第四章场效应管放大电路精选PPT.ppt
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1、第四章场效应管放大电路第1页,此课件共56页哦场效应管场效应管只只有有一一种种载载流流子子参参与与导导电电,且且利利用用电电场场效效应应来来控控制制电电流的三极管,称为流的三极管,称为场效应管场效应管,也称,也称单极型三极管。单极型三极管。场效应管分类场效应管分类结型场效应管(结型场效应管(JFET)绝缘栅场效应管(绝缘栅场效应管(MOSFET)特点特点单极型器件单极型器件(一种载流子导电一种载流子导电);输入电阻高;输入电阻高;工工艺艺简简单单、易易集集成成、功功耗耗小小、体体积积小小、成本低。成本低。第2页,此课件共56页哦4.1 结型场效应管结型场效应管4.2 绝缘栅场效应绝缘栅场效应管
2、管 4.3 场效应管的主要参数场效应管的主要参数 4.4 场效应管的特点场效应管的特点 4.5 场效应管放大电路场效应管放大电路 第3页,此课件共56页哦DSGN符符号号4.1结型场效应管结型场效应管4.1.1结构结构图图4-1(a)N沟道结型场效应管结构图沟道结型场效应管结构图N型型沟沟道道N型硅棒型硅棒栅极栅极源极源极漏极漏极P+P+P型区型区耗尽层耗尽层(PN结结)在在漏漏极极和和源源极极之之间间加加上上一一个个正正向向电电压压,N型型半半导导体体中中多多数载流子电子可以导电。数载流子电子可以导电。导导电电沟沟道道是是N型型的的,称称N沟道结型场效应管沟道结型场效应管。第4页,此课件共5
3、6页哦P沟道场效应管沟道场效应管图图4-1(b)P沟道结型场效应管结构图沟道结型场效应管结构图N+N+P型型沟沟道道GSDP沟沟道道场场效效应应管管是是在在P型型硅硅棒棒的的两两侧侧做做成成高高掺掺杂杂的的N型型区区(N+),导导电电沟沟道道为为P型型,多数载流子为空穴。,多数载流子为空穴。符号符号GDS第5页,此课件共56页哦4.1.2工作原理工作原理N沟道结型场效应管沟道结型场效应管用改变用改变UGS大小来控制漏极电流大小来控制漏极电流ID的。的。GDSNN型型沟沟道道栅极栅极源极源极漏极漏极P+P+耗尽层耗尽层*在在栅栅极极和和源源极极之之间间加加反反向向电电压压,耗耗尽尽层层会会变变宽
4、宽,导导电电沟沟道道宽宽度度减减小小,使使沟沟道道本本身身的的电电阻阻值值增增大大,漏漏极极电电流流ID减减小小,反反之之,漏漏极极ID电流将增加。电流将增加。*耗耗尽尽层层的的宽宽度度改改变变主主要在沟道区。要在沟道区。第6页,此课件共56页哦1.设设UDS=0,在在栅栅源源之之间间加加负负电电源源UGS,改改变变UGS大大小小。观察耗尽层的变化。观察耗尽层的变化。ID=0GDSN型型沟沟道道P+P+(a)UGS=0UGS=0时时,耗耗尽尽层层比比较较窄窄,导导电电沟比较宽沟比较宽UGS由由零零逐逐渐渐增增大大,耗耗尽尽层层逐逐渐渐加加宽宽,导导电电沟相应变窄。沟相应变窄。当当UGS=UP,
5、耗耗尽尽层层合合拢拢,导导电电沟沟被被夹夹断断,夹夹断断电电压压UP为为负值。负值。ID=0GDSP+P+N型型沟沟道道(b)UGS0,在在栅栅源源间间加加负负电电源源UGS,观察,观察UGS变化时耗尽层和漏极变化时耗尽层和漏极ID。UGS=0,UDG,ID较大。较大。GDSP+NISIDP+P+UDSUGS UGS0,UDG0时,耗尽层呈现楔形。时,耗尽层呈现楔形。(a)(b)图图4-3 UDS对导电沟道的影响对导电沟道的影响第8页,此课件共56页哦GDSP+NISIDP+P+UDSUGSUGS|UP|,ID 0,夹断夹断GDSISIDP+UDSUGSP+P+(1)改改变变UGS,改改变变了
