场效应管MOS概要ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1.4,场效应管,BJT,是一种,电流控制元件,(,i,B,i,C,),，,工作时，多子和少子都参与运行，所以被称为,双极型器件,。,增强型,耗尽型,N,沟道,P,沟道,N,沟道,P,沟道,N,沟道,P,沟道,FET,分类：,绝缘栅场效应管,结型场效应管,场效应管（,Field Effect Transistor,，,FET,）,是,电压控制器件,(,u,GS,i,D,),，,工作时，只有一种载流子参与导电：,单极型器件,。,FET,因制造工艺简单，功耗小，温度特性好，输入电阻极高等优点，得到了广泛应用。,一、,JFET,的结构、符号、工作原理,#,符号中的箭头方向表示什么？,表示栅结正偏时，栅极电流方向是由栅极的,P,区指向,N,沟道。,N,P,+,P,+,D,S,G,D,G,S,D,G,S,b,c,e,PN,结,栅极,漏极,源极,N,沟道,JFET,的电路符号,导电沟道,P,沟道,JFET,P,N,+,N,+,D,S,e,漏极,源极,P,沟道,JFET,的电路符号,#,FET,和,BJT,的电极对应关系：,G-b,；,D-c,；,S-e,；,#,因,FET,结构对称，漏极和源极可互换使用。（,BJT,不能）,注意：,JFET,工作时，必须使栅极,-,沟道间的,PN,结反偏。,G,N,P,+,P,+,D,S,因栅极,沟道间的,PN,结反偏,，,栅极电流,i,G,0,；,栅极不取电流,。,栅极输入阻抗高达,10,7,以上。,在,D-S,间加一个正电压,u,DS,0,N,沟道中的多子在电场作用下由,S,向,D,漂移运动，形成漏极电流,i,D,，,i,D,i,G,i,D,的,大小受,u,GS,的控制。,下面主要讨论,u,GS,对,i,D,的,控制作用以及,u,DS,对,i,D,的影响。,*,FET,的,“,栅极不取电流”,这一点很重要，可给分析带来方便,FET,三个电极的电流关系为：,i,G,0,；,i,D,i,S,。,N,沟道,JFET:,P,沟道,JFET:,只有一种载流子（多子）参与导电；,（,1,）栅源电压对沟道的控制作用,在栅源间加负电压,u,GS,，令,u,DS,=0,当,u,GS,=0,时，为一个平衡,PN,结，导电沟道最宽。,当,u,GS,时，,PN,结反偏，耗尽层变宽，导电沟道变窄，沟道电阻增大。,当,u,GS,到一定值时，沟道会完全合拢。,定义：,夹断电压,U,GS(off,),使导电沟道完全合拢（消失）所需要的栅源电压,u,GS,（,2,）漏源电压对沟道的控制作用,在漏源间加电压,u,DS,，令,u,GS,=0,由于,u,GS,=0,，,所以导电沟道最宽。,当,u,DS,=0,时，,i,D,=0,。,u,DS,i,D,靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，,呈楔形分布。,当,u,DS,，使,u,GD,=,u,G,S,-,u,DS,=,U,GS(off,),时，在靠漏极处夹断,预夹断。,预夹断前，,u,DS,i,D,。,预夹断后，,u,DS,i,D,几乎不变。,u,DS,再，预夹断点下移。,（,3,）栅源电压,u,GS,和漏源电压,u,DS,共同作用,i,D,=,f,（,u,GS,、,u,DS,），可用两组特性曲线描述,沟道预夹断后，,u,DS,当,u,DS,较小时,，,由于沟道较宽，,i,D,随,u,DS,的增大成正比地增大；,回顾：,D,、,S,间的电位梯度使导电沟道呈,楔形,；,u,DS,|,u,GD,|,耗尽层,越宽,当,u,GD,=,u,GS,-,u,DS,=,U,GS(off,),(,负数,),此时两耗尽层在,A,点相遇，,为预夹断状态。,（预夹断方程）,夹断区长度,外电压的增量主要降落在夹断区上。