模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)01-4-1講義ppt課件

1、場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管FET場(chǎng)效應(yīng)管與三極管不同，它是利用場(chǎng)效應(yīng)管與三極管不同，它是利用多子導(dǎo)電，屬于單極型晶體管多子導(dǎo)電，屬于單極型晶體管.結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFET絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管有兩種場(chǎng)效應(yīng)管有兩種:N溝道溝道P溝道溝道耗盡型耗盡型加強(qiáng)型加強(qiáng)型耗盡型耗盡型加強(qiáng)型加強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管IGFET 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的柵極與其他電極絕緣。絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的柵極與其他電極絕緣。它利用柵源間電壓所產(chǎn)生的電場(chǎng)效應(yīng)控制半它利用柵源間電壓所產(chǎn)生的電場(chǎng)效應(yīng)控制半導(dǎo)體內(nèi)載流子的運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)體內(nèi)載流子的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)根據(jù)絕緣絕緣資料資料的不的不同分同分為：為：金屬金

2、屬氧化物氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)MOSFET或或MOS管管金屬金屬氮化硅氮化硅半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)MNSFET或或MNS管管金屬金屬氧化鋁氧化鋁半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管 簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)MALSFETN溝道加強(qiáng)型溝道加強(qiáng)型MOSFET加強(qiáng)型加強(qiáng)型NMOS管的構(gòu)造表示圖管的構(gòu)造表示圖(立體圖立體圖)(a)源極柵極漏極氧化層(SiO2)BWP型襯底NNL耗盡層A1層SGD簡(jiǎn)稱(chēng)加強(qiáng)型簡(jiǎn)稱(chēng)加強(qiáng)型NMOS管管加強(qiáng)型加強(qiáng)型NMOS的剖面圖的剖面圖源極源極S漏極漏極D柵極柵極GSiO2絕絕緣緣層層SiO2SiO2N+型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體耗盡區(qū)耗盡區(qū) 利用摻雜濃度較低的P型硅片作基片

3、襯底，并引出電極襯底B 在兩個(gè)高摻雜濃在兩個(gè)高摻雜濃度的度的N型半導(dǎo)體上型半導(dǎo)體上引出兩個(gè)電極：引出兩個(gè)電極：源極源極S、漏極、漏極D。在在SiO2絕緣層上絕緣層上堆積出鋁層并引堆積出鋁層并引出柵極出柵極G。P襯襯底底金屬襯底B由于柵極和源極、漏極、襯底之間相互絕緣，由于柵極和源極、漏極、襯底之間相互絕緣，故稱(chēng)絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。故稱(chēng)絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。由于管子是金屬由于管子是金屬氧化物氧化物半導(dǎo)體構(gòu)成，半導(dǎo)體構(gòu)成，故簡(jiǎn)稱(chēng)故簡(jiǎn)稱(chēng)MOS場(chǎng)效應(yīng)管。場(chǎng)效應(yīng)管。加強(qiáng)型加強(qiáng)型NMOS管的任務(wù)原理管的任務(wù)原理(一一) uGS對(duì)對(duì)iD及導(dǎo)電溝道的控制造用及導(dǎo)電溝道的控制造用 1. uGS=0MOS管的源極和襯底通常

4、是接在一同的管的源極和襯底通常是接在一同的(大多數(shù)管子在出廠前已銜接好大多數(shù)管子在出廠前已銜接好)。加強(qiáng)型加強(qiáng)型NMOS管的漏極管的漏極d和源和源極極s之間有兩個(gè)背靠背的之間有兩個(gè)背靠背的PN結(jié)結(jié) 即使加上漏即使加上漏-源電壓源電壓uDS，而且不論而且不論uDS的極性如的極性如何，總有一個(gè)何，總有一個(gè)PN結(jié)處于結(jié)處于反偏形狀，漏反偏形狀，漏-源極間沒(méi)源極間沒(méi)有導(dǎo)電溝道，只需很小有導(dǎo)電溝道，只需很小的漂移電流。這時(shí)漏極的漂移電流。這時(shí)漏極電流電流iD0。 2. uGS0 但但uGSUT且為一確定值時(shí)且為一確定值時(shí))當(dāng)當(dāng)uDS= 0時(shí)，溝道里沒(méi)有電子的定向運(yùn)動(dòng)，時(shí)，溝道里沒(méi)有電子的定向運(yùn)動(dòng)，iD=

