模电场效应管.pptx
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1、沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型MOSFETMOSFETMOSFETMOSFET1、结构和符号 P 型衬底N+N+sgdB g gd ds sB B g gd ds sB BN N沟道沟道增强型增强型N N沟道沟道耗尽型耗尽型第1页/共126页2 2、工作原理(、工作原理(N N沟道增强型沟道增强型)(1)、VGS=0,没有导电 沟道源区、衬底和漏区形成两个背靠背的PN结,无论VDS的极性如何,其中总有一个PN结是反偏的。因此漏源之间的电阻很大,即没有导电沟道,没有导电沟道,iD0 0。P P 型衬底型衬底N N+N N+s sg gd dB BiD 0第2页/共126页2 2、工作原
2、理(、工作原理(N N沟道增强型沟道增强型)(2)、VDS=0,VGS 对导电 沟道的影响P P 型衬底型衬底N N+N N+s sg gd dB BV VGGGGV VGSGSVVT T时,导电沟道开始形成时,导电沟道开始形成,这种依靠栅源电压的作用才形成导电沟道的这种依靠栅源电压的作用才形成导电沟道的FETFET称为增称为增强强FETFET。在漏源电压作用下开始导电时的栅源电压V VGSGS叫做开启叫做开启电压电压V VT T第3页/共126页PNNsgdBV VGGGGV VDSDSPNNsgdBV VGGGGV VDSDSPNNsgdBV VGGGGV VDSDSV VGDGDVVT
3、TV VGDGD=V=VT TV VGDGDVVVT T时相似,可时相似,可形成导电沟道。当外加形成导电沟道。当外加V VGSGS00时,使沟道变宽,时,使沟道变宽,V VGSGS0 0时,使沟道变窄,时,使沟道变窄,从而使漏极电流减小。当从而使漏极电流减小。当 V VGSGS减小到某值时,以致减小到某值时,以致感应的负电荷消失,耗尽感应的负电荷消失,耗尽P 型衬底N+N+sgdB+区扩展到整个沟道,沟道完全被区扩展到整个沟道,沟道完全被夹断。这时即使有漏源电压,也夹断。这时即使有漏源电压,也不会有漏极电流。此时的栅源电不会有漏极电流。此时的栅源电压称为夹断电压(截止电压)压称为夹断电压(截止
4、电压)V VP P。在饱和区内,第10页/共126页沟道耗尽型MOS管2、特性曲线在饱和区内,/VIDSS为零栅压的漏极电流,称为饱和漏极电流。第11页/共126页沟道沟道MOSFETMOSFET管管1、结构和符号 N 型衬底P+P+sgdB g gd ds sB BP P沟道沟道增强型增强型 g gd ds sB BP P沟道沟道耗尽型耗尽型第12页/共126页对增强型MOS管,沟道产生的条件是:可变电阻区与饱和区的界线为:在饱和区内(iD假定正向为流入漏极):PMOS管正常工作时,VDS和 VT必为负值,电流方向与NMOS管相反。第13页/共126页在理想情况下,当MOSFET工作于饱和区
5、时,漏极电流与漏极电压无关。而实际MOS管的输出特性还应考虑沟道长度调制效应,即VGS固定,VDS增加时,iD会有所增加。输出特性的每根曲线会向上倾斜。因此,考虑到沟道长度调制参数,iD式子应修正为对于典型器件近似有沟道长度L单位为m。第14页/共126页(1)开启电压 VT:VDS为某一定值(如为10V)使iD等于一微小电流(如50A)时的VGS。这是增强型FET的参数。(2)夹断电压 VP:VDS为某一定值(如为10V)使iD等于一微小电流(如20A)时的VGS。这是耗尽型FET的参数。(3)饱和漏极电流 IDSS:VGS=0且 VDS VP 时对应的漏极电流。常令 VDS 10V,VGS
6、=0测出的iD就是。这是耗尽型FET的参数。(4)直流输入电阻RGD:漏源间短路,栅源间加一定电压时的栅源直流电阻,MOS管的RGS可达109 1015。一、直流参数二、交流参数(1)输出电阻:MOSFET的主要参数(见P208210)第15页/共126页当不考虑沟道的调制效应(0)时,当考虑沟道的调制效应(0)时,对增强型MOS管可导出因此,是一个有限值,一般在几十千欧到几百千欧之间。(2)低频跨导gm:低频跨导反映了vGS对iD的控制作用。gm可以在转移特性曲线上求得,单位是mS(毫西门子)。对N沟道增强型MOSFET17式近似估算第16页/共126页考虑到 和上式又可改写为上式表明,iD
7、越大,gm愈大。三、极限参数(1)最大漏极电流IDM(2)最大漏源电压V(BR)DS(3)最大栅源电压VGS(BR)(4)最大耗散功率PDM第17页/共126页552 2 场效应管放大电场效应管放大电路路一、直流偏置电路及静态分析一、直流偏置电路及静态分析1 1、直流偏置电路、直流偏置电路(1 1)简单的共源放大电路)简单的共源放大电路(N N沟道增强型沟道增强型MOSMOS管)管)U UOOR Rg2g2V VDDDDR RL L+-R Rd di iD DR Rg1g1U Ui iC Cb1b1C Cb2b2R Rg2g2V VDDDDR Rd dR Rg1g1直流通路假设管的开启电压为V
