场效应管学习教案

会计学1场效应管场效应管第一页，编辑于星期一：九点 十八分。场效应管是利用电场效应来控制电流大场效应管是利用电场效应来控制电流大小，与双极型晶体管不同，它是多子导电，小，与双极型晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好、噪声低。输入阻抗高，温度稳定性好、噪声低。结型场效应管结型场效应管JFET.绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管MOS;场效应管有两种场效应管有两种:HOME第1页/共45页第二页，编辑于星期一：九点 十八分。6.4.1 绝缘栅型场效应管的结构和符号绝缘栅型场效应管的结构和符号一一.增强型增强型MOSMOS管结构和电路符号管结构和电路符号PNNGSDP型基底型基底两个两个N区区SiO2绝缘层绝缘层导电沟道导电沟道金属铝金属铝GSDN沟道增强型沟道增强型HOME第2页/共45页第三页，编辑于星期一：九点 十八分。NPPGSDGSDP 沟道增强型沟道增强型HOME第3页/共45页第四页，编辑于星期一：九点 十八分。5第4页/共45页第五页，编辑于星期一：九点 十八分。N 沟道耗尽型沟道耗尽型PNNGSD予埋了导电沟道予埋了导电沟道 GSD二、二、耗尽型耗尽型MOSMOS管结构与电路符号管结构与电路符号HOME第5页/共45页第六页，编辑于星期一：九点 十八分。P 沟道耗尽型沟道耗尽型NPPGSDGSD予埋了导电沟道予埋了导电沟道 HOME第6页/共45页第七页，编辑于星期一：九点 十八分。三、三、MOSMOS管的工作原理管的工作原理PNNGSDUDSUGSUGS=0时时D-S 间总有一个反接的间总有一个反接的PN结结ID=0对应截止区对应截止区HOME第7页/共45页第八页，编辑于星期一：九点 十八分。PNNGSDUDSUGSUGS0时时UGS足够大时（足够大时（UGSVGS(Th)）感应出足够多电子，这里出现以电子导电为主的）感应出足够多电子，这里出现以电子导电为主的N型导电沟道。型导电沟道。感应出电子感应出电子VT称为阈值电压称为阈值电压HOME第8页/共45页第九页，编辑于星期一：九点 十八分。UGS较小时，导电沟道相当于电阻将较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，连接起来，UGS越大此电阻越小。越大此电阻越小。PNNGSDUDSUGSHOME第9页/共45页第十页，编辑于星期一：九点 十八分。PNNGSDUDSUGS当当UDS不太大不太大时，导电沟时，导电沟道在两个道在两个N区间是均匀区间是均匀的。的。当当UDS较大时较大时，靠近，靠近D区区的导电沟道的导电沟道变窄。变窄。HOME第10页/共45页第十一页，编辑于星期一：九点 十八分。PNNGSDUDSUGS夹断后，即使夹断后，即使UDS 继续增加，继续增加，ID仍呈恒流特性仍呈恒流特性。IDUDS增加，增加，UGD=VGS(Th)时，靠近时，靠近D端的沟道被夹断，称为予夹断。端的沟道被夹断，称为予夹断。HOME第11页/共45页第十二页，编辑于星期一：九点 十八分。BVGS=constVDSiDVGS-VGS(TH)预夹断后，预夹断后，夹断点向源极方夹断点向源极方向移动，沟道的向移动，沟道的长度略有减小，长度略有减小，相应的沟道电阻相应的沟道电阻略有减小，结果略有减小，结果漏极电路稍有增漏极电路稍有增大。大。HOME第12页/共45页第十三页，编辑于星期一：九点 十八分。14第13页/共45页第十四页，编辑于星期一：九点 十八分。在集成电路中，许多MOS管都制作在同一衬底上，为了保证衬底与源、漏区之间的PN结反偏，衬底必须接在电路的最低电位上。衬底效应 若某些MOS管的源极不能处在电路的最低电位上，则其源极与衬底极不能相连，其间就会作用着负值的电压VUS,在负值衬底电压VUS作用下，P型硅衬底中的空间电荷区将向衬底底部扩展，空间电荷区中的负离子数增多。可见，VUS和VGS一样，也具有对ID的控制作用，故又称衬底电极为背栅极，不过它的控制作用远比VGS小。实际上，VUS对ID的影响集中反映在对VGS(th)的影响上。VUS向负值方向增大，VGS(th)也就相应增大。因而，在VGS一定时，ID就减小。但是由于VGS不变，即栅极上的正电荷量不变，因而反型层中的自由电子数就必然减小，从而引起沟道电阻增大，ID减小。HOME第14页/共45页第十五页，编辑于星期一：九点 十八分。6.4.2 场效应场效应管的伏安特性及主要参数管的伏安特性及主要参数IDU DS0UGS0NMOS输出特性曲线输出特性曲线非饱非饱和区和区饱和区饱和区截止区截止区1.1.