MOS管工作原理ppt課件

.,第三章場效應(yīng)管放大器,絕緣柵場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管,3.2場效應(yīng)管放大電路,效應(yīng)管放大器的靜態(tài)偏置效應(yīng)管放大器的交流小信號模型效應(yīng)管放大電路,3.1場效應(yīng)管,3.1場效應(yīng)管,BJT是一種電流控制元件(iBiC)，工作時(shí)，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運(yùn)行，所以被稱為雙極型器件。場效應(yīng)管（FieldEffectTransistor簡稱FET）是一種電壓控制器件(uGSiD)，工作時(shí)，只有一種載流子參與導(dǎo)電，因此它是單極型器件。FET因其制造工藝簡單，功耗小，溫度特性好，輸入電阻極高等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。,FET分類：,絕緣柵場效應(yīng)管,結(jié)型場效應(yīng)管,增強(qiáng)型,耗盡型,N溝道,P溝道,N溝道,P溝道,N溝道,P溝道,一.絕緣柵場效應(yīng)管,絕緣柵型場效應(yīng)管(MetalOxideSemiconductorFET)，簡稱MOSFET。分為：增強(qiáng)型N溝道、P溝道耗盡型N溝道、P溝道,1.N溝道增強(qiáng)型MOS管（1）結(jié)構(gòu)4個(gè)電極：漏極D，源極S，柵極G和襯底B。,符號：,當(dāng)uGS0V時(shí)縱向電場將靠近柵極下方的空穴向下排斥耗盡層。,（2）工作原理,當(dāng)uGS=0V時(shí)，漏源之間相當(dāng)兩個(gè)背靠背的二極管，在d、s之間加上電壓也不會(huì)形成電流，即管子截止。,再增加uGS縱向電場將P區(qū)少子電子聚集到P區(qū)表面形成導(dǎo)電溝道，如果此時(shí)加有漏源電壓，就可以形成漏極電流id。,柵源電壓uGS的控制作用,定義：開啟電壓（UT）剛剛產(chǎn)生溝道所需的柵源電壓UGS。,N溝道增強(qiáng)型MOS管的基本特性：uGSUT，管子截止，uGSUT，管子導(dǎo)通。uGS越大，溝道越寬，在相同的漏源電壓uDS作用下，漏極電流ID越大。,轉(zhuǎn)移特性曲線：iD=f(uGS)uDS=const,可根據(jù)輸出特性曲線作出移特性曲線。例：作uDS=10V的一條轉(zhuǎn)移特性曲線：,UT,一個(gè)重要參數(shù)跨導(dǎo)gm：,gm=iD/uGSuDS=const(單位mS)gm的大小反映了柵源電壓對漏極電流的控制作用。在轉(zhuǎn)移特性曲線上，gm為的曲線的斜率。在輸出特性曲線上也可求出gm。,2.N溝道耗盡型MOSFET,特點(diǎn)：當(dāng)uGS=0時(shí)，就有溝道，加入uDS，就有iD。當(dāng)uGS0時(shí)，溝道增寬，iD進(jìn)一步增加。當(dāng)uGS0時(shí)，溝道變窄，iD減小。,在柵極下方的SiO2層中摻入了大量的金屬正離子。所以當(dāng)uGS=0時(shí)，這些正離子已經(jīng)感應(yīng)出反型層，形成了溝道。,定義：夾斷電壓（UP）溝道剛剛消失所需的柵源電壓uGS。,3、P溝道耗盡型MOSFET,P溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完全相同，只不過導(dǎo)電的載流子不同，供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。,4.MOS管的主要參數(shù),（1）開啟電壓UT（2）夾斷電壓UP（3）跨導(dǎo)gm：gm=iD/uGSuDS=const（4）直流輸入電阻RGS柵源間的等效電阻。由于MOS管柵源間有sio2絕緣層，輸入電阻可達(dá)1091015。,二.結(jié)型場效應(yīng)管,1.結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)（以N溝為例）：,兩個(gè)PN結(jié)夾著一個(gè)N型溝道。三個(gè)電極：g：柵極d：漏極s：源極,符號：,N溝道,P溝道,2.