场效应管及其基本放大电路.pptx
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1、3.1 场效应晶体管(FET)分类和结构:结型场效应晶体管JFET绝缘栅型场效应晶体管IGFETNPPN结耗尽层PN沟道G门极D漏极S源极P衬底NN源极 门极 漏极S G D JFET结构IGFET结构N沟道第1页/共51页结型场效应晶体管JFET1)P 沟道和N沟道结构及电路符号N沟道G门极D漏极S源极gdsN沟道结构及电路符号P沟道G门极D漏极S源极gdsP沟道结构及电路符号第2页/共51页2)工作等效(以P沟道为例)UgsIsId1)PN结不加反向电压(Ugs)或加的电压不足以使沟道闭合时。沟道导通,电阻很小,并且阻值随沟道的截面积减少而增大。称可变电阻区 ;ID=UDs/RDsRDSP
2、NNGIDIS=IDPN结PN结+-UGS增大耗尽层加厚。UGS=0:ID=IDSS电路图 等效图第3页/共51页2)恒流工作(电压控制电流源)GID+RDVDDDSPN结加反向电压(Ugs)使沟道微闭合时电流ID与UDS无关,称恒流区。ID=IDSS(1-)2ugsvPPNNGIDIS=IDPN结PN结+-耗尽层闭合时UGS=VPRDVDDUGS电路图 等效图第4页/共51页3)截止工作PNNGID=0IS=IDPN结PN结+-RDVDDUGS耗尽层完全闭合,沟道夹断,电子过不去栅极电压UGS大于等夹断电压UP时,ID=0相当一个很大的电阻第5页/共51页3)、JFET的主要参数1)夹断电压
3、VP:手册给出是ID为一微小值时的VGS2)饱和漏极电流IDSS;VGS=0,时的IDudsidvgs=常数vgsidUds=常数uGS id5)极限参数:V(BR)DS、漏极的附近发生雪崩击穿。V(BR)GS、栅源间的最高反向击穿。PDM 最大漏极允许功耗,与三极管类似。3)、电压控制电流系数gm=4)交流输出电阻 rds=第6页/共51页4)特性曲线:与三极管相同,场效应管也有输入和输出的特性曲线。称为转移特性曲线和输出特性曲线。以N型JFET为例:0ugs(v)-4 -3 -2 -1idmA54321VPIDSSN型JFET的转移曲线UDS可变电阻区截止区IB0UDS=UGS-VPN型J
4、FET的输出特性曲线-4V-1VUGS=0V Vma(V)ID放大区0击穿区第7页/共51页3.3 MOSFET增强型增强型MOSFET耗尽型耗尽型MOSFET第8页/共51页 N N沟道增强型MOSMOS场效应管结构增强型增强型MOSMOS场效应管场效应管漏极D集电极C源极S发射极E栅极G基极B衬底B电极金属绝缘层氧化物基体半导体因此称之为MOS管第9页/共51页当UGS较小时,虽然在P型衬底表面形成一层耗尽层,但负离子不能导电。当UGS=UT时,在P型衬底表面形成一层电子层,形成N型导电沟道,在UDS的作用下形成ID。UDSID+-+-+-UGS反型层 当UGS=0V时,漏源之间相当两个背
5、靠背的PN结,无论UDS之间加上电压不会在D、S间形成电流ID,即ID0.当UGSUT时,沟道加厚,沟道电阻减少,在相同UDS的作用下,ID将进一步增加开始无导电沟道,当在UGS UT时才形成沟道,这种类型的管子称为增强型MOS管第10页/共51页 N N沟道增强型MOSMOS场效应管特性曲线增强型增强型MOSMOS管管U UDSDS一定时,一定时,U UGSGS对漏极电流对漏极电流I ID D的控制关系曲线的控制关系曲线I ID D=f f(U UGSGS)U UDSDS=C =C 转移特性曲线UDSUGS-UTUGS(V)ID(mA)UT在恒流区,ID与UGS的关系为IDK(UGS-UT)
6、2沟道较短时,应考虑UDS对沟道长度的调节作用:IDK(UGS-UT)2(1+UDS)K导电因子(mA/V2)沟道调制长度系数 n沟道内电子的表面迁移率COX单位面积栅氧化层电容W沟道宽度L沟道长度Sn沟道长宽比K本征导电因子第11页/共51页 N N沟道增强型MOSMOS场效应管特性曲线U UGSGS一定时,一定时,I ID D与与U UDSDS的变化曲线,是一族曲线的变化曲线,是一族曲线 I ID D=f f(U UDSDS)U UGSGS=C =C 输出特性曲线1.可变电阻区:ID与UDS的关系近线性 ID 2K(UGS-UT)UDSUGS=6VUGS=4VUGS=5VUGS=3VUGS