增强型特性曲线增强型特性曲线HOME第15页/共45页第十六页，编辑于星期一：九点 十八分。0IDUGSVTNMOS转移特性曲线转移特性曲线HOME第16页/共45页第十七页，编辑于星期一：九点 十八分。2.2.耗尽型耗尽型特性曲线特性曲线：耗尽型的耗尽型的MOS管管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。转移特性曲线转移特性曲线0IDUGSVTHOME第17页/共45页第十八页，编辑于星期一：九点 十八分。输出特性曲线输出特性曲线IDU DS0UGS=0UGS0HOME第18页/共45页第十九页，编辑于星期一：九点 十八分。DSSI、饱和漏极电流1PU、夹断电压2TU、开启电压3GSR、直流电阻4mg、低频跨导1常量DSUGSDmuigDMP最大允 许大允许耗、1漏极GSBRU)(3、栅源击穿电压DSBRU)(2、漏源击穿电压、极间电容2（1）直流参数）直流参数（2）交流参数）交流参数（3）极限参数）极限参数二.主要参数HOME第19页/共45页第二十页，编辑于星期一：九点 十八分。1.1.结构及符号结构及符号6.4.3 结型场效应管结型场效应管N基底基底：N型半导体型半导体PP两边是两边是P区区G(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极导电沟道导电沟道HOME第20页/共45页第二十一页，编辑于星期一：九点 十八分。22第21页/共45页第二十二页，编辑于星期一：九点 十八分。S源极源极NPPG(栅极栅极)D漏极漏极N沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSDGSHOME第22页/共45页第二十三页，编辑于星期一：九点 十八分。S源极源极PNNG(栅极栅极)D漏极漏极P沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSDGSHOME第23页/共45页第二十四页，编辑于星期一：九点 十八分。2.2.工作原理（以工作原理（以N N沟道为例）沟道为例）UDS=0V时时NGSDUDS=0UGSNNPPIDPN结反偏，结反偏，|UGS|越大则耗尽区越宽，导电沟道越窄。越大则耗尽区越宽，导电沟道越窄。(1)、VDS=0，G、S加负电压：HOME第24页/共45页第二十五页，编辑于星期一：九点 十八分。NGSDUDS=0UGSPPUDS=0时时UGS达到一定值时（达到一定值时（夹断电压夹断电压VP）,耗尽区碰到一起，耗尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即使间被夹断，这时，即使UDS 0V，漏极电流漏极电流ID=0A。IDHOME第25页/共45页第二十六页，编辑于星期一：九点 十八分。NGSDUDSUGS=0UGS=0且且UDS0时耗尽区的形状时耗尽区的形状PP越靠近漏端，越靠近漏端，PN结反压越大结反压越大ID(2)、VGS=0，D、S加正电压：HOME第26页/共45页第二十七页，编辑于星期一：九点 十八分。NGSDUDSNNIDPPUGS越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。但当但当UGS较小时，耗尽区宽度有限，存在导电沟道。较小时，耗尽区宽度有限，存在导电沟道。DS间相当于线性电阻。间相当于线性电阻。(3)、G、S加负电压，D、S加正电压：UGSHOME第27页/共45页第二十八页，编辑于星期一：九点 十八分。NGSDUDSUGSVp且且UDS较大时较大时UGDVP时耗尽区的形状时耗尽区的形状PP沟道中仍是电阻特性，但是是非线性电阻。沟道中仍是电阻特性，但是是非线性电阻。IDUGSHOME第28页/共45页第二十九页，编辑于星期一：九点 十八分。NGSDUDSUGSVp UGD=VP时时PP漏端的沟道被夹断，称为漏端的沟道被夹断，称为予夹断。予夹断。UDS增大则被夹断区向下延伸。增大则被夹断区向下延伸。IDUGSHOME第29页/共45页第三十页，编辑于星期一：九点 十八分。NGSDUDSUGSVp UGD=VP时时PP此时，电流此时，电流ID由未由未被夹断区域中的载被夹断区域中的载流子形成，基本不流子形成，基本不随随UDS的增加而增的增加而增加，呈恒流特性。加，呈恒流特性。IDUGSHOME第30页/共45页第三十一页，编辑于星期一：九点 十八分。32第31页/共45页第三十二页，编辑于星期一：九点 十八分。UGS0IDIDSSVP3.特性曲线特性曲线转移特性曲线转移特性曲线一定一定UDS下的下的ID-UGS曲线曲线2)1(PGSDSSDVVIiHOME第32页/共45页第三十三页，编辑于星期一：九点 十八分。