各种场效应管的原理和特性曲线讲解ppt课件.ppt

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1、为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能主要内容3.0 概述概述3.1 场效应管的场效应管的工作原理工作原理3.2 场效应管场效应管特性曲线特性曲线3.3场效应管的使用场效应管的使用注意事项注意事项3.4场效应管的场效应管的等效电路等效电路3.5场效应管电路的场效应管电路的分析方法分析方法为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会

2、精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能3.0 3.0 概概 述述 场效应管是一种利用电场效应来控制电流的半导体场效应管是一种利用电场效应来控制电流的半导体器件器件,也是一种具有正向受控作用的半导体器件。它也是一种具有正向受控作用的半导体器件。它体积小、工艺简单，器件特性便于控制，是目前制造体积小、工艺简单，器件特性便于控制，是目前制造大规模集成电路的主要有源器件。大规模集成电路的主要有源器件。场效应管与三极管主要区别：场效应管与三极管主要区别：场效应管输入电阻远大于三极管输入电阻。场效应管输入电阻远大于三极管输入电阻。场效应管是单极型器件（场效应管是

3、单极型器件（三极管是双极型器件三极管是双极型器件）。）。场效应管受温度的影响小（场效应管受温度的影响小（只有多子漂移运动形成电流只有多子漂移运动形成电流）为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能一、场效应管的种类一、场效应管的种类按结构不同分为按结构不同分为绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管MOSFET结型场效应管结型场效应管JFETP P沟道沟道N N沟道沟道P P沟道沟道N N沟道沟道P P沟道沟道N N沟道沟道MOS

4、FETMOSFET（按工作方式不同）（按工作方式不同）（按工作方式不同）（按工作方式不同）耗尽型（耗尽型（DMOS）增强型（增强型（EMOS）沟道沟道：指载流子流通的渠道、路径。指载流子流通的渠道、路径。N沟道沟道是指是指以以N型材料构成的区域型材料构成的区域作为载流子流通的路径；作为载流子流通的路径；P沟道沟道指以指以P型材料构成的区域型材料构成的区域作为载流子流通的路径。作为载流子流通的路径。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小

5、学图书室育人功能3.1 场效应管的工作原理场效应管的工作原理 JFET与与MOSFET工工作作原原理理相相似似，它它们们都都是是利利用用电电场场效效应应来来控控制制电电流流，即即都都是是利利用用改改变变栅栅源源电电压压vGS，来来改改变变导导电电沟沟道道的的宽宽度度和和高高度度，从从而而改改变变沟沟道道电电阻阻，最最终终达达到到对对漏漏极极电电流流iD 的的控控制制作作用用。不不同同之之处处仅仅在在于于导导电电沟沟道道形形成成的的原原理理不不同同。(下下面面我我们们以以N沟沟道道JFET、N沟沟道道增增强强型型为例进行分析）为例进行分析）返回返回为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的

6、十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能3.1.2N沟道沟道EMOSFET沟道形成原理沟道形成原理 假设假设VDS=0，讨论讨论VGS作用作用PP+N+N+SGDUVDS=0-+-+VGS形成空间电荷区形成空间电荷区形成空间电荷区形成空间电荷区并与并与并与并与PNPN结相通结相通结相通结相通V VGSGS 衬底表面层中衬底表面层中衬底表面层中衬底表面层中负离子负离子负离子负离子 、电子、电子、电子、电子 V VGSGS 开启电压开启电压开启电压开启电压V VGS(th

7、)GS(th)形成形成形成形成N N型导电沟道型导电沟道型导电沟道型导电沟道表面层表面层表面层表面层 n np pV VGSGS越大越大越大越大，反型层中反型层中反型层中反型层中n n 越多越多越多越多，导电能力越强导电能力越强导电能力越强导电能力越强。反型层反型层反型层反型层返回返回返回返回为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能3.2 场效应管的伏安特性曲线场效应管的伏安特性曲线（以（以（以（以NEMOSFETNEM

8、OSFET为例）为例）为例）为例）由于场效应管的栅极由于场效应管的栅极由于场效应管的栅极由于场效应管的栅极电流为零，故不讨论输电流为零，故不讨论输电流为零，故不讨论输电流为零，故不讨论输入特性曲线。入特性曲线。入特性曲线。入特性曲线。共源组态特性曲线：共源组态特性曲线：共源组态特性曲线：共源组态特性曲线：ID=f(VGS)VDS=常数常数转移特性转移特性转移特性转移特性：ID=f(VDS)VGS=常数常数输出特性输出特性输出特性输出特性：+TVDSIG 0VGSID+-转移特性与输出特性反映场效应管同一物理过程，转移特性与输出特性反映场效应管同一物理过程，转移特性与输出特性反映场效应管同一物理

9、过程，转移特性与输出特性反映场效应管同一物理过程，它们之间可以相互转换。它们之间可以相互转换。它们之间可以相互转换。它们之间可以相互转换。NDMOSFETNDMOSFET的特性曲线的特性曲线的特性曲线的特性曲线NJFETNJFET的特性曲线的特性曲线的特性曲线的特性曲线为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能 V VDSDS极性取决于沟道类型极性取决于沟道类型极性取决于沟道类型极性取决于沟道类型N N沟道：沟道：沟道：沟

