第三章场效应晶体管及其放大电路课件.ppt
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1、05 二月 2023模拟电子电路1第三章第三章 场效应管及其放大电路场效应管及其放大电路场效应晶体管(场效应管)利用多数载流场效应晶体管(场效应管)利用多数载流子的漂移运动形成电流。子的漂移运动形成电流。场效应管FET(Field Effect Transistor)结型场效应管结型场效应管JFET绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管IGFET双极型晶体管主要是利用基区非平衡少数双极型晶体管主要是利用基区非平衡少数载流子的扩散运动形成电流。载流子的扩散运动形成电流。05 二月 2023模拟电子电路23.1.1 结型场效应管结型场效应管 一、结型场效应管的结构及工作原理一、结型场效应管的结构及工作原理N
2、型沟道P+P+DGSDSG(a)N沟道JFET图31结型场效应管的结构示意图及其表示符号Gate栅极栅极Source源极源极Drain 漏极漏极箭头方向表示栅箭头方向表示栅源间源间PN结若加结若加正向偏置电压时正向偏置电压时栅极电流的实际栅极电流的实际流动方向流动方向ID05 二月 2023模拟电子电路3P型沟道N+N+DGSDSG(b)P沟道JFET图31结型场效应管的结构示意图及其表示符号ID05 二月 2023模拟电子电路4NDGSP+P+(a)UGS=0,沟道最宽05 二月 2023模拟电子电路5(b)UGS负压增大,沟道变窄DSPPUGS05 二月 2023模拟电子电路6(c)UGS
3、负压进一步增大,沟道夹断图32栅源电压UGS对沟道的控制作用示意图DSPPUGSUGSoff夹断电压夹断电压05 二月 2023模拟电子电路7DGSUDSUGS沟道局部夹断沟道局部夹断IDDGS(a)uDS-uGS|UGSoff|(预夹断后(预夹断后)几乎不变几乎不变05 二月 2023模拟电子电路8(1)输出特性曲线)输出特性曲线 1.可变电阻区可变电阻区 当漏、栅间电压当漏、栅间电压uDS-uGS|UGSoff|时,即时,即预夹断前预夹断前所对应的区域,所对应的区域,iD的大小同时受的大小同时受uGS 和和uDS的控制。的控制。当当uDS很小时很小时,uDS对沟道的影响可以忽略,沟对沟道的
4、影响可以忽略,沟道的宽度及相应的电阻值仅受道的宽度及相应的电阻值仅受uGS的控制。输出特性的控制。输出特性可近似为一组直线,此时,可近似为一组直线,此时,JFET可看成一个受可看成一个受uGS控控制的可变线性电阻器(称为制的可变线性电阻器(称为JFET的输出电阻);的输出电阻);当当uDS较大时较大时,uDS对沟道的影响就不能忽略,对沟道的影响就不能忽略,致使输出特性曲线呈弯曲状。致使输出特性曲线呈弯曲状。二、二、结型场效应管的特性曲线结型场效应管的特性曲线05 二月 2023模拟电子电路9图33JFET的转移特性曲线和输出特性曲线(b)输出特性曲线1234iD/mA01020uDS/V可变电
5、阻区恒截止区2V1.5V1VuDSuGSUGSoff515流区击穿区UGS0VUGSoff0.5V05 二月 2023模拟电子电路102.恒流区恒流区(1)当当UGSoffuGS|UGSoff|时,即预夹断后时,即预夹断后所对应的区域。所对应的区域。iD的大小几乎不受的大小几乎不受uDS的控制。的控制。05 二月 2023模拟电子电路11图33JFET的转移特性曲线和输出特性曲线(b)输出特性曲线1234iD/mA01020uDS/V可变电阻区恒截止区2V1.5V1VuDSuGSUGSoff515流区击穿区UGS0VUGSoff0.5V05 二月 2023模拟电子电路12DGSUDSUGS沟道
6、局部夹断IDDGS(a)uDS-uGS|UGSoff|(预夹断后)几乎不变05 二月 2023模拟电子电路134.击穿区击穿区随着随着uDS增大,靠近漏区的增大,靠近漏区的PN结反偏电压结反偏电压 uDG(=uDS-uGS)也随之增大。也随之增大。当当|UGS|UGSoff|时,沟道被全部夹断,时,沟道被全部夹断,iD=0,故此区为截止区。,故此区为截止区。3.截止区截止区05 二月 2023模拟电子电路14图33JFET的转移特性曲线和输出特性曲线(b)输出特性曲线1234iD/mA01020uDS/V可变电阻区恒截止区2V1.5V1VuDSuGSUGSoff515流区击穿区UGS0VUGS
