场效应晶体管及其放大电路.pptx
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1、场效应管,简称FET(Field Effect Transistor),其主要特点:(a)输入电阻高,可达107 1015W W。(b)起导电作用的是多数(一种)载流子,又称为单极型晶体管。(c)体积小、重量轻、耗电省、寿命长。(d)噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单。(e)在大规模集成电路制造中得到了广泛的应用。第1页/共103页1.结型场效应管,简称JFET(Junction Field Effect Transistor)场效应管按结构可分为:场效应管的类型:2.绝缘栅型场效应管,简称IGFET(Isolated Gate Field Effect Transistor)第2
2、页/共103页3.1 结型场效应管 结型场效应管的结构和类型 sgdP+NP+SiO2保护层N沟道JFET结构示意图第3页/共103页NP+P+形成SiO2保护层以N型半导体作衬底上下各引出一个电极左右各引出一个电极两边个引出一个电极两边个引出一个电极两边扩散两个高浓度的P型区第4页/共103页漏极D(drine)源极S(source)栅极G(gate)NP+P+N型导电沟道符号称为N沟道JFET第5页/共103页符号P沟道JFET结构示意图PN+N+P型导电沟道SGD第6页/共103页N沟道结型场效应管P沟道结型场效应管结型场效应管分 结型场效应管的工作原理 GDS电路图第7页/共103页1
3、uDS=0时,uGS对沟道的控制作用 a当uGS=0时NP+P+N型导电沟道SGD=0沟道无变化第8页/共103页bUGS(off)uGS uGS=UGS(off)UGS(off)栅源截止电压或夹断电压+第10页/共103页当uDS=0时,uGS对沟道的控制作用动画演示 第11页/共103页2当uGS=0时,uDS对沟道的控制作用 NP+P+N型导电沟道SGD=0+第12页/共103页NP+P+N型导电沟道SGD=0+a0uDS|UGS(off)|(a)iD达到最大值几乎不随uDS的增大而变化NP+N型导电沟道SGD=0P+(b)沟道夹断区延长第15页/共103页当uGS=0时,uDS对沟道的
4、控制作用动画演示 第16页/共103页3当uDS 0时,uGS(0)对沟道的控制作用 a.uDS和uGS将一起改变沟道的宽度NP+N型导电沟道SGDP+c.当uDG=|UGS(off)|时,沟道出现予夹断。此时,uDS=|UGS(off)|+uGSb.PN结在漏极端的反偏电压最大。uDG=uDS-uGS第17页/共103页uDS、uGS共同对沟道的控制作用动画演示 第18页/共103页(1)JFET是利用uGS 所产生的电场变化来改变沟道电阻的大小,(2)场效应管为一个电压控制型的器件。(3)在N沟道JFET中,uGS和UGS(off)均为负值。小结:在P沟道JFET中,uGS和UGS(off
5、)均为正值。即利用电场效应控制沟道中流通的电流大小,因而称为场效应管。第19页/共103页 结型场效应管的伏安特性 在正常情况下,iG=0,管子无输入特性。+第20页/共103页1输出特性(漏极特性)+特性曲线24061020可变电阻区放大区截止区第21页/共103页24061020可变电阻区(1)(1)可变电阻区a.uDS较小,沟道尚未夹断b.uDS|UGS(off)|+uGSc.管子相当于受uGS控制的压控电阻各区的特点:第22页/共103页放大区(2)放大区放大区也称为饱和区、恒流区。b.uDS|UGS(off)|+uGSa.沟道予夹断c.iD几乎与uDS无关。d.iD只受uGS的控制。
6、24061020第23页/共103页截止区a.uGSUGS(off)(3)截止区b.沟道完全夹断c.iD024061020第24页/共103页2转移特性表示场效应管的uGS对iD的控制特性。定义转移特性曲线可由输出特性曲线得到第25页/共103页(1)对于不同的uDS,所对应的转移特性曲线不同。曲线特点:(2)当管子工作于恒流区时,转移特性曲线基本重合。第26页/共103页当管子工作于恒流区时称为零偏漏极电流第27页/共103页 结型场效应管的主要电参数 1直流参数 (3)直流输入电阻RGS (1)夹断电压UGS(off)(2)零偏漏极电流I IDSS (也称为漏极饱和电流)第28页/共103
7、页2交流参数(1)跨导gm 也称为互导。其定义为:当管子工作在放大区时得管子的跨导由第29页/共103页可见,gm与IDQ有关。IDQ越大,gm也就越大。第30页/共103页3.极限参数(1)漏极最大允许耗散功率 PDSM (2)最大漏极电流I IDSM(2)极间电容栅源电容Cgs栅漏电容Cgd漏源电容Cds (3)栅源击穿电压U(BR)GS(4)漏源击穿电压U(BR)DS第31页/共103页例 在图示电路中,已知场效应管的 ;问在下列三种情况下,管子分别工作在那个区?(b)(c)(a)GDS解(a)因为uGS0,uDS=0产生垂直向下的电场第40页/共103页PN+SGN+iD=0D+电场排
8、斥空穴形成耗尽层吸引电子第41页/共103页PN+SGN+iD=0D+形成导电沟道当uGS=UGS(th)时出现反型层第42页/共103页PN+SGN+iD=0D+UGS(th)开启电压N沟道增强型MOS管,简称NMOSN沟道第43页/共103页PN+SGN+iD0D+3当uGS UGS(th),uDS0时.uDS(b)沿沟道有电位梯度(a)漏极电流iD0uDS增大,iD增大。第44页/共103页PN+SGN+iD0D+uDS(b)沿沟道有电位梯度3当uGS UGS(th),uDS0时.(c)不同点的电场强度不同,左高右低(a)漏极电流iD0uDS增大,iD增大。第45页/共103页PN+SG
9、N+iD0D+uDS(d)沟道反型层呈楔形(b)沿沟道有电位梯度3当uGS UGS(th),uDS0时.(c)不同点的电场强度不同,左高右低(a)漏极电流iD0uDS增大,iD增大。第46页/共103页a.uDS升高沟道变窄PN+SGN+iD0D+uDS反型层变窄第47页/共103页b.当uGD=uGS-uDS=UGS(th)时PN+SGN+iD0D+uDS沟道在漏极端夹断(b)管子预夹断(a)iD达到最大值第48页/共103页c.当uDS进一步增大(a)iD达到最大值且恒定PN+SGN+iD0D+uDSPN+SGN+D+uDS沟道夹断区延长(b)管子进入恒流区第49页/共103页增强型NMO
10、S管工作原理动画演示第50页/共103页2伏安特性与参数 a输出特性可变电阻区放大区截止区输出特性曲线24061020第51页/共103页(1)可变电阻区a.uDS较小,沟道尚未夹断b.uDS uGS-|UGS(th)|c.管子相当于受uGS控制的压控电阻各区的特点:可变电阻区24061020第52页/共103页(2)放大区(饱和区、恒流区)a.沟道予夹断c.iD几乎与uDS无关d.iD只受uGS的控制b.uDS uGS-|UGS(th)|放大区24061020第53页/共103页截止区a.uGSUGS(th)(3)截止区b.沟道完全夹断c.iD=024061020第54页/共103页管子工作
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