电工电子学(第三版)PPT+.pptVIP

1.6.1 基本结构和工作原理 1.结构 B G N沟道增强型结构示意图 B D S 图形符号 第1章 上页 下页 返回 第1章 上页 下页 返回 绝缘栅型场效应管的应用最为广泛，这种场效应管又称为金属－氧化物－半导体场效应晶体管（MOS）。metal oxide semi-condutor P沟道 增强型 耗尽型 N沟道 增强型 耗尽型 按其导电类型可将场效应晶体管分为N沟道和P沟道两种，按其导电沟道的形成过程可分为耗尽型和增强型两种。 因而就出现了四种不同形式的场效应晶体管，它们是： 2.工作原理 D与S之间是两个 PN结反向串联，无论 D与S之间加什么极性 的电压，漏极电流均 接近于零。 (1) UGS =0 结构示意图 衬底引线B UDS ID = 0 G D S P型硅衬底 SiO2 栅源电压 UGS 对导电沟道的控制作用 第1章 上页 下页 N+ N+ 返回 (2) UGS 增加 由栅极指向衬底方 向的电场使空穴向下 移动,电子向上移动。 UDS SiO2 G D S B 结构示意图 P型硅衬底 N+ N+ ID = 0 UGS 在P型衬底表面形 成耗尽层。 第1章 上页 下页 返回 (3) UGS 继续增加到开启电压UGS(th) 栅极下P型半导体表 面形成N型导电沟道。 当D、S加上正向电压 后可产生漏极电流ID 。 N+ N+ SiO2 G D S 耗尽层 B P型硅衬底 UGS N型导电沟道 ID 第1章 上页 下页 返回 UDS 由上述讨论可知: UGS愈大，导电沟道愈厚,在UDS电压作用下,电流ID愈 大。即通过改变电压UGS的大小可以改变漏极电流ID的 大小。 随着栅极电压UGS的增加，导电沟道不断增加的场效 管称为增强型场效应管。 场效应管只有一种载流子参与导电,故称为单极型晶 体管。普通晶体管中空穴和电子两种载流子参与导电 称之为双极型晶体管。 上页 第1章 返回 下页 上页 第1章 返回 下页 0 UDS/v 10 20 1 2 3 4 ID / mA UGS = 0 V UGS = -1 V UGS = -2 V UGS = 1 V 可变电阻区 线性放大区 N沟道耗尽型MOS管的特性曲线 ID/mA 0 UGS/V -2 1 2 UDS = 10 V 饱和漏 电流IDSS 输出特性 转移特性 1.6.2 特性曲线和主要参数 夹断电压 UGS（off） 最大漏源击穿电压U(BR)DS 最大漏极电流IDM 最大耗散功率PDM 上页 第1章 返回 下页 增强型NMOS管 UGS 0 ID 开启电压 UGS（th） 0 10 20 1 2 3 4 ID / mA UGS = 3V UGS = 2V UGS = 1 V UGS = 4V 可变电阻区 线性放大区 输出特性 转移特性 UDS/v 最大漏源击穿电压U(BR)DS 最大漏极电流IDM 最大耗散功率PDM 主要参数 上页 第1章 返回 下页 夹断电压UGS(off)：是耗尽型场效应管当ID为一微小电流时的栅源电压。 * 最大漏源击穿电压U(BR)DS:漏极和源极之间的击穿电压。 * 最大漏极电流IDM，最大耗散功率PDM 。 * 低频跨导gm：在UDS为某一固定值时，漏极电流的微小变化和相应的栅源输入电压变化量之比。 * 栅源直流输入电阻RGS：栅源电压UGS和栅极电流IG的比值。 * 开启电压UGS(th)：是增强型场效应管当漏源之间出现导电沟道时的栅源电压。 * 饱和漏电流IDSS：耗尽型场效应管在UGS=0的情况下，当漏源电压大于夹断电压时的漏极电流。 * 第1章 上页 返回 简化模型 B G S D 1.6.3 简化的小信号模型 S D ?UGS + – G gm ?UGS ? ID 由于MOS管的栅源输入电阻很大，故可认为 G、S间是开路的。 说明 Note: 小写字母 i, u, p 表示瞬时值；大写字母 I, U, P 表示直流量 * 4. PN结的单向导电性 P区 N区 内电场 外电场 E I 空间电荷区变窄 P区的空穴进入空间电荷区和一部分负离子中和 N区电子进入空间电荷 区和一部分正 离子中和 扩散运动增强，形成较大的正向电流。 第1章 上页 下页 外加正向电压 返回 外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走 空间电荷区变宽 内电场 外电场 少子越过PN结形成很小的反向电流 IR E 第1章 上页 下页 外加反向电压 N