7、=UT=3VUGS(V)ID(mA)当UGS变化时,RON将随之变化因此称之为可变电阻区当UGS一定时,RON近似为一常数因此又称之为恒阻区第12页/共51页 N N沟道增强型MOSMOS场效应管特性曲线输出特性曲线2.恒流区:该区内,UGS一定,ID基本不随UDS变化而变3.击穿区:UDS 增加到某一值时,ID开始剧增而出现击穿。当UDS 增加到某一临界值时,ID开始剧增时UDS称为漏源击穿电压。UGS=6VUGS=4VUGS=5VUGS=3VUGS=UT=3VUGS(V)ID(mA)第13页/共51页 漏源电压UDS对漏极电流ID的控制作用UDS=UDGUGS =UGDUGS UGD=UG
8、SUDS 当UDS为0或较小时,相当 UGDUT,此时UDS 基本均匀降落在沟道中,沟道呈斜线分布。在UDS作用下形成ID第14页/共51页基础知识 当UDS增加到使UGD=UT时,当UDS增加到UGD UT时,增强型增强型MOSMOS管管 漏源电压UDS对漏极电流ID的控制作用 这相当于UDS增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况,称为预夹断。此时的漏极电流ID 基本饱和 此时预夹断区域加长,伸向S极。UDS增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上,ID基本趋于不变。第15页/共51页 MOSMOS管衬底的处理管衬底的处理保证两个PN结反偏,源极沟道漏极之间处于绝缘态NMOS管UBS加一负压P
9、MOS管UBS加一正压处理原则:处理方法:第16页/共51页 N N沟道耗尽型MOSMOS场效应管结构耗尽型耗尽型MOSMOS场效应管场效应管+耗尽型MOS管存在原始导电沟道第17页/共51页 N N沟道耗尽型MOSMOS场效应管工作原理当UGS=0时,UDS加正向电压,产生漏极电流ID,此时的漏极电流称为漏极饱和电流,用IDSS表示当UGS0时,将使ID进一步增加。当UGS0时,随着UGS的减小漏极电流逐渐减小。直至ID=0。对应ID=0的UGS称为夹断电压,用符号UP表示。UGS(V)ID(mA)N N沟道耗尽型MOSMOS场效应管特性曲线转移特性曲线在恒流区,ID与UGS的关系为IDK(
10、UGS-UP)2沟道较短时,IDK(UGS-UT)2(1+UDS)UPID IDSS(1-UGS/UP)2常用关系式:第18页/共51页 N N沟道耗尽型MOSMOS场效应管特性曲线输出特性曲线UGS=6VUGS=4VUGS=1VUGS=0VUGS=-1VUGS(V)ID(mA)N N沟道耗尽型MOSMOS管可工作在U UGSGS 0 0或U UGSGS0 0 N N沟道增强型MOSMOS管只能工作在U UGSGS00第19页/共51页各类绝缘栅场效应三极管的特性曲线绝缘栅场效应管N沟道增强型P沟道增强型第20页/共51页绝缘栅场效应管 N沟道耗尽型P 沟道耗尽型第21页/共51页场效应管的主
11、要参场效应管的主要参数数直流参数直流参数交流参数交流参数极限参数极限参数第22页/共51页2.夹断电压UP 夹断电压是耗尽型FET的参数,当UGS=UP 时,漏极电流为零。3.饱和漏极电流IDSS 耗尽型场效应三极管当UGS=0时所对应的漏极电流。1.开启电压UT 开启电压是MOS增强型管的参数,栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通。第23页/共51页4.直流输入电阻RGS栅源间所加的恒定电压UGS与流过栅极电流IGS之比结型场效应三极管,反偏时RGS约大于107,绝缘栅场效应三极管RGS约是1091015。5.漏源击穿电压BUDS使ID开始剧增时的UDS。6.栅源击穿电压BUGSJ
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- 场效应 及其 基本 放大 电路
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