23场效应管及其基本应用幻灯片.pptxVIP

2.3场效应管及其基本应用引言场效应管 FET (Field Effect Transistor)类型：结型 JFET (Junction Field Effect Transistor)金属-氧化物-半导体场效应管（简称MOSFET，即Metal-Oxide-Semiconductor type Field Effect Transistor)特点：1. 单极型器件(一种载流子导电)2. 输入电阻高(107 ? 1015 ?，MOS 可高达 1015 ?)3. 工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低S D2.3.1 场效应管的结构、符号及其工作原理GN+N+DBG耗尽层BS一、 N 沟道增强型MOSFET1. 结构与符号S — 源极 Source在硅片表面生一层薄 SiO2 绝缘层在绝缘层上喷金属铝引出栅极 G用金属铝引出源极 S 和漏极 D用扩散的方法制作两个 N 区G — 栅极 Gate P 型衬底(掺杂浓度低)D — 漏极 Drain2. 工作原理反型层(沟道)1当 UGS = 0 ，DS 间为两个背对背的 PN 结；当 0 UGS UGS(th)(开启电压)时，GB 间的垂直电场吸引 P 区中电子形成离子区(耗尽层)；2当 uGS ? UGS(th) 时，衬底中电子被吸引到表面，形成导电沟道。 uGS 越大沟道越厚。3场效应管通过控制输入电压UGS，可以控制输出电流ID的有无或大小，具有压控电流作用。iD /mAiD /mA8 V43216 V4 VuGS = 2 VuGS /VuDS /V2 4 63.伏安特性（2）输出特性（1） 转移特性可变电阻区UDS = 10 V恒流区 饱和区放大区开启电压UGS (th)O截止区OuDS uGS ? UGS(th)可变电阻区当 uGS UGS(th) 时：uDS?? iD ?，直到预夹断uDS?，iD 不变饱和(放大区)?uDS 加在耗尽层上，沟道电阻不变uGS = 2UGS(th) 时的 iD 值uGS ? UGS(th) 全夹断 iD = 0 截止区iD /mAuGS /ViD /mA2 VD0 V? 2 VuGS = ? 4 VBuDS /VGOS二、N 沟道耗尽型 MOSFET Sio2 绝缘层中掺入正离子在 uGS = 0 时已形成沟道；在 DS 间加正电压时形成 iD，uGS ? UGS(off) 时，全夹断。饱和漏极电流IDSS夹断电压OUGS(off)输出特性转移特性当 uGS ? UGS(off) 时，DDBBGGSS三、P 沟道 MOSFET增强型耗尽型四、结型场效应管1. 结构与符号P 沟道 JFETN 沟道 JFETiD /mAiDUGS(th)uGS /V2 – 2 OiD /mAiDiDUGS(off)uGS /VD5– 5ODDiD /mABiDDiDDGIDSSSUGS(off)GGBSBuGS /VSGG– 5O5SSFET 符号、特性的比较DiDBGSN 沟道增强型P 沟道增强型IDSSN 沟道耗尽型P 沟道耗尽型N 沟道结型P 沟道结型iD /mAIDSS2.3.2 场效应管的主要参数uGS /VOUGS(off)开启电压 UGS(th)(增强型) 夹断电压 UGS(off)(耗尽型) 指 uDS = 某值，使漏极电流 iD 为某一小电流时的 uGS 值。UGS(th)2. 饱和漏极电流 IDSS耗尽型场效应管，当 uGS = 0 时所对应的漏极电流。3. 直流输入电阻 RGS　指漏源间短路时，栅、源间加反向电压呈现的直流电阻。JFET：RGS 107 ?MOSFET：RGS = 109 ? 1015??iD /mAQuGS /V4. 低频跨导 gm 反映了uGS 对 iD 的控制能力，单位 S(西门子)。一般为几毫西 (mS)O5. 漏源动态电阻 rds6. 最大漏极功耗 PDMPDM = uDS iD，受温度限制。2.3.3 场效应管的基本应用一、放大电路的工作原理1. 电路组成iDC2VGG 栅极直流电源RG 栅极电阻VDD 漏极直流电源RD 漏极直流负载电阻C1 C2 隔直耦合电容○+DC1+uDS?GRDuoS+ RGuGS+ – + – uiVDD–+ – VGG–○共源放大电路iDiDOiduGS/VO tOtuGS/V3.信号的放大2. 静态工作点IDQDRDGIDQQSRG+?+?VGGVDDUGSQ直流通路uiidDG+uds?+ugs?rgs gmugsS二、 场效应管的小信号模型及其应用小信号模型从输入端口看入，相当于电阻 rgs(?)。从输出端口看入为受 ugs 控制的电流源。id = gmugs例 2.3.2 ui = 20sin?t