結(jié)型場效應(yīng)管的工作原理,（1）柵源電壓對溝道的控制作用,在柵源間加負(fù)電壓uGS，令uDS=0當(dāng)uGS=0時(shí)，為平衡PN結(jié)，導(dǎo)電溝道最寬。,當(dāng)uGS時(shí)，PN結(jié)反偏，耗盡層變寬，導(dǎo)電溝道變窄，溝道電阻增大。,當(dāng)uGS到一定值時(shí)，溝道會(huì)完全合攏。,定義：夾斷電壓UP使導(dǎo)電溝道完全合攏（消失）所需要的柵源電壓uGS。,（2）漏源電壓對溝道的控制作用,在漏源間加電壓uDS，令uGS=0由于uGS=0，所以導(dǎo)電溝道最寬。當(dāng)uDS=0時(shí)，iD=0。,uDSiD靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道變窄，呈楔形分布。,當(dāng)uDS，使uGD=uGS-uDS=UP時(shí)，在靠漏極處夾斷預(yù)夾斷。,預(yù)夾斷前，uDSiD。預(yù)夾斷后，iDSiD幾乎不變。,uDS再，預(yù)夾斷點(diǎn)下移。,（3）柵源電壓uGS和漏源電壓uDS共同作用,iD=f（uGS、uDS）,可用輸兩組特性曲線來描繪。,（1）輸出特性曲線：iD=f（uDS）uGS=常數(shù),3、結(jié)型場效應(yīng)三極管的特性曲線,設(shè)：UT=-3V,四個(gè)區(qū)：,恒流區(qū)的特點(diǎn)：iD/uGS=gm常數(shù)即：iD=gmuGS（放大原理）,（a）可變電阻區(qū)（預(yù)夾斷前）。,（b）恒流區(qū)也稱飽和區(qū)（預(yù)夾斷后）。,（c）夾斷區(qū)（截止區(qū)）。,（d）擊穿區(qū)。,可變電阻區(qū),恒流區(qū),截止區(qū),擊穿區(qū),（2）轉(zhuǎn)移特性曲線：iD=f（uGS）uDS=常數(shù),可根據(jù)輸出特性曲線作出移特性曲線。例：作uDS=10V的一條轉(zhuǎn)移特性曲線：,4.場效應(yīng)管的主要參數(shù),(1)開啟電壓UTUT是MOS增強(qiáng)型管的參數(shù)，柵源電壓小于開啟電壓的絕對值,場效應(yīng)管不能導(dǎo)通。,（2）夾斷電壓UPUP是MOS耗盡型和結(jié)型FET的參數(shù)，當(dāng)uGS=UP時(shí),漏極電流為零。,（3）飽和漏極電流IDSSMOS耗盡型和結(jié)型FET,當(dāng)uGS=0時(shí)所對應(yīng)的漏極電流。,（4）輸入電阻RGS結(jié)型場效應(yīng)管，RGS大于107，MOS場效應(yīng)管,RGS可達(dá)1091015。,（5）低頻跨導(dǎo)gmgm反映了柵壓對漏極電流的控制作用，單位是mS(毫西門子)。,（6）最大漏極功耗PDMPDM=UDSID，與雙極型三極管的PCM相當(dāng)。,5.雙極型和場效應(yīng)型三極管的比較,一.直流偏置電路保證管子工作在飽和區(qū)，輸出信號不失真,3.2場效應(yīng)管放大電路,1.自偏壓電路,UGS=-IDR,注意：該電路產(chǎn)生負(fù)的柵源電壓，所以只能用于需要負(fù)柵源電壓的電路。,計(jì)算Q點(diǎn)：UGS、ID、UDS,已知UP，由,可解出Q點(diǎn)的UGS、ID,2.分壓式自偏壓電路,可解出Q點(diǎn)的UGS、ID,計(jì)算Q點(diǎn)：,已知UP，由,該電路產(chǎn)生的柵源電壓可正可負(fù)，所以適用于所有的場效應(yīng)管電路。,二.場效應(yīng)管的交流小信號模型,與雙極型晶體管一樣，場效應(yīng)管也是一種非線性器件，在交流小信號情況下，也可以由它的線性等效電路交流小信號模型來代替。,其中：gmugs是壓控電流源，它體現(xiàn)了輸入電壓對輸出電流的控制作用。稱為低頻跨導(dǎo)。rds為輸出電阻，類似于雙極型晶體管的rce。,三.場效應(yīng)管放大電路,1.共源放大電路,分析：（1）畫出共源放大電路的交流小信號等效電路。,（2）求電壓放大倍數(shù),（3）求輸入電阻,（4）求輸出電阻,則,（2）電壓放大倍數(shù),（3）輸入電阻,得,分析：,（1）畫交流小信號等效電路。,由,2.共漏放大電路,（4）輸出電阻,所以,由圖有,本章小結(jié),1FET分為JFET和MOSFET兩種，工作時(shí)只有一種載流子參與導(dǎo)電，因此稱為單極性型晶體管。FET是一種壓控電流型