGDvGS-vDS,所以沟道的形状呈楔形分布。,vGS0, vDS0时示意图,当vDS较小时:vDS对导电沟道的影响不大,沟道主要受vGS控制, 所以vGS为定值时,沟道电阻保持不变,iD随vDS 增加而线性增加。,此时,栅漏间的电压大于开启电压,沟道尚未夹断。,当vDS增加到vGS-vDSVT时(即vDSvGS-VT):栅漏电压为开启电压时,漏极端的感应层消失,沟道被夹断,称为“预夹断
5、”。,当vDS再增加时(即vDSvGS-VT或vGD=vGS-vDSVT):iD将不再增加而基本保持不变。因为vDS再增加时,近漏端上的预夹断点向s极延伸,使vDS的增加部分降落在预夹断区,以维持iD的大小。,2.伏安特性与电流方程,(1) 增强型NMOS管的转移特性,在一定vDS下,栅-源电压vGS与漏极电流iD之间的关系,IDO是vGS=2VT时的漏极电流。,表示漏极电流iD与漏-源电压vDS之间的关系,(2) 输出特性(漏极特性),可变电阻区,漏极特性与三极管的输出特性相似,也可分为3个区。,截止区(夹断区),放大区(恒流区、饱和区),此时管子导电,但沟道尚未预夹断。,可变电阻区,在可变
6、电阻区iD仅受vGS的控制,而且随vDS增大而线性增大。可模拟为受vGS控制的压控电阻RDS。,又称恒流区、饱和区。,放大区,此时沟道被预夹断,特征是iD主要受vGS控制,与vDS几乎无关,表现为较好的恒流特性。,夹断区,又称截止区,管子没有导电沟道( vGSVT )时的状态。,耗尽型NMOS管,在制造过程中,人为地在栅极下方的SiO2绝缘层中埋入了大量的K+(钾)或Na+(钠)等正离子 。,正离子,N型反型层,耗尽层,NMOS,vGS=0,靠正离子作用,使P型衬底表面感应出N型反型层,将两个N+区连通,形成原始的N型导电沟道。,vDS一定,外加正栅压(vGS0),导电沟道变厚,沟道等效电阻下
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