10、道：V VDSDS00，P P沟道：沟道：沟道：沟道：V VDSDS00ID(mA)VGS(V)VGS(th)VGS(th)VGS(off)VGS(th)VGS(th)VGS(off)P沟道沟道沟道沟道：VDS0 ID(mA)VGS(V)结型结型结型结型结型结型结型结型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型增强型增强型增强型增强型增强型增强型增强型增强型增强型增强型MOS管管：VGS与与VDS极性相同极性相同。耗尽型耗尽型MOS管管：VGS取值任意取值任意。结型结型FET管管：VGS与与VDS极性相反极性相反。返回返回为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学

11、习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能3.3场效应管的使用注意事项场效应管的使用注意事项 由于由于MOS管管COX X很小，因此当带电物体（或人）靠近金很小，因此当带电物体（或人）靠近金属栅极时，感生电荷在属栅极时，感生电荷在SiO2绝缘层中将产生很大的电压绝缘层中将产生很大的电压VGS(=Q/COX)，使，使绝缘层绝缘层击穿，造成击穿，造成MOS管永久性损坏管永久性损坏。MOS管保护措施管保护措施：分立的分立的MOS管：管：各极引线短接、烙铁外壳接地各极引线短接、烙铁外壳接地。MO

12、S集成电路集成电路：TD2D1D1D2一方面限制一方面限制VGS间间最大电压，同时对感最大电压，同时对感 生生电荷起旁路作用。电荷起旁路作用。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能3.4场效应管的等效电路场效应管的等效电路q 3.4.1FET直流简化电路模型直流简化电路模型直流简化电路模型直流简化电路模型(与三极管相对照与三极管相对照与三极管相对照与三极管相对照)场效应管场效应管G、S之间开路之间开路 ，IG 0。三极

13、管发射结由于正偏而导通，等效三极管发射结由于正偏而导通，等效为为VBE(on)。FET输出端等效为输出端等效为压控压控电流源电流源，ID受受VGS控制控制。三极管输出端等效为三极管输出端等效为流控流控电流源电流源，满足满足IC=IB。SGDIDVGSSDGIDIG 0ID(VGS)+-VBE(on)ECBICIBIB+-具体电路分析具体电路分析具体电路分析具体电路分析小信号等效电路小信号等效电路小信号等效电路小信号等效电路为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学

14、图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能3.5场效应管电路的分析方法场效应管电路的分析方法 场场效效应应管管电电路路分分析析方方法法与与三三极极管管电电路路分分析析方方法法相相似似，可可以以采采用用估估算算法法分分析析电电路路直直流流工工作作点点；采用采用小信号等效电路法小信号等效电路法分析电路动态指标。分析电路动态指标。场效应管估算法分析思路与三极管相同，只是场效应管估算法分析思路与三极管相同，只是由于两种管子工作原理不同，从而使外部工作条件由于两种管子工作原理不同，从而使外部工作条件有明显差异。因此用估算法分析场效应管电路时，有明显差异。因此用估算法分析场效应管电路时，一定要注意自身特点

15、。一定要注意自身特点。q 估算法估算法为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能 MOS管截止模式判断方法管截止模式判断方法假定假定MOS管工作在放大模式管工作在放大模式：放大模式放大模式非饱和模式非饱和模式（需重新计算（需重新计算Q点点）N沟道管沟道管：VGSVGS(th)截止条件截止条件 非饱和与饱和（放大）模式判断方法非饱和与饱和（放大）模式判断方法非饱和与饱和（放大）模式判断方法非饱和与饱和（放大）模式判断方法a)

16、a)由直流通路写出管外电路由直流通路写出管外电路VGS与与ID之间关系式之间关系式。c)c)联立解上述方程，选出合理的一组解联立解上述方程，选出合理的一组解。d)d)判断电路工作模式判断电路工作模式：若若|VDS|VGSVGS(th)|若若|VDS|VGSVGS(th)|b)b)利用饱和区数学模型利用饱和区数学模型：为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能q 小信号等效电路法小信号等效电路法场效应管小信号等效电路分法与三

17、极管相似。场效应管小信号等效电路分法与三极管相似。利用微变等效电路分析交流指标。利用微变等效电路分析交流指标。画交流通路画交流通路 将将FETFET用小信号电路模型代替用小信号电路模型代替 计算微变参数计算微变参数gm、rds注：具体分析将在第四章中详细介绍。注：具体分析将在第四章中详细介绍。返回返回为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能充分发挥中小学图书室育人功能q 场效应管与三极管性能比较场效应管与三极管性能比较 项目项目器件器件电极名称电极名称工作区工作区导导电电类类型型输输入入电电阻阻跨跨导导三三极极管管e e极极b b极极c c极极放放大大区区饱饱和和区区双双极极型型小小大大场效场效应管应管s s极极g g极极d d极极饱饱和和区区非饱非饱和区和区单单极极型型大大小小