第3章场效应晶体管和基本放大电路课件.ppt
《第3章场效应晶体管和基本放大电路课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第3章场效应晶体管和基本放大电路课件.ppt(65页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第第3 3章章 场效应晶体管和场效应晶体管和 基本放大电路基本放大电路3.1 3.1 场效应晶体管场效应晶体管3.2 3.2 场效应管放大电路场效应管放大电路作业作业作业作业思考:思考:3-1习题:习题:3-3、3-4、3-7、3-11本章的重点本章的重点与与难点难点重点重点重点重点:理解场效应管的工作原理;理解场效应管的工作原理;掌握掌握场效应管的外特性及主要参数;场效应管的外特性及主要参数;掌掌握握场场效效应应管管放放大大电电路路静静态态工工作作点点与与动动态态参参数数(Au、Ri、Ro)的分析方法。)的分析方法。难点难点难点难点:通通过过外外部部电电压压对对导导电电沟沟道道的的控控制制作
2、作用用说说明明结结型型场效应管及绝缘栅型场效应管的工作原理。场效应管及绝缘栅型场效应管的工作原理。分类:分类:分类:分类:结型结型结型结型(JFET)(JFET)绝缘栅型绝缘栅型绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)(IGFET)场效应管输入回路内阻很高场效应管输入回路内阻很高(1071012),热稳定,热稳定性好,噪声低,比晶体管耗电小,应用广泛。性好,噪声低,比晶体管耗电小,应用广泛。仅靠多数载流子导电,又称仅靠多数载流子导电,又称仅靠多数载流子导电,又称仅靠多数载流子导电,又称单极型单极型单极型单极型晶体管。晶体管。晶体管。晶体管。场效应管场效应管场效应管场效应管(FETFET):是利用输入回路
3、的电场是利用输入回路的电场是利用输入回路的电场是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件。效应来控制输出回路电流的一种半导体器件。效应来控制输出回路电流的一种半导体器件。效应来控制输出回路电流的一种半导体器件。3.1 3.1 场效应晶体管场效应晶体管3.1.1 3.1.1 结型场效应管结型场效应管 N沟道结型场效应管是在同沟道结型场效应管是在同一块一块N型半导体上制作两个高型半导体上制作两个高掺杂的掺杂的P区,将它们连接在一区,将它们连接在一起引出电极起引出电极栅极栅极g。N型半导体型半导体分别引出分别引出漏极漏极d、源极源极s,P区区和和N区的交界面形成耗尽层。区的交界面形成
4、耗尽层。源极和漏极之间的非耗尽层称源极和漏极之间的非耗尽层称为导电沟。为导电沟。N沟道结构示意图沟道结构示意图SiO2N源极源极S栅极栅极G漏极漏极D NNPP结型场效应管有结型场效应管有N沟道沟道和和P沟道沟道两种类型两种类型。1.1.结型场效应管的结构结型场效应管的结构结型场效应管的结构结型场效应管的结构结型场效应管的符号结型场效应管的符号结型场效应管的符号结型场效应管的符号N沟道符号沟道符号dsgdsgP沟道符号沟道符号2.2.2.2.工作原理电压控制作用工作原理电压控制作用工作原理电压控制作用工作原理电压控制作用d耗尽层耗尽层sgP+N导电沟道导电沟道结构示意图结构示意图(以以N沟道为
5、例加以说明沟道为例加以说明)在在N型硅材料两端加型硅材料两端加上一定极性的电压,多子上一定极性的电压,多子在电场力的作用下形成电在电场力的作用下形成电流流ID。若将若将G、S间加上不间加上不同的反偏电压,即可改变同的反偏电压,即可改变导电沟道的宽度,便实现导电沟道的宽度,便实现了利用电压所产生的电场了利用电压所产生的电场控制导电沟道中电流强弱控制导电沟道中电流强弱的目的。的目的。正常工作时:正常工作时:在栅在栅-源之间加负向电压源之间加负向电压,(保证耗尽层承受反向电压保证耗尽层承受反向电压)漏漏-源之间加正向电压源之间加正向电压,(以形成漏极电流)以形成漏极电流)这样既保证了栅这样既保证了栅