5、0；當(dāng)當(dāng)uDS0但較小但較小uDSUT)，源漏極兩端溝道的厚度不相等。源漏極兩端溝道的厚度不相等。漏極電流漏極電流iD沿溝道產(chǎn)生的電壓沿溝道產(chǎn)生的電壓降使溝道內(nèi)各點(diǎn)與柵極間的電降使溝道內(nèi)各點(diǎn)與柵極間的電壓不再相等，接近源極一端的壓不再相等，接近源極一端的電壓最大，這里溝道最厚；而電壓最大，這里溝道最厚；而漏極一端電壓最小，其值為因漏極一端電壓最小，其值為因此這里溝道最薄。所以此這里溝道最薄。所以iD隨隨uDS近似呈線性變化。近似呈線性變化。圖圖(a)隨著隨著uDS的增大，接近漏極的溝道越來(lái)越薄，當(dāng)?shù)脑龃?，接近漏極的溝道越來(lái)越薄，當(dāng)uDS添加到使添加到使uGD=uGS-uDS=UT(或或uDS=

6、uGS-UT)時(shí)，溝道在漏極一端出現(xiàn)時(shí)，溝道在漏極一端出現(xiàn)預(yù)夾斷，即只需預(yù)夾斷，即只需uDS再添加一點(diǎn)，溝道就被夾斷，成為耗盡區(qū)。再添加一點(diǎn)，溝道就被夾斷，成為耗盡區(qū)。圖圖(b) 再繼續(xù)增大再繼續(xù)增大uDS， (uGDUT)夾斷點(diǎn)將向源極方向挪動(dòng)，圖夾斷點(diǎn)將向源極方向挪動(dòng)，圖(c)。由于。由于uDS的添加部分幾乎全部降落在夾斷區(qū)的添加部分幾乎全部降落在夾斷區(qū)(此處電阻大此處電阻大) ，而對(duì)溝道的橫向電場(chǎng)影響不大，溝道也從此根本恒定下來(lái)。故而對(duì)溝道的橫向電場(chǎng)影響不大，溝道也從此根本恒定下來(lái)。故iD幾乎不隨幾乎不隨uDS增大而添加，管子進(jìn)入飽和區(qū)增大而添加，管子進(jìn)入飽和區(qū)(或恒流區(qū)、放大或恒流區(qū)、

7、放大區(qū)區(qū))，iD幾乎僅由幾乎僅由vGS決議。決議。 圖圖(b)圖圖(c)當(dāng)當(dāng)uDS = 0 時(shí)，漏極電流時(shí)，漏極電流ID = 0。當(dāng)當(dāng)uDS較小時(shí)，較小時(shí)， 源漏極兩端溝道源漏極兩端溝道的寬度不相等，如圖的寬度不相等，如圖(a)iD 隨隨uDS 的增大而增大，為曲線上升的增大而增大，為曲線上升部分，即可變電阻區(qū)部分，即可變電阻區(qū)(RON:幾百幾百歐歐)當(dāng)當(dāng)uDS增大到使增大到使uGD= UT時(shí)，產(chǎn)時(shí)，產(chǎn)生臨界形狀圖生臨界形狀圖b，臨界形狀，臨界形狀稱(chēng)為預(yù)夾斷，此時(shí)稱(chēng)為預(yù)夾斷，此時(shí) uDS = uGS - UT。當(dāng)當(dāng)uDS繼續(xù)增大，耗盡區(qū)向源極擴(kuò)繼續(xù)增大，耗盡區(qū)向源極擴(kuò)展圖展圖c，uDS添加值主

