《MOS場效應管》PPT課件.ppt

1、1,第三章 場效應管,模擬電子技術基礎,2,場效應管是利用電場效應來控制電流大小，與雙極型晶體管不同，它是多子導電，輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好、噪聲低。,結型場效應管JFET,絕緣柵型場效應管MOS,場效應管有兩種:,引言：,3,3.1 金屬-氧化物-半導體場效應管,一、 N溝道增強型,P型基底,兩個N區(qū),SiO2絕緣層,導電溝道,金屬鋁,N溝道增強型,1、結構和電路符號,4,P 溝道增強型,5,2、MOS管的工作原理,UGS=0時,對應截止區(qū),6,UGS0時,感應出電子,VT稱為閾值電壓,7,UGS較小時，導電溝道相當于電阻將D-S連接起來，UGS越大此電阻越小。,8,當UDS不太大時，導電溝

2、道在兩個N區(qū)間是均勻的。,當UDS較大時，靠近D區(qū)的導電溝道變窄。,9,UDS增加，UGD=VGS(Th) 時，靠近D端的溝道被夾斷，稱為予夾斷。,10,預夾斷后，夾斷點向源極方向移動，溝道的長度略有減小，相應的溝道電阻略有減小，結果漏極電路稍有增大。,11,3、增強型N溝道MOS管的特性曲線,輸出特性曲線,非飽和區(qū),飽和區(qū),截止區(qū),12,轉移特性曲線,13,4、關于輸出特性曲線的進一步討論,非飽和區(qū),當VDS很小時,14,飽和區(qū),15,截止區(qū)和亞閾區(qū),當工作在截止區(qū)時，即VgsVGS(th)時，溝道未形成，因而ID=0。實際上，VgsVGS(th)時，ID不會突變到零。不過其值很小(uA量級

3、)，一般可忽略不計。但是在某些應用場合，為了延長電池壽命，工作電流取得很小，管子進入VGS(th)附近很小的區(qū)域內(100mV)。通常將這個工作區(qū)稱為亞閾區(qū)或弱反型層區(qū)，在這個工作區(qū)內，ID與VGS之間服從指數(shù)規(guī)律變化，類似于晶體三極管。,16,在集成電路中，許多MOS管都制作在同一襯底上，為了保證襯底與源、漏區(qū)之間的PN結反偏，襯底必須接在電路的最低電位上。,襯底效應,若某些MOS管的源極不能處在電路的最低電位上，則其源極與襯底極不能相連，其間就會作用著負值的電壓VUS,在負值襯底電壓VUS作用下，P型硅襯底中的空間電荷區(qū)將向襯底底部擴展，空間電荷區(qū)中的負離子數(shù)增多。,可見， VUS和VGS

4、一樣，也具有對ID的控制作用，故又稱襯底電極為背柵極，不過它的控制作用遠比VGS小。 實際上， VUS對ID的影響集中反映在對VGS(th)的影響上。 VUS向負值方向增大， VGS(th)也就相應增大。因而，在VGS一定時， ID就減小。,但是由于VGS不變，即柵極上的正電荷量不變，因而反型層中的自由電子數(shù)就必然減小，從而引起溝道電阻增大，ID減小。,17,N 溝道耗盡型,予埋了導電溝道,二、 N溝道耗盡型MOS管,1、耗盡型MOS管,18,P 溝道耗盡型,予埋了導電溝道,19,2、特性曲線：,耗盡型的MOS管UGS=0時就有導電溝道，加反向電壓才能夾斷。,轉移特性曲線,20,輸出特性曲線,

5、UGS=0,UGS0,UGS0,21,三、小信號模型,22,場效應管舉例：,例1：已知,求：小信號模型的參數(shù),解：,23,場效應管舉例：,例2：,如圖所示的電路，求漏極電流，已知,解：,舍去,假定,24,一、結構,3.2 結型場效應管:,25,S源極,N溝道結型場效應管,26,S源極,P溝道結型場效應管,27,28,29,N,G,S,D,UDS,UGS=0,UGS=0且UDS0時耗盡區(qū)的形狀,越靠近漏端，PN結反壓越大,ID,2、VGS=0，D、S加正電壓：,30,31,32,33,34,三、特性曲線,轉移特性曲線 一定UDS下的ID-UGS曲線,35,輸出特性曲線,UDS,0,ID,IDSS

6、,VP,飽和漏極電流,夾斷電壓,某一VGS下,36,UGS=0V,恒流區(qū),輸出特性曲線,37,非飽和區(qū)：,是VGS=0時， VGD= VGS(off)的漏極電流,當VDS很小時，相當于一個線性電阻,38,飽和區(qū)：,截止區(qū)和擊穿區(qū)的特性與mos管的特性相同,等效電路與mos的電路相同,39,P溝道結型場效應管的特性曲線,轉移特性曲線,40,輸出特性曲線,P溝道結型場效應管的特性曲線,ID,U DS,恒流區(qū),0,41,四、主要參數(shù)：,1、夾斷電壓VP： 2、飽和漏極電流IDSS: 3、直流輸入電阻RGS（DC）：柵壓除柵流 4、低頻跨導gm: 5、輸出電阻rd: 6、最大漏極電流IDM: 7、最大

7、耗散功率PDM: 8、擊穿電壓：V（BR）DS、V（BR）GS,42,結型場效應管的缺點：,1. 柵源極間的電阻雖然可達107以上，但在某些場合仍嫌不夠高。,3. 柵源極間的PN結加正向電壓時，將出現(xiàn)較大的柵極電流。,絕緣柵場效應管可以很好地解決這些問題。,2. 在高溫下，PN結的反向電流增大，柵源極間的電阻會顯著下降。,43,三、各種FET的特性比較及使用注意事項：,使用時： 1）一般D、S可以互換 2）謹防擊穿,與三極管比較： 1）場效應管的D、G、D相當于C、B、E 2）場效應管是電壓控制器件，柵流基本為0。 3）場效應管利用多子導電，故受外界影響小。 4）場效應管的D、S可互換,44,

8、一、放大電路：,1、 電路的組成： N溝道增強型MOS管處于恒流狀態(tài)的條件是:vDSvGS-vGS(th)。因此直流電源的設置要滿足這個要求。,同時由于場效應管是由GS間的電壓來控制iD的，因此輸入信號要能控制vGS達到放大的目的。根據(jù)上述想法就組成了共源放大電路如圖所示?？梢钥吹剿c晶體管共射放大電路完全是對應，VGG的作用是確定靜態(tài)工作點。,第三節(jié)、場效應管的應用原理：,45,2、靜態(tài)工作點的計算,計算電路的靜態(tài)工作點要先作出原電路的直流通路，如圖所示。由于柵源之間是絕緣的，故iG=0，所以VGSQ=VGG,利用特性方程可求iD: 也可以用圖解法在漏極特性中作負載線 vDS=VDD-iDRD 與vGS=VGG的曲線相交于Q點。從而定出IDQ和VDSQ。,46,輸入電阻Ri很大，近似為柵源間的電阻（1010），輸出電阻RoRD 共源放大電路與共射電路形式相似，只是電路的輸入電阻要比共射電路的大得多，故在高輸入電阻得場合常用場效應管放大電路。,畫電路的交流等效電路如右圖，這里采用的是MOS管的簡化模型，可得：,3、交流性能的計算,47,二、有源電阻,漏源短接時，視為有源電阻,48,直流電阻：,交流電阻:,49,聯(lián)立求解：,調節(jié)兩管的寬長比，可以得到所要得電壓,50,三、開關,輸入電壓的變化范圍內的開關電平的要求,VGH-VGS(of