,i,D,趋于饱和，不再随,u,DS,的增加而上升。,u,DS,i,D,0,U,GD,=,U,GS(off,),BU,DS,I,DSS,饱和漏极电流,u,DS,BU,DS,，,PN,结击穿，,i,D,急剧增大。,u,GS,=0,改变的,u,GS,值，得到一簇特性曲线。,-,2V,-,4V,-,6V,即：,u,DS,=,u,GS,-,U,GS(off,),JFET,的输出特性曲线,二、,JFET,的特性曲线,u,DS,i,D,0,0,-,4,-,1,-,2,-,3,u,GS,=,u,DS,1.,输出特性曲线,可变电阻区,恒流区（饱和区、线性区）,击穿区,截止区（全夹断区）,I,DSS,可变电,阻区,恒流区,击,穿,区,截止区,U,GS(off,),沟道电阻受栅源电压控制。,JFET,作放大器件时应工作在恒流区。,D,G,S,i,D,受,u,GS,控制，,i,D,基本不受,u,DS,的影响。,BU,DS,u,GS,u,GS(off,),在数字逻辑电路中,FET,工作在可变电阻区或截止区。,D,G,S,u,DS,0,0,4,1,2,3,u,GS,=,I,DSS,可变电,阻区,恒流区,击,穿,区,i,D,u,DS,截止区,U,GS(off,),u,GS,u,GS(off,),P,沟道,JFET,的输出特性：,要求：,u,GS,0;,u,DS,0,G,P,+,P,+,D,S,P,电流由,S,流向,D,N,沟道,JFET,各工作区的条件：,截止区,可变电阻区,预夹断状态,恒流区,电源极性,u,GS,u,GD,/,u,GS,0;,u,DS,0,u,GS,u,GS(off,),u,GS(off),u,GS(off,),u,GD,=,u,GS(off,),u,GD,u,GS(off),P,沟道,JFET,各工作区的条件：,截止区,可变电阻区,预夹断状态,恒流区,电源极性,u,GS,u,GD,/,u,GS,0;,u,DS,0,u,GS,u,GS(off,),0,u,GS,u,GS(off,),u,GD,=u,GS(off),u,GD,u,GS(off,),例题：,+8V,-,2V,+8V,-,5V,-,8V,截止区,u,GS,u,GS(off,),u,GD,=,-,10V,u,GS(off,),恒流区,u,GS,2V,u,GS,5V,u,GS(off,),u,GS,u,GS(off,),恒流区,已知,FET,各极电位，如何判断管子的工作状态？,认清器件类型：,N,沟道,/P,沟道,看,u,GS,与夹断电压,u,GS,(0ff),的关系,看,u,GD,与夹断电压,u,GS,(0ff),的关系,2.,转移特性,（,FET,工作在恒流区）,表示漏源电压一定时，栅源电压,u,GS,对漏极电流,i,D,的控制作用。,曲线方程为：,0,2,4,6,4,12,20,U,GS,=0V,-,1,-,2,-,3,-,4,U,GS,(off),-4,-1,-2,-3,0,2,4,6,转移特性曲线,I,DSS,1.4.2,绝缘栅型场效应管（,IGFET,）,（,a,）增强型,N,沟道,MOSFET,（,b,）增强型,P,沟道,MOSFET,（,c,）耗尽型,N,沟道,MOSFET,（,c,）耗尽型,P,沟道,MOSFET,当,u,GS,=0,时，没有导电沟道,当,u,GS,=0,时，就存在导电沟道,G,D,S,（a）,G,D,S,（b）,G,D,S,（c）,G,D,S,（d）,B,B,B,B,P 型衬底,1,、,N,沟道增强型,MOSFET,一、结构、符号、工作原理,N,+,N,+,G,B,G,D,S,B,S,D,在分立元件中，衬底一般与源极相接，封装后有三个电极。,箭头方向表示由,P,型衬底指向,N,型沟道,G,与,S,、,D,之间均无电接触，称为绝缘栅型场效应管。