场效应管放大器 绝缘栅场效应管结型场效应管.pptx
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1、 5.1 场效应管 BJT是一种电流控制元件(iB iC),工作时,多数载流子和少数载流子都参与运行,所以被称为双极型器件。场效应管(Field Effect Transistor简称FET)是一种电压控制器件(uGS iD),工作时,只有一种载流子参与导电,因此它是单极型器件。FET因其制造工艺简单,功耗小,温度特性好,输入电阻极高等优点,得到了广泛应用。FET分类:绝缘栅场效应管结型场效应管增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道第1页/共31页一.绝缘栅场效应管 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管(Metal Oxide Semiconducto
2、r FET),简称,简称MOSFET。分为:分为:增强型增强型 N沟道、沟道、P沟道沟道 耗尽型耗尽型 N沟道、沟道、P沟道沟道 1.1.N沟道增强型沟道增强型MOS管管(1 1)结构结构 4个电极:漏极个电极:漏极D,源极源极S,栅极,栅极G和和 衬底衬底B。符号:符号:第2页/共31页 当uGS0V时纵向电场将靠近栅极下方的空穴向下排斥耗尽层。(2 2)工作原理)工作原理 当当uGS=0V时,漏源之间相当两个背靠背的时,漏源之间相当两个背靠背的 二极管,在二极管,在d、s之间加上电压也不会形成电流,即管子截止。之间加上电压也不会形成电流,即管子截止。再增加uGS纵向电场将P区少子电子聚集到
3、P区表面形成导电沟道反型层,如果此时加有漏源电压,就可以形成漏极电流id。栅源电压栅源电压uGS的控制作用的控制作用第3页/共31页 定义:定义:开启电压(开启电压(UT)刚刚产生沟道所需的刚刚产生沟道所需的栅源电压栅源电压UGS。N沟道增强型沟道增强型MOS管的基本特性:管的基本特性:uGS UT,管子截止,管子截止,uGS UT,管子导通。,管子导通。uGS 越大,沟道越宽,在相同的漏源电压越大,沟道越宽,在相同的漏源电压uDS作作用下,漏极电流用下,漏极电流ID越大。越大。第4页/共31页 转移特性曲线转移特性曲线:iD=f(uGS)uDS=const 可根据输出特性曲线作出移特性曲线移
4、特性曲线。例:作uDS=10V的一条转移特性曲线:转移特性曲线:UT第5页/共31页 一个重要参数一个重要参数跨导跨导gm:gm=iD/uGS uDS=const (单位单位mS)gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。在转移特性曲线上,在转移特性曲线上,gm为的曲线的斜率。为的曲线的斜率。在输出特性曲线上也可求出在输出特性曲线上也可求出gm。第6页/共31页 在栅极下方的在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以当层中掺入了大量的金属正离子。所以当uGS=0时,这些正离子已经感应出反型层,形成了沟道。时,这些正离子已经感应出反型层,形
5、成了沟道。2.N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET特点:当uGS=0时,就有沟道,加入uDS,就有iD。当uGS0时,沟道增宽,iD进一步增加。当uGS0时,沟道变窄,iD减小。定义:定义:夹断电压(夹断电压(UP)沟道刚刚消失所需的栅源电压沟道刚刚消失所需的栅源电压uGS。第7页/共31页 3、P沟道耗尽型MOSFET P沟道MOSFET的工作原理与N沟道 MOSFET完全相同,只不过导电的载流子不同,供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。第8页/共31页4.MOS4.MOS管的主要参数(1)开启电压UT(2)夹断电压UP(3)跨导gm:gm=iD/uGS uDS=
6、const(4)直流输入电阻RGS 栅源间的等效电阻。由于MOS管管栅源间有sio2绝缘层,输入电阻可达1091015。第9页/共31页二二.结型场效应管结型场效应管 1.1.结型场效应管的结构(以结型场效应管的结构(以N N沟为例):沟为例):两个PN结夹着一个N型沟道。三个电极:g:栅极 d:漏极 s:源极符号:N沟道P沟道第10页/共31页 2.2.结型场效应管的工作原理结型场效应管的工作原理(1)栅源电压对沟道的控制作用)栅源电压对沟道的控制作用 在栅源间加负电压uGS,令uDS=0 当uGS=0时,为平衡PN结,导电沟道最宽。当uGS时,PN结反偏,耗尽层变宽,导电沟道变窄,沟道电阻
7、增大。当uGS到一定值时,沟道会完全合拢。定义:夹断电压UP使导电沟道完全合拢(消失)所需要的栅源电压uGS。第11页/共31页(2 2)漏源电压对沟道的控制作用 在漏源间加电压uDS,令uGS=0 由于uGS=0,所以导电沟道最宽。当uDS=0时,iD=0。uDSiD 靠近漏极处的耗尽层加宽,沟道变窄,呈楔形分布。当uDS,使uGD=uG S-uDS=UP时,在靠漏极处夹断预夹断。预夹断前,uDSiD。预夹断后,iDSiD 几乎不变。uDS再,预夹断点下移。(3 3)栅源电压uGS和漏源电压uDS共同作用 iD=f(uGS、uDS),可用输两组特性曲线来描绘。可用输两组特性曲线来描绘。第12
8、页/共31页(1)输出特性曲线:iD=f(uDS)uGS=常数 3 3、结型场效应三极管的特性曲线结型场效应三极管的特性曲线uGS=0VuGS=-1V设:UT=-3V第13页/共31页四个区:恒流区的特点:iD/uGS=gm 常数 即:iD=gm uGS (放大原理)(a)可变电阻区)可变电阻区(预夹断前)。(预夹断前)。(b)恒流区也称饱和)恒流区也称饱和 区(预夹断区(预夹断 后)。后)。(c)夹断区(截止区)。)夹断区(截止区)。(d)击穿区。)击穿区。可变电阻区可变电阻区恒流区恒流区截止区截止区击穿区击穿区第14页/共31页(2)转移特性曲线:iD=f(uGS)uDS=常数 可根据输出
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