清华模电场效应管.pptx

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1、会计学1清华模电场效应管清华模电场效应管UDS决定耗尽层的楔形程度决定耗尽层的楔形程度UGS决定沟道的宽窄度决定沟道的宽窄度UDS、UGS同时作用同时作用工作原理工作原理第1页/共26页结型场效应管的工作原理结型场效应管的工作原理当当 （即（即 、短路）时，短路）时，控制导电沟道的宽窄控制导电沟道的宽窄。时，对导电沟道的控制作用 第2页/共26页当当 且且 时，耗尽层很窄，导电沟道最宽。时，耗尽层很窄，导电沟道最宽。(b)(b)当当 增大时，耗尽层加宽，导电沟道变窄，沟道电阻增大。增大时，耗尽层加宽，导电沟道变窄，沟道电阻增大。(c)(c)当当 增大到某一数值时，耗尽层闭合，沟道消失，沟道电阻

2、趋于无穷大，此时增大到某一数值时，耗尽层闭合，沟道消失，沟道电阻趋于无穷大，此时 值为值为夹断电压夹断电压 。(a)(a)第3页/共26页当当 固定时，固定时，决定决定耗尽层的楔形程度耗尽层的楔形程度。若若 ，电流，电流 从漏极流向源极，从而使沟道中各点与栅极间的电压不再相等，而是沿沟道从源极到漏极逐渐增大，造成靠近漏极一边的耗尽层比靠近源极一边宽，沟道呈从漏极流向源极，从而使沟道中各点与栅极间的电压不再相等，而是沿沟道从源极到漏极逐渐增大，造成靠近漏极一边的耗尽层比靠近源极一边宽，沟道呈楔形楔形。（a）（b）（c）且且 第4页/共26页 栅漏电压栅漏电压 ，所以当，所以当 逐渐增大时，逐渐增

3、大时，逐渐减小，靠近漏极一边的导电沟道必将随之变窄。逐渐减小，靠近漏极一边的导电沟道必将随之变窄。一旦一旦 的增大使的增大使 等于等于 ，则漏极一边的耗尽层就会出现夹断，如图，则漏极一边的耗尽层就会出现夹断，如图 (b)(b)所示，所示，为为预夹断预夹断。若若 继续增大，则继续增大，则 ，耗尽层闭合部分将沿沟道延伸，即夹断区加长，如图，耗尽层闭合部分将沿沟道延伸，即夹断区加长，如图 (c)(c)所示。所示。因此，当因此，当 时，时，增大增大 几乎不变，即几乎不变，即 几乎仅仅决定于几乎仅仅决定于 ，表现出，表现出 的的恒流性和受控性恒流性和受控性。第5页/共26页（1）转移特性及特征方程转移特

4、性及特征方程 当当UGS=0时，时，N沟道最宽，沟道最宽，ID最大，记作最大，记作IDSS，称，称最大饱和漏电流最大饱和漏电流。当当UGS0时，两个耗尽层加厚，时，两个耗尽层加厚，ID成指数规律下降，其特征方程为成指数规律下降，其特征方程为 当当 时，时，N沟道被夹断，沟道被夹断，ID0，管子截止。，管子截止。2 2 结型场效应管的特性曲线结型场效应管的特性曲线第6页/共26页NJFET的特性曲线的特性曲线（2 2）漏极特性漏极特性可变电阻区、可变电阻区、漏极特性与漏极特性与BJT管的输出特性相仿，也分为三个区管的输出特性相仿，也分为三个区 饱和区、饱和区、击穿区击穿区 第7页/共26页PJF

5、ETPJFET的特性曲线的特性曲线 第8页/共26页N沟道结型场效应管的结构示意图沟道结型场效应管的结构示意图(a)N(a)N沟道管沟道管 (b)P(b)P沟道管沟道管 结型场效应管的符号结型场效应管的符号 第9页/共26页二、绝缘栅场效应管（二、绝缘栅场效应管（MOS管）管）JFET的缺点的缺点 MOS管的特点管的特点 绝缘栅型场效应管的栅极与源极、栅极与漏极之间均采用绝缘栅型场效应管的栅极与源极、栅极与漏极之间均采用SiO2绝缘层隔离，栅极为金属铝，故又称为绝缘层隔离，栅极为金属铝，故又称为MOS管管。MOS管分为四种类型：管分为四种类型：N沟道耗尽型管、沟道耗尽型管、N沟道增强型管、沟道

6、增强型管、P沟道耗尽型管和沟道耗尽型管和P沟道增强型管沟道增强型管。输入阻抗高、栅源电压可正可负、耐高温、易集成。输入阻抗高、栅源电压可正可负、耐高温、易集成。第10页/共26页（1）结构与符号）结构与符号 1 N沟道耗尽型绝缘栅场效应管沟道耗尽型绝缘栅场效应管绝缘栅绝缘栅N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管的结构与符号管的结构与符号 B端为衬底，与源极短接在一起。端为衬底，与源极短接在一起。第11页/共26页（2）N沟道的形成沟道的形成N沟道的形成与外电场对沟道的形成与外电场对N沟道的影响沟道的影响 控制原理分四种情况讨论：控制原理分四种情况讨论：时，来源于外电场时，来源于外电场UGS正极的正电荷

