模拟电子技术基础 (33).pdf

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1、二极管：半导体的基本概念 PN结的形成 二极管的结构构成 伏安特性及主要参数 二极管构成的电路的基本分析方法（图解法、模型法大信号模型及小信号模型）交流情况（动态）交流通路考虑交直流共存的情况直流情况（静态）直流通路等效模型等效电路场效应三极管及其放大电路二极管：单向导电性三极管：放大作用双极结型三极管及其放大电路核心章节L：沟道长度W：沟道宽度tox：绝缘层厚度MOSFET结构示意图剖面图当当vGSGS=0=0时时VDD+PN+gN+iD=0d+vGSGSvDS S=0=0svGS 0,vDS=0产生垂直向下的电场产生垂直向下的电场+PN+gN+iD=0d+vGSGSvDS S=0=0s电场

2、排斥空穴电场排斥空穴吸引电子吸引电子形成耗形成耗尽层尽层+PN+gN+iD=0d+vGSGSvDS S=0=0s形成导电沟道形成导电沟道当当vGSVGS(th)时时出现反型层出现反型层+PN+gN+iD=0d+vGSGSvDS S=0=0sVGS(th)开启电压开启电压N沟道增强型沟道增强型MOS管管，简称简称NMOSN沟道沟道当当vGSVGS(th)时时增强型增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道vGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当vGS0时无导电沟道，d、s间加电压，也无电流当0vGS V VT T）时时，vDSDS iD D 整个沟道呈

3、整个沟道呈楔形分布楔形分布 g g-d d间电位差小于间电位差小于g g-s s间的电位差间的电位差VDD预夹断后预夹断后，vDSDS 夹断区延长夹断区延长沟道电阻沟道电阻 iD D基本不变基本不变iDOvDSvGSVTNvDSVTN时时，增强型增强型MOSFET的的d、s间才能导通间才能导通剖面图剖面图符号符号const.DSDGS)(=vvficonst.GSDDS)(=vvfi输出特性曲线转移特性曲线const.DSDGS)(=vvfi当当vGSVT时时，导电沟道尚未形成导电沟道尚未形成iD0，为截止工作状态为截止工作状态iD/mA21.510.502.557.510vDS/V可变电阻可

4、变电阻区区(非饱和区非饱和区)预夹断临界点轨迹预夹断临界点轨迹vDSvGSVTN(或或 vGDvGSvDSVTN)3V2.5V2Vv vGS1.5V饱和饱和区区截止截止区区输出特性曲线可变电阻区可变电阻区vDS（vGSVT）)(22DSDSTGSnDvvv=VKi由于vDS较小，可近似为DSTGSnD)(vvVKi 2rds是一个受vGS控制的可变电阻vGS GS VT，=LWCLWKK22oxnnnn：反型层中电子迁移率Cox：栅极（与衬底间）氧化层单位面积电容oxoxtC=ox本征电导因子oxnnCK=Kn为电导常数，单位：mA/V2iD/mA21.510.502.557.510vDS/V

5、可变电阻可变电阻区区(非饱和区非饱和区)预夹断临界点轨迹预夹断临界点轨迹vDSvGSVTN(或或 vGDvGSvDSVTN)3V2.5V2Vv vGS1.5V饱和饱和区区截止截止区区常数=GSDDSdsddvvir)(21TGSnVK=v饱和区饱和区（恒流区又称放大区恒流区又称放大区）vGS GS VT，且且vDSDS（v vGSGSVT）2)(TGSnDVKi=vV V-I I 特性特性：iD/mA21.510.502.557.510vDS/V可变电阻可变电阻区区(非饱和区非饱和区)预夹断临界点轨迹预夹断临界点轨迹vDSvGSVTN(或或 vGDvGSvDSVTN)3V2.5V2Vv vGS

6、1.5V饱和饱和区区截止截止区区const.GSDDS)(=vvfi()2TGSnDVvKi=转移特性曲线iD/mA21.510.502.557.510vDS/V可变电阻可变电阻区区(非饱和区非饱和区)预夹断临界点轨迹预夹断临界点轨迹vDSvGSVTN(或或 vGDvGSvDSVTN)3V2.5V2Vv vGS1.5V饱和饱和区区截止截止区区const.GSDDS)(=vvfi()2TGSnDVvKi=转移特性曲线二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子，已有导电沟道已有导电沟道可以在正或负的栅源电压下工作可以在正或负的栅源电压下工作耗尽型耗尽型：场效应管没有加偏置电压

7、时场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在就有导电沟道存在2.V-I 特性曲线及大信号特性方程特性曲线及大信号特性方程2PGSDSSD)1(VIiv饱和区饱和区：2DSSpnVKI=零栅压的漏极电流夹断电压:PV耗尽型耗尽型MOS管管增强型增强型MOS管管是增强型还是耗尽型特性曲线是增强型还是耗尽型特性曲线？电流均以流入漏极的方向为正！电流均以流入漏极的方向为正！实际上饱和区的曲线并不是平坦的)()(DSTGSnDvv+=+=12VKiL的单位为m，为沟道长度调制参数1V 1.0 L修正后沟道长度调制效应iDOvDS理想击穿效应（1）漏衬击穿外加的 vDS过高，将导致漏极到衬底的PN结击穿。

8、s g d B 衬底引线衬底引线 N N VGG 耗尽层耗尽层 P VDD 击穿效应若绝缘层厚度 tox=50nm时，只要约30V的栅极电压就可将绝缘层击穿 s g d B 衬底引线衬底引线 N N VGG 耗尽层耗尽层 P VDD（2）栅极击穿通常在MOS管的GS间接入双向稳压管，限制栅极电压以保护器件。若取安全系数为3，则最大栅极安全电压只有10V。直流参数直流参数1.1.开启电压开启电压V VT T2.2.夹断电压夹断电压V VP P3.3.饱和漏电流饱和漏电流I IDSSDSS4.4.直流输入电阻直流输入电阻R RGSGS21)(PGSDSSDVIiv VDD iD T B d s m

9、A g IDSS（增强型参数增强型参数）（耗尽型参数耗尽型参数）（耗尽型参数耗尽型参数）（10109 910101515）交流参数交流参数输出电阻输出电阻r rdsdsGSDDSdsVir=vD12TGSnds1)(iVKr=v当不考虑沟道调制效应时当不考虑沟道调制效应时，0 0，rdsds)()(DSTGSnDvv+=+=12VKiDS GSDmVigv=低频互导低频互导g gmm2TGSnD)(VKi=v则则DSDSGS2TGSnGSDm)(VVVKigvvv=)(2TGSnVK=vnDTGS)(KiV=vDn2iK=LWCK=2oxnn其中其中Kn为电导常数为电导常数，单位单位：mA/VmA/V2 2 iD/mA 2 1.5 1 0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 vGS/V A B C D VTN vDC5V 交流参数交流参数极限参数极限参数1.1.最大漏极电流最大漏极电流I IDMDM2.2.最大耗散功率最大耗散功率P PDMDM3.3.最大漏源电压最大漏源电压V V（BRBR）DSDS4.4.最大栅源电压最大栅源电压V V（BRBR）GSGSDDSivP=DM