场效应晶体管培训ppt课件

场效应晶体管 场效应管的特点 结型场效应管 绝缘栅场效应管 第四章 精* 绝缘栅场效应管 结型场效应管 第四节 场效应晶体管简称场效应管，用FET来表示 （Field Effect Transistor）。 精* 一、绝缘栅场效应管 绝缘栅场效应管是一种金属—氧化物—半导体场效应管，简称MOS管。 MOS管 按工作 方式分 类 增强型MOS管 耗尽型MOS管 N沟道P沟道 N沟道 P沟道 第四节 精* （一）N沟道增强型MOS管的结构和工作原理 NN b-衬底引线 s g d P衬底 b SiO2绝缘层 g-栅极S-源极d-漏极 N型区 g g s s d d b b 箭头方向是区别N 沟道与P沟道的标 志 第四节 N沟道 P沟道 铝 精* 2.工作原理 （1）感生沟道的形成 在电场的作用下，可以把P型衬底表面层中多数载流子空穴全部排斥 掉，形成空间电荷区。 当uGS增加到某一临界电压(UT)值时，吸引足够多的电子，在P型半导 体的表面附近感应出一个N型层,形成反型层—漏源之间的导电沟道。 开始形成反型层的uGS称为开启电压(UT)。uGS越高，电场越强，感 应的电子越多，沟道就越宽。 uGS g b 自由电子 反型层 耗尽区 第四节 绝缘栅场效应管是利用电场效应来改变导电通道的宽窄，从而 控制漏-源极间电流的大小。 栅极和源极之间加正向电压 耗尽区 铝 SiO2 衬底 P型硅 g b uGS 受主离子 空穴 精* （2）栅源电压uGS对漏极电流iD的控制作用 在栅源电压uGS=0时，没有导电沟道。漏源极之间存在两个背向 PN结，其中一个为反向偏置，只能流过很小的反向饱和电流， iD≈0。 增大VGG，使uGS=UT时形成导电沟道。在正向漏源电压作用下， 沟道内的多子（电子）产生漂移运动，形成漏极电流iD。 uGS变大 iD变大 沟道宽度变宽 沟道电阻变小 NN VDD VGG s d b g iD P N沟道 uGS≥UT时才能形成导电沟道 第四节 uGS对iD的控制作用： 精* （3）漏源电压uDS对漏极电流iD的影响 uGS≥UT 时，沟道形成。当uDS较小，即uGDUT时，沟道宽度受uDS的影 响很小，沟道电阻近似不变，iD随uDS的增加呈线性增加。 当uDS增大时，沟道各点与栅极间电压不等，使沟道从源极向漏极逐渐变 窄。随着uDS增大，沟道电阻迅速增大，iD不再随uDS线性增大。 继续增大uDS ，则uGD UT uGD=UT uGDUT，uDS很小，uGDUT的情况。 ①若uGS不变，沟道电阻rDS不变，iD随uDS的 增大而线性上升。 ②uGS变大， rDS变小，看作由电压uGS控制 的可变电阻。 Ⅰ Ⅱ 第四节 精* 截止区 该区对应于uGS≤UT的情况 由于没有感生沟道，故电流iD≈0，管子处于截止状态。 2 4 6 81 0 1 2 1 4 1 6 1 2 3 4 5 6 0 uGS=6V 4 3 5 uDS(V) iD(mA) 2 Ⅰ Ⅱ 恒流区（饱和区） Ⅱ区对应 预夹断后，uGSUT，uDS很大，uGDUT） 其中K为常数，由管子结构决定，可以估算出来。 第四节 UT 精* （三）N沟道增强型MOS管的主要参数 直流参数 交流参数 极限参数 第四节 精* 1.直流参数 （2）直流输入电阻RGS（1）开启电压UT 在衬底表面感生 出导电沟道所需 的栅源电压。实 际上是在规定的 uDS条件下，增大 uGS，当iD达到规 定的数值时所需 要的uGS值。 在uDS=0的条件 下，栅极与源 极之间加一定 直流电压时， 栅源极间的直 流电阻。