6、-源之间的源之间的电阻很高,又实现了电阻很高,又实现了UGS对对沟道电流沟道电流ID的控制。的控制。d耗尽层耗尽层sgP+N导电沟道导电沟道结构示意图结构示意图1)1)1)1)当当当当U UDSDS=0=0时,时,时,时,U UGSGS对导电沟道的控制对导电沟道的控制对导电沟道的控制对导电沟道的控制当当UGS=0时,时,耗尽层很窄耗尽层很窄,导导电沟道宽。电沟道宽。随随|UGS|增大,耗增大,耗尽层增宽,沟道变尽层增宽,沟道变窄,电阻增大。窄,电阻增大。|UGS|增加到某一增加到某一数值数值,耗尽层闭和耗尽层闭和,沟道消失沟道消失,沟道沟道电阻趋于无穷大。电阻趋于无穷大。定义此时定义此时UGS
7、的的值为值为夹断电压夹断电压夹断电压夹断电压U UGSGS(offoff)由于由于由于由于PNPN结反偏,栅极电流基本为结反偏,栅极电流基本为结反偏,栅极电流基本为结反偏,栅极电流基本为0 0,消耗很小。,消耗很小。,消耗很小。,消耗很小。dsgUDSID2 2 2 2)、间短路,、间加正向电压)、间短路,、间加正向电压)、间短路,、间加正向电压)、间短路,、间加正向电压 当当 UDS=0时,虽有导时,虽有导电沟道,但电沟道,但ID为为零。零。当当UDS 0时时,产生,产生ID,但但沟道中各点和栅极之沟道中各点和栅极之沟道中各点和栅极之沟道中各点和栅极之间电压不再相等间电压不再相等间电压不再相
8、等间电压不再相等,近漏,近漏极电压最大,近源极电极电压最大,近源极电压最小。压最小。导电沟道宽度不再相导电沟道宽度不再相等,近漏极沟道窄,近等,近漏极沟道窄,近源极沟道宽。源极沟道宽。dsgUDSID 随着随着UDS增加,栅增加,栅-漏漏电压电压|UGD|增加,近漏端增加,近漏端沟道进一步变窄。沟道进一步变窄。只要只要漏极附近的耗尽漏极附近的耗尽区区不出现不出现相接相接,沟道电阻沟道电阻沟道电阻沟道电阻基本决定于基本决定于基本决定于基本决定于U UGSGS。随着随着UDS 的增加,的增加,ID线性线性增加增加。dsds间间间间呈电阻特性呈电阻特性呈电阻特性呈电阻特性。UDSdsgAID预夹预夹
9、预夹预夹断断断断时时时时,导电导电导电导电沟道内沟道内沟道内沟道内仍有仍有仍有仍有电电电电流流流流I ID D 。随着随着UDS增加,增加,当当UGD=UGS-UDS=UGS(off)时时,靠近漏极出现夹断点。靠近漏极出现夹断点。称称U UGDGD=U UGSGS(offoff)为预夹为预夹为预夹为预夹断。断。断。断。UDSdsgAID 预夹断之后,预夹断之后,UDS 再增加,再增加,预夹断延伸预夹断延伸,夹断区长度增夹断区长度增加(加(AA)。夹断区的阻力)。夹断区的阻力增大。增大。此此时时的的ID称称为为“饱饱和漏极和漏极电电流流IDSS”A 由于由于由于由于U UDSDS的增加几乎全部落
10、的增加几乎全部落的增加几乎全部落的增加几乎全部落在在在在夹夹夹夹断区,漏极断区,漏极断区,漏极断区,漏极电电电电流流流流I ID D基本基本基本基本保持不保持不保持不保持不变变变变。UGS 增加,使增加,使导电导电沟道沟道变变窄,、窄,、间间的正的正电压电压使使沟道不等沟道不等宽宽。导电导电导电导电沟道沟道沟道沟道夹夹夹夹断后,断后,断后,断后,I ID D几乎几乎几乎几乎仅仅仅仅仅仅仅仅决定于决定于决定于决定于U UGSGS而与而与而与而与U UDSDS 基基基基本无关。本无关。本无关。本无关。当当当当U UGSGS一定一定一定一定时时时时,I ID D表表表表现现现现出出出出恒流特性恒流特
11、性恒流特性恒流特性。此。此时时可以把可以把ID近近似看成似看成UGS控制的控制的电电流源。流源。dsgUDSUGSID3 3)、)、)、)、间间间间加加加加负负负负向向向向电压电压电压电压,、,、,、,、间间间间加正向加正向加正向加正向电压电压电压电压(综合(综合(1 1)()(2 2)两种情况)两种情况)称场效应管为称场效应管为称场效应管为称场效应管为电压控制元件电压控制元件电压控制元件电压控制元件。1 1)U UGDGD U UGSGS(offoff)时时时时(未出现夹断前)(未出现夹断前),对于不同对于不同的的UGS,漏源之间等效成不同阻值的电阻,漏源之间等效成不同阻值的电阻,ID随随U