8、T,NMOS管工作于饱和区,则第18页/共126页综上分析,对于N沟道增强型MOS管的直流计算,可采取如下步骤:设MOS管工作于饱和区,则有 VGSQ V VT T,IDQ 0 0 ,且VDSQ(VGSQ V VT T).利用饱和区的电流电压关系曲线分析电路。如果出现VGSQV VT T,则MOS管可能截止,如果VDSQ(VGSQ V VT T),则MOS管可能工作在可变电阻区。如果初始假设被证明是错误的,则必需作出新的假设,同时重新分析电路。P沟道MOS管电路的分析与N沟道类似,但要注意其电源极性与电流方向不同。第19页/共126页(2 2)带源极电阻的)带源极电阻的NMOSNMOS共共源放
9、大电路源放大电路由图得当NMOS管工作于饱和区,则有R RR Rg2g2V VDDDD+-R Rd di iD DR Rg1g1v vi iC Cb1b1C Cb2b2-V-VSSSSRS1 1、直流偏置电路、直流偏置电路第20页/共126页例如图已知NMOS管参数:VT=1V,Kn=160A/V2,VT=1V,Kn=160A/V2,VDD=VSS=5V,IDQ=0.25mA,VDQ=2.5V,试求电路参数。解:首先假设管工作于饱和区,运用下式求得则计算计算是否满足饱和条件:确定分析正确与否。第21页/共126页 (3 3)静态工作点的确定)静态工作点的确定SDQDDGSQRIVRRRU-+=
10、2122)1(-=TGSQDODQUUII联立方程求解得联立方程求解得U UGSQGSQ和和I IDQDQ。V VDDDDR RL L+-R RGGR RD Di iD DR R1 1R R2 2R RS SC Ce eU Ui iU UOO实际实际N N沟道沟道增强型增强型MOSMOS管放大电路分析管放大电路分析:第22页/共126页2、图解分析与BJT放大电路的图解分析类似。先求VGS,然后作直流负载线,其与输出特性VGS曲线的交点即为静态工作点。然后作交流负载线,即可分析其动态情形。教材上的电路是特例,VGS已知,直流负载线与交流负载线相同。第23页/共126页第24页/共126页第25
11、页/共126页3 3、小信号模型分析、小信号模型分析如果输入信号很小,场效应管工作在饱和区时,和BJT一样,将场效应管也看作一个双口网络,对N沟道增强型场效应管,可近似看成iD不随VDS式中第一项为直流或静态工作点电流IDQ;第二项是漏极信号电流id,它同vgs第三项当vgs是正弦波时,输出电压将产生第26页/共126页谐波或非线性失真。我们要求第三项必需远小于第二项,即这也就是线性放大器必需满足的小信号条件。据此,忽略第三项可得考虑到NMOS管的栅流为0,栅源间的电阻很大,可看成开路,而 因此可得NMOS管的低频小信号模型:第27页/共126页3 3、小信号模型分析、小信号模型分析 g gd
12、 ds sB Bs sg gd d+-+-V Vgsgs g gmmV Vgsgs V Vdsds I Id d 低频模型低频模型a a考虑0场效应管的输出电阻rds为有限值时,其低频模型如右模型bg gd d+-+-V Vgsgs g gmmV Vgsgs V Vdsds I Id d 低频模型低频模型b brdss第28页/共126页3 3、小信号模型分析、小信号模型分析 g gd ds sB B在Vbs=0时,可得高频小信号模型如下,图中rgs可看作无限大,可忽略。g gs sd d+-+-g gmmV Vgsgs V Vdsds I Id d rgsrdsCgdCgsCds高频模型高频
13、模型Cgs+Cgb第29页/共126页对于后面介绍的结型场效应管,其低频和高频小信号模型分别对应于如上的低频模型图b第30页/共126页R RR Rg2g2V VDDDD+-R Rd di iD DR Rg1g1v vi iC Cb1b1C Cb2b2-V-VSSSSRS图5.2.2第31页/共126页第32页/共126页第33页/共126页3 3、三种基本放大电路的性能比较、三种基本放大电路的性能比较(见见P221P221表表5 5.2.1).2.1)第34页/共126页5.3 结型场效应管 结构 工作原理 输出特性 转移特性 主要参数 JFET的结构和工作原理 JFET的特性曲线及参数 第
14、35页/共126页 5 53 3 结型场效应管结型场效应管(JFETJFET)N N型型 沟沟 道道P P+P P+d ds sg gdgsN N沟道沟道JFETJFET结构和符号结构和符号1 1、结构与符号、结构与符号dgsP P沟道沟道JFETJFET符号符号一、JFET的结构和工作原理 JFET是利用半导体内的电场效应进行工作的,也称为体内场效应器件。第36页/共126页 源极,用S或s表示N型导电沟道漏极,用D或d表示 P型区P型区栅极,用G或g表示栅极,用G或g表示符号符号JFET的结构和工作原理4.1 结型场效应管1.结构#符号中的箭头方向表示栅结正向偏置时,栅符号中的箭头方向表示
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- 电场 效应
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