模拟电子线路第三章优秀PPT.ppt
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1、模拟电子线路第三章1你现在浏览的是第一页,共93页场效应晶体管(场效应管)利用多数载流子场效应晶体管(场效应管)利用多数载流子的漂移运动形成电流。的漂移运动形成电流。场效应管场效应管FET(Field Effect Transistor)结型场效应管结型场效应管JFET绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管IGFET双极型晶体管主要是利用基区非平衡少数载流双极型晶体管主要是利用基区非平衡少数载流子的扩散运动形成电流。子的扩散运动形成电流。2你现在浏览的是第二页,共93页JFET利用利用PN结反向电压对耗尽层厚度的结反向电压对耗尽层厚度的控制来改变导电沟道的宽度,从而控制来改变导电沟道的宽度,从而控制漏极
2、电流的大小。控制漏极电流的大小。IGFET绝缘栅极场效应管利用栅源电压的绝缘栅极场效应管利用栅源电压的大小来改变半导体表面感生电荷的大小来改变半导体表面感生电荷的多少,从而控制漏极电流的大小。多少,从而控制漏极电流的大小。3你现在浏览的是第三页,共93页31 结型场效应管结型场效应管 311 结型场效应管的结构及工作原理结型场效应管的结构及工作原理N型型沟沟道道PPDGSDSG(a)N沟道沟道JFET图图31结型场效应管的结构示意图及其表示符号结型场效应管的结构示意图及其表示符号Gate栅极栅极Source源极源极Drain 漏极漏极箭头方向表示栅箭头方向表示栅源间源间PN结若加正结若加正向偏
3、置电压时栅向偏置电压时栅极电流的实际流极电流的实际流动方向动方向4你现在浏览的是第四页,共93页P型型沟沟道道NNDGSDSG(b)P沟道沟道JFET图图31结型场效应管的结构示意图及其表示符号结型场效应管的结构示意图及其表示符号5你现在浏览的是第五页,共93页工作原理工作原理1.UGS对场效应管对场效应管ID的影响的影响(转移特性曲线转移特性曲线)NDGSPP条件:条件:UDS加正电压,加正电压,N沟沟道的多子(自由电子)形道的多子(自由电子)形成漂移电流成漂移电流漏极电流漏极电流ID。UGS反偏电压反偏电压ID如何变如何变化?化?UGSUDSID6你现在浏览的是第六页,共93页(a)UGS
4、=0,沟道最宽,沟道最宽当当 UGS =0时,沟道宽,时,沟道宽,所以所以ID较大。较大。NDGSPPUDS7你现在浏览的是第七页,共93页(b)UGS负压增大,沟道变窄负压增大,沟道变窄当当 UGS PN结变厚结变厚导电沟道变窄导电沟道变窄沟道电沟道电导率导率电阻电阻 ID DSPPUGSUDS8你现在浏览的是第八页,共93页(c)UGS负压进一步增大,沟道夹断负压进一步增大,沟道夹断图图32栅源电压栅源电压UGS对沟道的控制作用示意图对沟道的控制作用示意图DSPPUGS直到直到UGS=UGS(off)时,时,沟道完全消失,沟道完全消失,ID=0。UGSoff夹断电压夹断电压9你现在浏览的是
5、第九页,共93页312 结型场效应管的特性曲线结型场效应管的特性曲线一、转移特性曲线一、转移特性曲线式中:式中:IDSS饱和电流,表示饱和电流,表示uGS=0时的时的iD值;值;UGSoff夹断电压,表示夹断电压,表示uGS=UGSoff时时iD为零。为零。10你现在浏览的是第十页,共93页uGS/V012312345IDSSUGSoffiD/mA(a)转移特性曲线转移特性曲线为为保保证证场场效效应应管管正正常常工工作作,PN结结必必须须加加反向偏置电压反向偏置电压问题:问题:若若UDS增大,转移特性曲线如何变化?增大,转移特性曲线如何变化?分析:分析:UDS增大,多子形成的漂移电流增大,增大