6、了PN结结中中电电场场,控控制制了了ID,故故称称场场效效应应管管;(2)结结型型场场效效应应管管栅栅源源之之间间加加反反向向偏偏置置电电压压,使使PN反反偏偏,栅栅极极基基本本不不取取电流,因此,场效应管输入电阻很高。电流,因此,场效应管输入电阻很高。(c)(d)图图4-3 UDS对导电沟道的影响对导电沟道的影响第9页,此课件共56页哦4.1.3特性曲线特性曲线1.转移特性转移特性(N沟道结型场效应管为例沟道结型场效应管为例)O UGSIDIDSSUP图图4-4(b)转移特性)转移特性UGS=0,ID最大;最大;UGS愈负,愈负,ID愈小;愈小;UGS=UP,ID 0。两个重要参数两个重要参
7、数饱和漏极电流饱和漏极电流 IDSS(UGS=0时的时的ID)夹断电压夹断电压UP(ID=0时的时的UGS)UDSIDUDDUGSDSGV+V+UGS图图4-4(a)特性曲线测试电路)特性曲线测试电路+mA第10页,此课件共56页哦1.转移特性转移特性O uGS/VID/mAIDSSUP图图4-4(b)转移特性)转移特性2.输出特性输出特性当当栅栅源源之之间间的的电电压压UGS不不变变时时,漏漏极极电电流流ID与与漏漏源源之之间间电压电压UDS的关系,即的关系,即结结型型场场效效应应管管转转移移特特性性曲线的近似公式:曲线的近似公式:第11页,此课件共56页哦IDSS/VID/mAUDS/VO
8、UGS=0V-1-2-3-4-5-6-7预夹断轨迹预夹断轨迹恒流区恒流区击穿区击穿区可变电可变电阻区阻区输输出出特特性性也也有有四四个个区区:可可变变电电阻阻区区、恒恒流流区区和和截截止止区区、击击穿区。穿区。2.输出特性输出特性UDSIDUDDVGGDSGV+V+UGS图图4-5(a)特性曲线测试电路)特性曲线测试电路+mA图图4-5(b)输出特性输出特性截止区截止区第12页,此课件共56页哦场场效效应应管管的的两两组组特特性性曲曲线线之之间间互互相相联联系系,可可根根据据输输出出特特性用作图的方法得到相应的转移特性。性用作图的方法得到相应的转移特性。UDS=常数常数ID/mA0 0.5 1
9、 1.5UGS/VUDS=15V5ID/mAUDS/V0UGS=0 0.4V 0.8V 1.2V 1.6V10 15 20250.10.20.30.40.5结结型型场场效效应应管管栅栅极极基基本本不不取取电电流流,其其输输入入电电阻阻很很高高,可可达达107 以上。如希望得到更高的输入电阻,可采用绝缘栅场效应管。以上。如希望得到更高的输入电阻,可采用绝缘栅场效应管。图图4-6在输出特性上用作图法求转移特性在输出特性上用作图法求转移特性第13页,此课件共56页哦4.2绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管由由金金属属、氧氧化化物物和和半半导导体体制制成成。称称为为金金属属-氧氧化化物物-半半导导体场效
10、应管体场效应管,或简称,或简称MOS场效应管场效应管。特点:输入电阻可达特点:输入电阻可达109 以上。以上。类型类型N沟道沟道P沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型增强型增强型耗尽型耗尽型UGS=0时漏源间存在导电沟道称时漏源间存在导电沟道称耗尽型场效应管;耗尽型场效应管;UGS=0时漏源间不存在导电沟道称时漏源间不存在导电沟道称增强型场效应管。增强型场效应管。第14页,此课件共56页哦4.2.1N沟道增强型沟道增强型MOS场效应管场效应管1.结构结构P型衬底型衬底N+N+BGSDSiO2源极源极S漏极漏极D衬底引线衬底引线B栅极栅极G图图4-7N沟道增强型沟道增强型MOS场效应管的结构示意图场
11、效应管的结构示意图第15页,此课件共56页哦2.工作原理工作原理绝绝缘缘栅栅场场效效应应管管利利用用UGS来来控控制制“感感应应电电荷荷”的的多多少少,改改变变由由这这些些“感感应应电电荷荷”形形成成的的导导电电沟沟道道的的状状况况,以以控控制制漏漏极极电电流流ID。工作原理分析工作原理分析(1)UGS=0漏漏源源之之间间相相当当于于两两个个背背靠靠背背的的PN结结,无无论论漏漏源源之之间间加加何何种种极极性性电电压,压,总是不导电总是不导电。SBD图图4-8第16页,此课件共56页哦(2)UDS=0,0UGSUT)导导电电沟沟道道呈呈现现一一个个楔楔形形。漏漏极形成电流极形成电流ID。b.U
