模电课件场效应管.ppt
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1、BJT是以输入电流控制输出电流,是电流控制是以输入电流控制输出电流,是电流控制器件,组成的放大电路输入电阻不高。器件,组成的放大电路输入电阻不高。FET是以输入电压控制输出电流,是电压控制器件,输是以输入电压控制输出电流,是电压控制器件,输入电阻非常高,不吸收信号源电流,不消耗信号源功入电阻非常高,不吸收信号源电流,不消耗信号源功率。温度稳定性好,抗辐射能力强,噪声低,制造工率。温度稳定性好,抗辐射能力强,噪声低,制造工艺简单,广泛应用于超大规模集成电路中。艺简单,广泛应用于超大规模集成电路中。场效应管是仅由一种载流子参与导电的半导体器场效应管是仅由一种载流子参与导电的半导体器件,是一种用输入
2、电压控件,是一种用输入电压控制输出电流的的半导体器件。制输出电流的的半导体器件。从参与导电的载流子来划分,它有电子作为载流子的从参与导电的载流子来划分,它有电子作为载流子的N沟道沟道器件和空穴作为载流子的器件和空穴作为载流子的P沟道沟道器件。器件。从场效应管的结构来划分,它有两大类。从场效应管的结构来划分,它有两大类。1.结型场效应管结型场效应管JFET (Junction type Field Effect Transister)2.绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管IGFET(Insulated Gate Field Effect Transister)IGFET也称也称金属氧化物半导体三极
3、管金属氧化物半导体三极管MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FET)D(Drain)为漏极,相当于为漏极,相当于c;G(Gate)为栅极,相当于为栅极,相当于b;S(Source)为源极,相当于为源极,相当于e。4.1 4.1 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FET)。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MOSFET 结构结构 N沟道增强型沟道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓
4、扑基本上是一种左右对称的拓扑结构,它是在结构,它是在P型半导体上生成一层型半导体上生成一层SiO2 薄膜绝缘层,薄膜绝缘层,然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区,从型区,从N型区引型区引出电极,分别是出电极,分别是漏极漏极D,和和源极源极S。在源极和漏极之间在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极栅极G。P型半导体称为型半导体称为衬底衬底,用符号,用符号B表示。表示。源极源极S 有时要和有时要和衬底衬底B 连接。连接。(动画动画4-5)工作原理工作原理 1栅源电压栅源电压VGS的控制作用的控制作用 当当VGS=0V时时,漏源之间相当
5、两个背靠背的,漏源之间相当两个背靠背的 二极管,二极管,在在D、S之间加上电压不会在之间加上电压不会在D、S间形成电流。间形成电流。增加增加VGS,当当VGSVGS(th)时(时(VGS(th)称为开启电压称为开启电压),由于此,由于此时的栅极电压已经比较强,在靠近时的栅极电压已经比较强,在靠近栅极下方的栅极下方的P型半导体表层中聚集较型半导体表层中聚集较多的电子,可以形成沟道,将漏极多的电子,可以形成沟道,将漏极和源极沟通。如果此时加有漏源电和源极沟通。如果此时加有漏源电压,就可以形成漏极电流压,就可以形成漏极电流ID。随着随着VGS的继续增加,的继续增加,ID将不断增加。将不断增加。VGS
6、对漏极电流的控制关系可用对漏极电流的控制关系可用 ID=f(VGS)VDS=const 这一曲线描述,称为这一曲线描述,称为转移特性曲线转移特性曲线,见图,见图4.6。在在VGS=0V时时ID=0,只有当只有当VGSVGS(th)后才会出现漏极电流,后才会出现漏极电流,这种这种MOS管称为管称为增强型增强型MOS管管。图图4.6 VGS对漏极电流的控制特性对漏极电流的控制特性 转移特性曲线转移特性曲线 转移特性曲线的斜率转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。对漏极电流的控制作用。gm 的量纲为的量纲为mA/V,所以所以gm也称为也称为跨导跨导。跨导
7、的定义式如下。跨导的定义式如下 gm=ID/VGS VDS=const (单位单位mS)(动画动画4-6)ID=f(VGS)VDS=const 场效应管的转移特场效应管的转移特性可以用下面公式近似性可以用下面公式近似表示:表示:图图4.8 漏极输出特性曲线漏极输出特性曲线 当当VGSVGS(th),且固定为某一值时,且固定为某一值时,VDS对对ID的影响,的影响,即即ID=f(VDS)VGS=const,这一曲线称为这一曲线称为漏极输出特性曲线漏极输出特性曲线。2漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用(2)(2)N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET 当当VGS0时,将使时,将使ID进一步增加。进
8、一步增加。VGS0时,时,随着随着VGS的减小漏极电流逐渐减小,直至的减小漏极电流逐渐减小,直至ID=0。对应对应ID=0的的VGS称为夹断电压,用符号称为夹断电压,用符号VGS(off)表示,有时表示,有时也用也用VP表示。表示。N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET的转移特性曲的转移特性曲线如图线如图4.9(b)所示。所示。N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET的结构和符号如图的结构和符号如图4.9(a)所示,它是在栅极下方的所示,它是在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入绝缘层中掺入了大量的金属正离子。所以当了大量的金属正离子。所以当VGS=0时,这些正离时,这些正离子已经感应出反型层,在漏源之间形成
9、了沟道。子已经感应出反型层,在漏源之间形成了沟道。于是只要有漏源电压,就有漏极电流存在。于是只要有漏源电压,就有漏极电流存在。(a)结构示意图结构示意图 (b)转移特性曲线转移特性曲线 图图4.9 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET的结构的结构 和转移特性曲线和转移特性曲线 (3)(3)P沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET P沟道沟道MOSFET的工作原理与的工作原理与N沟道沟道MOSFET完全相同,只不过导电的载流子不完全相同,只不过导电的载流子不同,供电电压极性不同而已。这如同双极型同,供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有三极管有NPN型和型和PNP型一样。型一样。4.2 4.2 结型
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