RGS的 值很大，一般 大于 Ω。 第四节 精* 2.交流参数 定义：当uDS一定时，漏极电流变化量与引起这一变化的栅源 电压变化量之比，即 gm相当于转移特性的斜率，反映了场效应管的放大能力。 它可以从输出特性上求出，或根据转移特性的表达式求导 数得到。 （2）极间电容：栅、源极间电容Cgs和栅、漏极间电容Cgd，它 影响高频性能的交流参数，应越小越好。 第四节 （1）跨导gm 精* 3.极限参数 是指场效应管工作时，允许的最大漏极电流。 是指管子允许的最大耗散功率， 相当于双极型晶体管的PCM。 第四节 2 4 6 8 1012 14160 uGS=7V 5 4 6 uDS(V ) iD(mA) 3 （1）漏极最大允许电流IDM （2）漏极最大耗散功率PDM 在输出特性上画出临界最大功耗 线。 精* 是指在uDS=0时，栅源极间绝缘层发生击穿，产生很大的短路 电流所需的uGS值。击穿将会损坏管子。 是指在uDS增大时，使iD开始急剧增 加的uDS值。 （3）栅源极间击穿电压U(BR)GS （4）漏源极间击穿电压U(BR)DS U(BR)DS 此时不仅产生沟道中的电子参与导 电，空间电荷区也发生击穿，使电 流增大。 第四节 2 4 6 8 1012 14160 uGS=7V 5 4 6 uDS(V ) iD(mA) 3 精* （四）N沟道耗尽型MOS管 1.工作原理 VDD NN s g d b P iD N沟道 结构示 意图 SiO2绝缘层中掺入大量的正离子。 P衬底表面已经出现反型层，存在导 电沟道。 在uGS=0时 当uGS0时 感生沟道加宽，iD增大。 感生沟道变窄，iD减小。 当uGS达到某一负电压值UP时，抵消 了由正离子产生的电场，导电沟道消 失，iD≈0，UP称为夹断电压。 当uGS0时 第四节 s g d b 符号 精* 输出特性 转移特性 2 4 6 81 0 1 2 1 4 1 6 0 uGS=0V 1 -1 2 uDS(V) iD(mA) -2 2 4 6 8 10 12 iD(mA) 0123 4 5-1-2-3 2 4 6 8 10 12 uGS(V) UP IDSS uDS=10V 2.特性曲线 预夹断轨迹方程： 转移特性曲线方程： 其中IDSS是uGS=0时的iD值，称为零偏漏级电流，也称饱和漏极电流。 第四节 精* 3.主要参数 实际测量时，是在规定的uDS条件下，使iD减小到规定的 微小值时所需的uGS值。 该电流为uDS在恒流区范围内，且 uGS=0v时的iD值，亦称饱和漏极电 流。 第四节 （1）夹断电压UP 是指导电沟道完全夹断时所需的栅源电压。 （2）零偏漏极电流IDSS 它反映了零栅压时原始 沟道的导电能力。 iD(mA) 0123 4 5-1-2-3 2 4 6 8 10 12 uGS(V) UP IDSS uDS=10V 精* 二、结型场效应管 JFET(Junction Field Effect Transistor) 两个P+区中间的N型半导体，在加上正向uDS电压时就有电流流过，故 称为N沟道。 S-源极 g-栅极 d-漏极 N P 第四节 S-源极 g-栅极 d-漏极 N P 精* 当uGS=0时，就有导电沟道存在，故而这种管子也属于耗尽型场效应管。 s d g VDD VGG P 沟道 uGS uDS iD N s g d 第四节 N沟道结型场效应管 精* s d g VG G P uG S 改变uGS的大小，就可以改变沟道宽窄 ，即改变沟道的电阻，从而控制iD的大