PPT《场效应晶体管》

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 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).

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

(一)N沟道增强型MOS管的结构和工作原理 N N 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 (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 N N 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: (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uGD>>UT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,uGD>UT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 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 8

10 12

14 16

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,uGS>UT,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

(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 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 ?.

第四节 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.