12、DS 的增加的增加 线性线性增加增加。(。(对应可变电组区对应可变电组区对应可变电组区对应可变电组区)2 2)U UGDGD=U UGSGS(offoff)时,漏源之间预夹断时,漏源之间预夹断时,漏源之间预夹断时,漏源之间预夹断。3 3)U UGDGD U UGSGS(offoff)。)。)。)。特点:可通过改变特点:可通过改变特点:可通过改变特点:可通过改变U UGSGS来改变漏源间电阻值。来改变漏源间电阻值。来改变漏源间电阻值。来改变漏源间电阻值。1)1)可可可可变电变电变电变电阻区:阻区:阻区:阻区:IDUDS 条件:条件:条件:条件:U UGDGD 0 0 0 0 U UDSDS =0
13、=0=0=0:由于绝缘层由于绝缘层SiO2的存在,的存在,栅极电流为零。栅极金属栅极电流为零。栅极金属层将聚集大量正电荷,排层将聚集大量正电荷,排斥斥P型衬底靠近型衬底靠近SiO2的空的空穴,形成耗尽层。穴,形成耗尽层。第第1章章 1.43 3)U UGSGS继续增加继续增加继续增加继续增加,U UDSDS =0=0=0=0:耗尽层增宽耗尽层增宽,将衬底的自将衬底的自由电子吸引到耗尽层与绝缘由电子吸引到耗尽层与绝缘层之间。形成层之间。形成N型薄层,称型薄层,称为反型层。这个反型层就构为反型层。这个反型层就构成了漏源之间的导电沟道。成了漏源之间的导电沟道。UGS越大,反型层越厚,越大,反型层越厚
14、,导电沟道电阻越小。导电沟道电阻越小。P衬底衬底BN+N+SGD反型层反型层 使导电沟道刚刚形成的栅使导电沟道刚刚形成的栅使导电沟道刚刚形成的栅使导电沟道刚刚形成的栅-源电压称为源电压称为源电压称为源电压称为开启电压开启电压开启电压开启电压U UGS(thGS(th)。第第1章章 1.4 将产生一定的漏极将产生一定的漏极电流电流ID。沟道中各点沟道中各点对栅极电压不再相等,对栅极电压不再相等,导电沟道宽度不再相等,导电沟道宽度不再相等,沿源沿源-漏方向逐渐变窄。漏方向逐渐变窄。ID随着的随着的U UDSDS增加而线增加而线性增大。性增大。P衬底衬底BN+N+SGD4 4)U UGSGS U U
15、GS(thGS(th),U UDSDS 0 0:第第1章章 1.45 5)U UGSGS U UGS(thGS(th),U UGDGD =U UGS(thGS(th):随着随着UDS的增大,的增大,UGD减小,减小,当当UDS增大到增大到UGD=U UGS(thGS(th)时时 ,导电沟道在漏极一端产生夹断,导电沟道在漏极一端产生夹断,称为称为预夹断预夹断预夹断预夹断。P衬底衬底BN+N+SGD 若若UDS继续增大,夹断区延继续增大,夹断区延长。漏电流长。漏电流ID几乎不变化,几乎不变化,管子进入恒流区。管子进入恒流区。ID几乎仅几乎仅仅决定于仅决定于UGS。此时可以把此时可以把I ID D近
16、似看成近似看成近似看成近似看成U UGSGS控制的电流源控制的电流源控制的电流源控制的电流源。4321051015UGS=5V6V4V3V2VID/mAUDS=10VN N沟道增强型沟道增强型 MOS MOS 管的特性曲线管的特性曲线 0123恒流区恒流区击击穿穿区区可可变变电电阻阻区区246UGS/V(3)特性曲线特性曲线UGs(th)输出特性输出特性转移特性转移特性 UDS/VID/mA夹断区夹断区ID和和和和UGS的近似关系:的近似关系:的近似关系:的近似关系:IDO是是UGS=2UGS(th)时的时的ID。UDS=10V0123246UGS/VUGs(th)ID/mAI IDODO制造
17、时制造时,在在sio2绝缘层中掺入绝缘层中掺入大量的正离子大量的正离子,即使即使UGS =0=0,在正离子的作用下,源在正离子的作用下,源-漏之漏之间也存在导电沟道。只要加间也存在导电沟道。只要加正向正向U UDSDS ,就会产生就会产生ID。只有当只有当U UGSGS小于某一值时,才小于某一值时,才会使导电沟道消失,此时的会使导电沟道消失,此时的U UGSGS称为称为夹断电压夹断电压U UGS(GS(off)off)。结构示意图结构示意图P源极源极S漏极漏极D 栅极栅极GBN+N+正离子正离子反型层反型层SiO22.N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSMOS管管(1)(1)结结结结构构构构dN沟道符
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 场效应 晶体管 基本 放大 电路 课件
限制150内