6、,多子形成的漂移电流增大,ID增加,增加,转移特性曲线上移。转移特性曲线上移。11你现在浏览的是第十一页,共93页2、UDS对场效应管对场效应管ID的影响(输出特性曲线)的影响(输出特性曲线)输出特性曲线分为四个区域输出特性曲线分为四个区域 12你现在浏览的是第十二页,共93页DGSUDSUGS沟道局部夹断沟道局部夹断IDDGS(a)uDS-uGS|UGSoff|(预夹断后)(预夹断后)几乎不变几乎不变13你现在浏览的是第十三页,共93页图图33JFET的转移特性曲线和输出特性曲线的转移特性曲线和输出特性曲线(b)输出特性曲线输出特性曲线1234iD/mA01020uDS/V可可变变电电阻阻区
7、区恒恒截止区截止区2V1.5V1VuDSuGS SUGSoff515流流区区击击穿穿区区UGS0VUGSoff0 0.5V14你现在浏览的是第十四页,共93页当当uDS=0时,时,iD=0。当当uDS很小时,很小时,uDSiD(近似线性增大近似线性增大)当当uDS较大时,靠近较大时,靠近D极的极的uDG的反偏电压的反偏电压 靠近靠近D极的耗尽层变宽极的耗尽层变宽导电沟道逐渐变窄,导电沟道逐渐变窄,沟道电阻沟道电阻“预夹断预夹断”。出现出现预夹断的条件预夹断的条件为:为:或或 1.可变电阻区(相当于晶体管的饱和区)可变电阻区(相当于晶体管的饱和区)15你现在浏览的是第十五页,共93页uGS对对i
8、D上升的斜率影响较大,在这一区域上升的斜率影响较大,在这一区域内,内,JFET可看作一个受可看作一个受uGS控制的可变电阻,控制的可变电阻,即漏、源电阻即漏、源电阻rDS=f(uGS),故称为,故称为可变电阻区。可变电阻区。16你现在浏览的是第十六页,共93页2.恒流区(相当于晶体管的放大区)恒流区(相当于晶体管的放大区)当漏、栅间电压当漏、栅间电压|uDG|UGSoff|时,即预夹断时,即预夹断后所对应的区域。后所对应的区域。当当UGS一定时:一定时:uDS漂移电流漂移电流iD,但同时,但同时uDSD结变结变宽宽iD,因此,因此iD变化很小,只是略有增加。变化很小,只是略有增加。因此:因此:
9、uDS对对iD的控制能力很弱。(类似基区宽的控制能力很弱。(类似基区宽度调制效应)度调制效应)17你现在浏览的是第十七页,共93页当当UGSoff UGS|UGSoff|时,沟道被全部夹断,时,沟道被全部夹断,iD=0,故,故此区为截止区。此区为截止区。3.截止区截止区19你现在浏览的是第十九页,共93页32 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管(IGFET)绝绝缘缘栅栅场场效效应应管管是是利利用用半半导导体体表表面面的的电电场场效效应应进进行行工工作作的的,也也称称为为表表面面场场效效应应器器件件。IGFET最最常常用用的的是是金金属属氧氧化化物物半半导导体体MOSFET(Metal Oxide S
10、emiconductor FET)。20你现在浏览的是第二十页,共93页优点:优点:(1)输入偏流小,即输入电阻高达)输入偏流小,即输入电阻高达1010。(2)制造工艺简单;)制造工艺简单;(3)热稳定性好。)热稳定性好。IGFET分类:分类:(1)根据导电类型,分为)根据导电类型,分为N沟道沟道和和P沟道沟道两类。两类。(2)根据)根据uGS=0时,漏源之间是否有导电沟道又可时,漏源之间是否有导电沟道又可分为分为增强型增强型(无(无ID)和)和耗尽型耗尽型(有(有ID)两种。)两种。21你现在浏览的是第二十一页,共93页MOSFETN沟道沟道P沟道沟道增强型增强型N-EMOSFET耗尽型耗尽
11、型增强型增强型耗尽型耗尽型N-DMOSFETP-EMOSFETP-DMOSFET22你现在浏览的是第二十二页,共93页源极源极栅极栅极漏极漏极氧化层氧化层(SiO2)BWP型衬底型衬底NNL耗耗尽尽层层A1层层SGD(a)立体图立体图321 绝缘栅场效应管的结构绝缘栅场效应管的结构23你现在浏览的是第二十三页,共93页图图35绝缘栅绝缘栅(金属金属-氧化物氧化物-半导体半导体)场效应管结构示意图场效应管结构示意图(b)剖面图剖面图SGDNNP型硅衬底型硅衬底绝缘层绝缘层(SiO2)衬底引线衬底引线 B半导体半导体24你现在浏览的是第二十四页,共93页322 N沟道增强型沟道增强型MOSFET
