4.3场效应晶体管及其应用课案

单击此处编辑母版标题样式,(1-,*,),场效应管及其应用,1,场效应管是电压掌握元件,多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。,场效应管及其应用,三极管是电流掌握元件，多数载流子和少数载流子都参与运行，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,场效应管,绝缘栅场效应管,结型场效应管,2,一、绝缘栅场效应管,一、构造和电路符号,P,N,N,G,S,D,P,型基底,两个,N,区,SiO,2,绝缘层,导电沟道,金属铝,G,S,D,N沟道增加型,3,N,沟道耗尽型,P,N,N,G,S,D,预埋了导电沟道,G,S,D,在栅极下方的SiO,2,层中掺入了大量的金属正离子。所以当,u,GS,=0时，这些正离子已经感应出了沟道.,4,N,P,P,G,S,D,G,S,D,P 沟道增加型,5,P,沟道耗尽型,N,P,P,G,S,D,G,S,D,预埋了导电沟道,6,绝缘栅型场效应管构造、符号,7,耗尽型：UGS=0时漏、源极之间已经存在原始导电沟道。,增加型：UGS=0时漏、源极之间才能形成导电沟道。,无论是N沟道MOS管还是P沟道MOS管，都只有一种载流子导电，均为单极型电压掌握器件。,MOS管的栅极电流几乎为零，输入电阻RGS很高,绝缘栅型场效应管构造、符号,8,二、,MOS,管的工作原理,以N 沟道增加型为例,P,N,N,G,S,D,U,DS,U,GS,U,GS,=0,时,D,-,S,间相当于两个反接的,PN,结,I,D,=0,对应截止区,9,P,N,N,G,S,D,U,DS,U,GS,U,GS,0,时,UGS足够大时UGSVGS(th)将P区少子电子聚拢到P区外表，形成导电沟道，假设此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流ID。,感应出电子,V,GS(th),称为电压开启,10,U,GS,较小时，导电沟道相当于电阻将,D-S,连接起来，,U,GS,越大此电阻越小。,P,N,N,G,S,D,U,DS,U,GS,11,U,GS(th),i,D,=,f,(,u,GS,),u,DS,=,常数,三、增加型N沟道MOS管的特性曲线,输出特性曲线,转移特性曲线,12,增加型场效应管不存在原始导电沟道，UGS=0时场效应管不能导通，ID=0。UGS0时会产生垂直于衬底外表的电场。P型衬底与绝缘层的界面将感应出负电荷层，UGS增加，负电荷数量增多，积存的负电荷足够多时，两个N+区沟通，形成导电沟道，漏、源极之间有ID消失。在肯定的漏、源电压UDS下，使管子由不导通转为导通的临界栅、源电压称为开启电压UGS(th)。UGS UGS(th)时，随UGS的增加ID增大。,N沟道增加型场效应管的特性曲线,13,N沟道增加型MOS管的根本特性,uGS UGS(th)，管子截止,uGS UGS(th)，管子导通,uGS 越大，沟道越宽，在一样的漏源电压uDS作用下，漏极电流ID越大,14,四、耗尽型,N,沟道,MOS,管的特性曲线,耗尽型的,MOS,管,U,GS,=0,时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。,转移特性曲线,0,I,D,U,GS,V,GS(off),15,输出特性曲线,I,D,U,DS,0,U,GS,=0,U,GS,0,16,N沟道耗尽型场效应管的特性曲线,耗尽型场效应管存在原始导电沟道，UGS=0时漏、源极之间就可以导电。这时在外加电压UDS作用下的漏极电流称为漏极饱和电流IDSS。UGS0时沟道内感应出的负电荷增多，沟道加宽，沟道电阻减小，ID增大。UGS0时会在沟道内产生出正电荷与原始负电荷复合，沟道变窄，沟道电阻增大，ID减小。UGS到达肯定负值时，沟道内载流子全部复合耗尽，沟道被夹断，ID=0，这时的UGS称为夹断电压UGS(off)。,17,在虚线左边的区域内，漏、源电压UDS相对较小，漏极电流ID随UDS的增加而增加，输出电阻ro较小，且可以通过转变栅、源电压UGS的大小来转变输出电阻ro的阻值，这一区域称为可变电阻区。在虚线右边的区域内，当栅、源电压UGS为常数时，漏极电流ID几乎不随漏、源电压UDS的变化而变化，特性曲线趋于与横轴平行，输出电阻ro很大，在栅、源电压UGS增大时，漏极电流ID随UGS线性增大，这一区域称为放大区。,漏极特性曲线分析,18,一个重要参数跨导,g,m,gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的掌握作用。,在转移特性曲线上，gm为的曲线的斜率。,在输出特性曲线上也可求出gm。,19,场效应管的漏极电流ID受栅、源电压UGS的掌握，即ID随UGS的变化而变化，所以场效应管是一种电压掌握器件。跨导gm表示：,20,N沟道耗尽型MOS管的特点,当uGS=0时，就有沟道，参加uDS，就有iD。,当uGS0时，沟道增宽，iD进一步增加。,当uGS0时，沟道变窄，iD减小。,21,小结,(1)场效应管放大器输入电阻很大。,(2)场效应管共源极放大器(漏极输出)输入输出反相，电压放大倍数大于1；输出电阻=,R,D,。,(3)场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于1且约等于1；输出电阻小。,22,