12、DS=UGSUT,UGD=UT靠靠近近漏漏极极沟沟道道达达到到临临界界开开启启程程度,出现预夹断。度,出现预夹断。c.UDSUGSUT,UGDUT由由于于夹夹断断区区的的沟沟道道电电阻阻很很大大,UDS逐逐渐渐增增大大时时,导导电电沟沟道道两端电压基本不变,两端电压基本不变,ID因而基本不变。因而基本不变。a.UDSUTP型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDDP型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDDP型衬底型衬底N+N+BGSDUGGUDD夹断区夹断区第18页,此课件共56页哦DP型衬底型衬底N+N+BGSUGGUDDP型衬底型衬底N+N+BGSDUGGUDDP型衬底型衬底N+N+BGSD
13、UGGUDD夹断区夹断区图图4-9UDS对导电沟道的影响对导电沟道的影响(a)UGDUT(b)UGD=UT(c)UGDUT第19页,此课件共56页哦3.特性曲线特性曲线(a)转移特性转移特性(b)输出特性输出特性UGSUT时时)四四个个区区:可可变变电电阻阻区区、恒恒流区流区(或饱和区或饱和区)、截止区。、截止区。UT2UTIDOUGS/VID/mAO图图4-10(a)ID/mAUDS/VO预夹断轨迹预夹断轨迹恒流区恒流区击穿区击穿区可变可变电阻区电阻区图图4-10(b)截止区截止区第20页,此课件共56页哦4.2.2N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS场效应管场效应管P型衬底型衬底N+N+BGSD+
14、制制造造过过程程中中预预先先在在二二氧氧化化硅硅的的绝绝缘缘层层中中掺掺入入正正离离子子,这这些些正正离离子子电电场场在在P型型衬衬底底中中“感感应应”负负电电荷荷,形形成成“反反型型层层”。即即使使UGS=0也会形成也会形成N型导电沟道。型导电沟道。+UGS=0,UDS0,产产生生较较大的漏极电流;大的漏极电流;UGS0;UGS正、负、零正、负、零均可。均可。ID/mAUGS/VOUP(a)转移特性转移特性IDSS图图4-13MOS管的符号管的符号SGD衬底衬底SGD衬底衬底(b)漏极特性漏极特性ID/mAUDS/VO+1VUGS=0 3V 1V 2V432151015 20图图4-12特性
15、曲线特性曲线第22页,此课件共56页哦图图4-14MOS场效应管电路符号场效应管电路符号第23页,此课件共56页哦种种 类类符符 号号转移特性转移特性输出特性输出特性 结型结型N 沟道沟道耗耗尽尽型型 结型结型P 沟道沟道耗耗尽尽型型 绝缘绝缘栅型栅型 N 沟道沟道增增强强型型SGDSGDIDUGS=0V+UDS+o oSGDBUGSIDOUT表表4-1各类场效应管的符号和特性曲线各类场效应管的符号和特性曲线+UGS=UTUDSID+OIDUGS=0V UDSOUGSIDUPIDSSOUGSID/mAUPIDSSO第24页,此课件共56页哦种种 类类符符 号号转移特性转移特性输出特性输出特性绝
16、缘绝缘栅型栅型N 沟道沟道耗耗尽尽型型绝缘绝缘栅型栅型P 沟道沟道增增强强型型耗耗尽尽型型IDSGDBUDSID_UGS=0+_OIDUGSUPIDSSOSGDBIDSGDBIDIDUGSUTOIDUGSUPIDSSO_ _IDUGS=UTUDS_ _o o_ _UGS=0V+_ _IDUDSo o+第25页,此课件共56页哦4.3场效应管的主要参数场效应管的主要参数4.3.1直流参数直流参数1.饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS IDSS是是耗耗尽尽型型和和结结型型场场效效应应管管的的一一个个重重要要参参数数,它它的的定定义义是是当当栅栅源源之之间间的的电电压压UGS等等于于零零,而而漏漏、源
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