12、(Enhancement NMOSFET)一、导电沟道的形成及工作原理一、导电沟道的形成及工作原理DGS(c)符号符号BBNUGSNPN结结(耗尽层耗尽层)P型衬底型衬底DS25你现在浏览的是第二十五页,共93页B(a)UGSUGSth,导电沟道已形成导电沟道已形成uGS越大越大沟道越宽沟道越宽沟道电阻越小沟道电阻越小iD越大越大这这种种必必须须依依靠靠G-S电电压压作作用用才才能能形形成成导导电电沟沟道道的的场场效应管,称为增强型场效应管。效应管,称为增强型场效应管。27你现在浏览的是第二十七页,共93页图图3-7 ENMOSFET的转移特性的转移特性二、转移特性二、转移特性(1)当当uGS
13、UGSth时时,iD 0,uGS越越大大,iD也也随随之之增增大大,二二者者符符合合平平方律关系。方律关系。28你现在浏览的是第二十八页,共93页29你现在浏览的是第二十九页,共93页BN导电沟道导电沟道P型衬底型衬底UGSN三、三、uDS对沟道导电能力的控制(转移特性)对沟道导电能力的控制(转移特性)30你现在浏览的是第三十页,共93页图图39 uDS增大,沟道被局部夹断增大,沟道被局部夹断(预夹断预夹断)情况情况31你现在浏览的是第三十一页,共93页iD0uDSUGS6V截止区截止区4V3V2V5V可可变变电电阻阻区区(a)恒恒流流区区区区穿穿击击 图图38输出特性输出特性 32你现在浏览
14、的是第三十二页,共93页(1)截止区:截止区:uGSUGSth,导电沟道未形成,导电沟道未形成,iD=0。(2)恒流区恒流区曲线间隔均匀,曲线间隔均匀,uGS对对iD控制能力强。控制能力强。uDS对对iD的控制能力弱,曲线平坦。的控制能力弱,曲线平坦。进入恒流区的条件,即预夹断条件为进入恒流区的条件,即预夹断条件为即:即:|uGD|UGSth33你现在浏览的是第三十三页,共93页(b)厄尔利电压厄尔利电压 uDSiD0UGSUA(厄厄尔利电压尔利电压)沟道调制系数沟道调制系数:厄尔利电压:厄尔利电压UA的倒数,的倒数,曲线越平坦曲线越平坦|UA|越大越大越小。越小。34你现在浏览的是第三十四页
15、,共93页考虑考虑uDS对对iD的微弱影响后恒流区的电流方程的微弱影响后恒流区的电流方程为:为:但但0就有就有iD电流,且电流,且uGSiD;当当uGS减小为负值时,减小为负值时,iD;当当uGS=UGSoff时,时,iD=0,管子进入截止状态。,管子进入截止状态。37你现在浏览的是第三十七页,共93页图图310N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管的特性及符号管的特性及符号(a)转移特性;转移特性;(b)输出特性;输出特性;(c)表示符号表示符号38你现在浏览的是第三十八页,共93页图图310N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管的特性及符号管的特性及符号(a)转移特性;转移特性;(b)输出特性;输出特性;
16、(c)表示符号表示符号(c)DGSB39你现在浏览的是第三十九页,共93页式中:式中:ID0表示表示uGS=0时所对应的漏极电流。时所对应的漏极电流。40你现在浏览的是第四十页,共93页图图310N沟沟道道耗耗尽尽型型MOS管管的的特特性性及及符符号号(a)转移特性;转移特性;(b)输出特性;输出特性;(c)表示符号表示符号41你现在浏览的是第四十一页,共93页 324各种类型各种类型MOS管的符号及特性对比管的符号及特性对比DGSDGSN沟道沟道P沟道沟道结型结型FET图图311各种场效应管的符号对比各种场效应管的符号对比42你现在浏览的是第四十二页,共93页图图311各种场效应管的符号对比
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