输出特性曲线输出特性曲线UDS0IDIDSSVP饱和饱和漏极漏极电流电流夹断电压夹断电压某一VGS下HOME第33页/共45页第三十四页，编辑于星期一：九点 十八分。予夹断曲线予夹断曲线UGS=0V-2V-1V-3V-4V-5V可变电阻区可变电阻区夹断区夹断区恒流区恒流区输出特性曲线输出特性曲线IDU DS0HOME第34页/共45页第三十五页，编辑于星期一：九点 十八分。非饱和区：)()()()()(212offGSDSoffGSDSoffGSGSDSSDVVVVVVII 是VGS=0时，VGD=VGS(off)的漏极电流DSSI)()(offGSGSDSSoffGSonVVIVR122当VDS很小时，相当于一个线性电阻HOME第35页/共45页第三十六页，编辑于星期一：九点 十八分。37第36页/共45页第三十七页，编辑于星期一：九点 十八分。饱和区：ADSoffGSGSDSSDoffGSGSDSSDVVVVIIVVII11122)()()()(截止区和击穿区的特性与mos管的特性相同等效电路与mos的电路相同ADQdsDSSDQoffGSDSSoffGSGSQoffGSDSSmVIgIIVIVVVIg)()()()(212HOME第37页/共45页第三十八页，编辑于星期一：九点 十八分。P沟道结型场效应管的特性曲线沟道结型场效应管的特性曲线转移特性曲线转移特性曲线UGS0IDIDSSVPHOME第38页/共45页第三十九页，编辑于星期一：九点 十八分。40第39页/共45页第四十页，编辑于星期一：九点 十八分。输出特性曲线输出特性曲线P沟道结型场效应管的特性曲线沟道结型场效应管的特性曲线予夹断曲线予夹断曲线IDU DS2VUGS=0V1V3V4V5V可变电阻区可变电阻区夹断区夹断区恒流区恒流区0HOME第40页/共45页第四十一页，编辑于星期一：九点 十八分。4.主要参数：主要参数：1、夹断电压、夹断电压VP：2、饱和漏极电流、饱和漏极电流IDSS:3、直流输入电阻、直流输入电阻RGS（DC）：栅压除栅流：栅压除栅流4、低频跨导、低频跨导gm:5、输出电阻、输出电阻rd:6、最大漏极电流、最大漏极电流IDM:7、最大耗散功率、最大耗散功率PDM:8、击穿电压：、击穿电压：V（BR）DS、V（BR）GS常数DSvGSDmvig|常数GSvDDSdivr|HOME第41页/共45页第四十二页，编辑于星期一：九点 十八分。结型场效应管的缺点：结型场效应管的缺点：1.栅源极间的电阻虽然可达栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在某些场合仍嫌不够高。以上，但在某些场合仍嫌不够高。3.栅源极间的栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。2.在高温下，在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。HOME第42页/共45页第四十三页，编辑于星期一：九点 十八分。场效应管场效应管三极管三极管电压控制元件电压控制元件栅流基本为0电流控制元件电流控制元件多子导电、单极型多子导电、单极型多子和少子导电，双极型多子和少子导电，双极型温度特性好、噪音小温度特性好、噪音小易受温度影响，噪声较易受温度影响，噪声较大大输出电阻极高（测量放大器输入级）输出电阻极高（测量放大器输入级）使用灵活（漏源互换，栅压可正、可负）使用灵活（漏源互换，栅压可正、可负）对对 应应 关关 系系SeGDbc受外界影响小HOME第43页/共45页第四十四页，编辑于星期一：九点 十八分。1.1.半导体有光敏、热敏和掺杂特性。半导体有光敏、热敏和掺杂特性。结具有单向导电性，结具有单向导电性，P PN N导通，导通，P PN N截止。截止。3.3.二极管的内部就是一个二极管的内部就是一个PNPN结，正向偏置导通，反向偏置截结，正向偏置导通，反向偏置截止。止。4.4.三极管内部有二个三极管内部有二个PNPN结，三极管放大的实质是以很小的基结，三极管放大的实质是以很小的基极电流控制较大的集电极电流。发射结正偏，集电结反偏，三极管极电流控制较大的集电极电流。发射结正偏，集电结反偏，三极管工作在放大状态，在放大状态时工作在放大状态，在放大状态时 I IC CIIB B I IE EI IB BI IC C（1 1）I IB B 5.5.场效应管是以很小的栅源电压控制较大的漏极电流。场效应管是以很小的栅源电压控制较大的漏极电流。场效应管是电压控制元件，三极管是电流控制元件。场效应管是电压控制元件，三极管是电流控制元件。本章小结本章小结第44页/共45页第四十五页，编辑于星期一：九点 十八分。