,二氧化硅绝缘层,输入阻抗：,（栅极不取电流,）,因栅极绝缘，输入阻抗比,JFET,还高，,R,GS,10,10,i,G,=0,；,i,D,i,S,绝缘：,三个电极的电流关系：,P 型衬底,G,S,D,B,N,+,N,+,工作原理,1,、当,u,GS,=0,时，无论,D,、,S,间加何种极性的电压，其间的,PN,结总有一个处于反偏，无导电沟道，,i,D,=0,。,2,、,若,u,DS,=0,时，,u,GS,0,，,G,到,B,电场,吸引电子排斥空穴,当,u,GS,U,GS(th),(,反型层,),u,GS,反型层,沟道电阻,若在,DS,间加一个正电压，则,i,D,形成,N,型薄层,u,GS(th),开启电压（重要参数）,DS,间形成导电沟道,u,GS,对,i,D,有,控制作用。,（为增强型,MOSFET,）,结论：,栅源电压通过改变半导体表面感生电荷的多少来改变沟道电阻从而控制漏极电流的大小，也是,“,电压控制电流器件”,。,3,、当导电沟道形成后，,u,DS,对,i,D,的影响。,u,DS,较小时,，,满足条件,u,GD,=,u,GS,-,u,DS,U,GS(th),此时沟道连续，,i,D,u,DS,G,S,D,P 型衬底,B,N,+,N,+,随,u,DS,的增大，漏端沟道明显变窄，,此时沟道预夹断。,沟道夹断后，,u,DS,上升，,i,D,趋于饱和,。,由于,D,、,S,间存在电位差，,D,端高，,S,端低，所以导电沟道呈楔形。,（预夹断方程）,u,DS,i,D,0,u,GS,u,GS(th,),BU,DS,6V,当,u,GD,=,u,GS,-,u,DS,U,GS(,th,),5V,4V,u,DS,BU,DS,，,PN,结击穿，,i,D,急剧增大。,改变的,u,GS,值，得到一簇特性曲线。,二、特性曲线和主要参数,u,GS,0;,u,DS,0,要求：,i,D,u,DS,0,4V,3V,2V,5V,1.,输出特性,可变电,阻区,恒流区,击,穿,区,截止区,u,GS,=,U,GS(th),u,GD,=,u,GS(th,),预夹断,BU,DS,N,沟道增强型,MOSFET,各工作区的条件：,恒流区,可变电阻区,预,夹断状态,截止区,/,u,GD,u,GS,电源极性,u,GS,0;,u,GS,u,GS(th,),u,GD,=,u,GS(th,),u,GD,u,GS(th,),u,GD,0,2.,转移特性曲线,i,D,u,DS,0,5V,4V,3V,2V,10V,i,D,u,GS,0,U,GS(th),I,DO,2,U,GS(th),（恒流区）,转移特性曲线的方程：,3.,主要参数,（,1,）开启电压,U,GS(th,),：,（,2,）漏极输出电阻,r,d,：,（,3,）低频跨导,g,m,：,1,、结构和工作原理,二、,N,沟道耗尽型,MOSFET,G,S,D,P 型衬底,B,N,+,N,+,+,+,+,+,+,+,G,D,S,B,1,）当,u,GS,=0,时，正离子使导电沟道形成。,2,）当,u,GS,0,，,沟道加宽,；,u,GS,0,，,沟道变窄。,3,）当,u,GS,负值达到一定的数值时，沟道消失，此时的,u,GS,=,U,GS(off),0,，,沟道加宽,；,u,GS,0,，,沟道变窄。,3,）当,u,GS,负值达到一定的数值时，沟道消失，此时的,u,GS,=,U,GS(off),0,为管子的夹断电压。,4,）,u,DS,对,i,D,的影响与增强型,MOSFET,相似。,2,、特性曲线,i,D,u,DS,0,0.2V,0V,-,0.3V,可变电,阻区,恒流区,击,穿,区,截止区,-,0.6V,0.4V,输出特性曲线,U,GS(off,),2,、特性曲线,i,D,u,DS,0,0.2V,0V,-,0.3V,可变电,阻区,恒流区,击,穿,区,截止区,-,0.6V,0.4V,输出特性曲线,U,GS(off,),i,D,u,GS,0,U,GS(