7、off0.5V05 二月 2023模拟电子电路15(2)转移特性曲线)转移特性曲线式中:式中:IDSS饱和电流,表示饱和电流,表示uGS=0时的时的iD值;值;UGSoff夹断电压,表示夹断电压,表示uGS=UGSoff时时iD为零。为零。恒流区:恒流区:05 二月 2023模拟电子电路16uGS/V012312345IDSSUGSoffiD/mA(a)转移特性曲线为为保保证证场场效效应应管管正正常常工工作作,PN结结必必须须加加反向偏置电压反向偏置电压05 二月 2023模拟电子电路173.1.2 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管(IGFET)栅栅极极与与沟沟道道之之间间隔隔了了一一层层很很薄薄
8、的的绝绝缘缘体体,其其阻阻抗抗比比JFET的的反反偏偏PN结结的的阻阻抗抗更更大大。功功耗耗低低,集集成度高。成度高。绝绝缘缘体体一一般般为为二二氧氧化化硅硅(SiO2),这这种种IGFET称称为为金金属属氧氧化化物物半半导导体体场场效效应应管管,用用符符号号MOSFET表表 示示(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)。此此外外,还还有有以以氮氮化化硅硅为绝缘体的为绝缘体的MNSFET等等。05 二月 2023模拟电子电路18源极栅极漏极氧化层(SiO2)BWP型衬底NNL耗尽层A1层SGD(a)立体图绝缘栅场效应管的结构绝缘栅场
9、效应管的结构05 二月 2023模拟电子电路19图35绝缘栅(金属-氧化物-半导体)场效应管结构示意图(b)剖面图SGDNNP型硅衬底绝缘层(SiO2)衬底引线B半导体金属DGS(c)符号B05 二月 2023模拟电子电路20MOSFETN沟道P沟道增强型 N-EMOSFET耗尽型增强型耗尽型N-DMOSFETP-EMOSFETP-DMOSFET05 二月 2023模拟电子电路21 一、一、N沟道增强型沟道增强型MOSFET (EnhancementNMOSFET)1、导电沟道的形成及工作原理、导电沟道的形成及工作原理05 二月 2023模拟电子电路22B(a)UGSUGSth,导电沟道已形成
10、05 二月 2023模拟电子电路24图39 uDS增大,沟道被局部夹断(预夹断)情况05 二月 2023模拟电子电路252、转移特性、转移特性(1)当uGSUGSth时,iD 0,uGS越大,iD也随之增大,二者符合平方律关系。05 二月 2023模拟电子电路263、输出特性、输出特性(1)可变电阻区条件:条件:uGSUGSth 且且 uGDUGSth 随着的随着的uDS增加,增加,iD基本上线性上升;基本上线性上升;栅压愈大,曲线愈陡,电阻愈小。栅压愈大,曲线愈陡,电阻愈小。05 二月 2023模拟电子电路27iD0uDSUGS6V截止区4V3V2V5V可变电阻区(a)恒流区区穿击 图38输
11、出特性 05 二月 2023模拟电子电路28(2)恒流区恒流区曲线间隔均匀,曲线间隔均匀,uGS对对iD控制能力强。控制能力强。uDS对对iD的控制能力弱,曲线平坦的控制能力弱,曲线平坦。进入恒流区的条件,即预夹断条件为进入恒流区的条件,即预夹断条件为uGSUGSth 且且 uGDUGSth 05 二月 2023模拟电子电路29图39 uDS增大,沟道被局部夹断(预夹断)情况05 二月 2023模拟电子电路30iD0uDSUGS6V截止区4V3V2V5V可变电阻区(a)恒流区区穿击 图38输出特性 05 二月 2023模拟电子电路31(4)截止区:截止区:uGSUGSth,导电沟道未形成,导电
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- 第三 场效应 晶体管 及其 放大 电路 课件
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