7、使正极的正电荷使SiO2中原有的正电荷数目增加，由于静电感应，中原有的正电荷数目增加，由于静电感应，N沟道中的电子随之作同等数量的增加，沟道变宽，沟道电阻减小，漏电流成指数规律的增加。沟道中的电子随之作同等数量的增加，沟道变宽，沟道电阻减小，漏电流成指数规律的增加。第12页/共26页（2）N沟道的形成沟道的形成N沟道的形成与外电场对沟道的形成与外电场对N沟道的影响沟道的影响 时，时，N沟道已经存在，因此沟道已经存在，因此 不为零，仍记以不为零，仍记以IDSS，但不是最大值。，但不是最大值。第13页/共26页 时，来源于外电场负极上的负电荷抵消一部分时，来源于外电场负极上的负电荷抵消一部分SiO

8、2中原有的正电荷，使其数目减少，沟道变窄，沟道电阻增加，从而漏电流中原有的正电荷，使其数目减少，沟道变窄，沟道电阻增加，从而漏电流ID成指数规律减小。成指数规律减小。第14页/共26页 时，时，SiO2层中的正电荷全部被负电源中和，层中的正电荷全部被负电源中和，N沟道中电子全部消失，也就是说沟道中电子全部消失，也就是说N沟道不存在了，沟道电阻为无穷大，漏电流沟道不存在了，沟道电阻为无穷大，漏电流 ，管子截止，管子截止(夹断夹断)。综上所述，综上所述，MOS管与管与J型管的导电机理不同型管的导电机理不同。J型管利用耗尽区的宽窄度控制漏流型管利用耗尽区的宽窄度控制漏流 ；而；而MOS管是利用感应电

9、荷的多少改变导电沟道的性质，从而达到控制管是利用感应电荷的多少改变导电沟道的性质，从而达到控制 的目的。的目的。第15页/共26页（3 3）特性曲线及工作原理）特性曲线及工作原理 转移特性转移特性 (a)转移特性；(b)漏极特性漏极特性漏极特性 (d)(d)(c)(c)时时 (b)(b)时时 (a)(a)时时 MOSMOS管的漏极特性与管的漏极特性与J J型管类似型管类似。对对N N沟道也有楔形影响。沟道也有楔形影响。越大，越大，N N沟道的楔形程度越严重。沟道的楔形程度越严重。一定，楔形一定。改变一定，楔形一定。改变 大小可改变大小可改变N N沟道的宽窄度，沟道的宽窄度，从正到负，即漏极特性

10、曲线由上而下，反映从正到负，即漏极特性曲线由上而下，反映 对对 的控制作用。的控制作用。第16页/共26页*2 N沟道增强型绝缘栅场效应管沟道增强型绝缘栅场效应管（1）结构与符号）结构与符号 增强型增强型的特点的特点 在在N沟道的形成上有所不同，增强型管子的沟道的形成上有所不同，增强型管子的N沟道只当外加电场沟道只当外加电场uGS0时才能存在，而当时才能存在，而当uGS=0时，时，N沟道就不存在了。沟道就不存在了。第17页/共26页（2 2）工作原理）工作原理N沟道增强型沟道增强型MOS管导电沟道的形成管导电沟道的形成(a)0UGSUGS(th)出现耗尽层 (b)UGSUGS(th)出现N型沟

11、道开启电压开启电压 是指在是指在 为常量情况下，使为常量情况下，使 大于零所需要的最小大于零所需要的最小 值。值。第18页/共26页（3）特性曲线）特性曲线输出特性上也分为输出特性上也分为可变电阻区、饱和区、夹断区和击穿区。可变电阻区、饱和区、夹断区和击穿区。ID与与UGS之间的关系之间的关系:ID0是是 时的时的ID值。值。第19页/共26页增强型增强型NMOS管的特性曲线管的特性曲线(a)输出特性；(b)转移特性第20页/共26页*3 P沟道绝缘栅场效应管沟道绝缘栅场效应管(PMOS管管)增强型增强型PMOS管的结构示意图管的结构示意图 第21页/共26页三、场效应管的主要参数三、场效应管

12、的主要参数1 1 直流参数直流参数击穿电压击穿电压夹断电压夹断电压开启电压开启电压饱和漏电流饱和漏电流直流输入电阻直流输入电阻第22页/共26页2 2 微变等效电路及其参数微变等效电路及其参数低频跨导低频跨导 的定义式为的定义式为 是转移特性曲线上某一点的切线的斜率，是转移特性曲线上某一点的切线的斜率，与切点的位置密切相关。与切点的位置密切相关。第23页/共26页在漏极特性上确定在漏极特性上确定gm在转移特性上求在转移特性上求gm 用计算法求用计算法求gm 第24页/共26页四、场效应管和双极型三极管的比较四、场效应管和双极型三极管的比较 1 1 场效应管是场效应管是电压控制元件电压控制元件，

13、而双极型三极管则是，而双极型三极管则是电流控制元件电流控制元件。2 2 场效应管是利用场效应管是利用多数载流子导电多数载流子导电(例如例如N N型硅中的自由电子型硅中的自由电子)，而双极型三极管，而双极型三极管既利用多数载流子又利用少数载流子既利用多数载流子又利用少数载流子。3 3 场效应管的噪声系数比三极管要小场效应管的噪声系数比三极管要小。4 4 有些场效应管的源极和漏极可以互换有些场效应管的源极和漏极可以互换。5 5 场效应管能场效应管能在很小的电流、很低的电压条件下工作在很小的电流、很低的电压条件下工作。6 6 场效应管的场效应管的工作频率较低工作频率较低，不适合高频运用。，不适合高频运用。第25页/共26页