8、要降落添加值主要降落在耗盡區(qū)上，在耗盡區(qū)上，iD添加很少，即為恒添加很少，即為恒流區(qū)。在恒流區(qū)內(nèi)，電流流區(qū)。在恒流區(qū)內(nèi)，電流 iD 只受只受 uGS 控制，控制，uGS 越大，飽和越大，飽和 電流電流越大，輸出特性為一組受越大，輸出特性為一組受 uGS 控控制的近似平行線。制的近似平行線。iD0uDSUGS6V截止區(qū)4V3V2V5V可變電阻區(qū)(a)恒流區(qū)區(qū)穿擊常數(shù)DSUGSDmUIg特點(diǎn)：特點(diǎn)： 當(dāng)當(dāng)0 0,但無(wú)柵流但無(wú)柵流 當(dāng)當(dāng) uG S UT 時(shí)，時(shí)，導(dǎo)電溝道構(gòu)成，導(dǎo)電溝道構(gòu)成，iD 0。 iD 為為10A 外加正柵壓越大，溝道外加正柵壓越大，溝道越寬，溝道電阻越小，越寬，溝道電阻越小，i

9、D越大，越大，NMOS管處于管處于導(dǎo)通形狀導(dǎo)通形狀開(kāi)啟電壓UTNMOS管的管的UT為正值，普通在為正值，普通在 25V之間之間NNP型襯底SGD摻雜在絕緣層中的正離子 N型溝道襯底引線耗盡型耗盡型NMOS管的構(gòu)造表示圖管的構(gòu)造表示圖N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET 耗盡型NMOS管在制造過(guò)程中就構(gòu)成了導(dǎo)電溝道，即uGS=0時(shí)就有導(dǎo)電溝道，所以只需uDS 0，漏極就有電流。DGS(c)B耗盡型耗盡型NMOS管的符號(hào)管的符號(hào)箭頭方向從箭頭方向從P型溝道指向型溝道指向N區(qū)區(qū) 1234iD/mA01020uDS/V0V515(b)UGS 3V 6V3V假設(shè)在柵極上加上正電假設(shè)在柵極上加上正電壓，指向

10、襯底的電場(chǎng)將壓，指向襯底的電場(chǎng)將加強(qiáng)，溝道加寬。加強(qiáng)，溝道加寬。uGS越大，溝道越寬，漏極越大，溝道越寬，漏極電流越大。電流越大。當(dāng)當(dāng)uGS UT 0 (開(kāi)啟電壓開(kāi)啟電壓UGS UT D S斷開(kāi)斷開(kāi)D S導(dǎo)通導(dǎo)通幾百歐幾百歐UGS UT UT D S導(dǎo)通導(dǎo)通幾百歐幾百歐D S斷開(kāi)斷開(kāi)1 MOS 1 MOS 管非門(mén)管非門(mén)V2V0TNILGS UUuMOS管截止管截止V10DDOHO VUu2.V10IHI UuV2V10TNIHGS UUuMOS 管導(dǎo)通在可變電阻區(qū)管導(dǎo)通在可變電阻區(qū)V0OLO Uu真值表真值表0110AYAY +VDD+10VRD20 kBGDSuIuOV0ILI Uu1.+

11、+- -uGS+ +- -uDS故故2. CMOS反相器反相器CMOS電路電路Complementary -Symmetry MOS互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式MOST2(負(fù)載管負(fù)載管T1 (驅(qū)動(dòng)管驅(qū)動(dòng)管PMOS管管NMOS管管T1 : ONT2: OFFOFFON同一電平同一電平:+UDDSDADSGF1) 構(gòu)造構(gòu)造“0(0V)UGS UT 0導(dǎo)通導(dǎo)通+UDDSDAFDSGT2T1PMOSNMOSUGS0截止截止“1(+UDD)2) 任務(wù)原理任務(wù)原理 UA=0V“0(0V)UGS UT UT 0導(dǎo)通導(dǎo)通“1(+UDD)F UA= UDD 3. CMOS與非門(mén)與非門(mén)&ABFBA F =+UDD

12、AFT2T1BT3T4SSSSGG任務(wù)原理任務(wù)原理:構(gòu)造構(gòu)造:0 0 10 1 11 0 11 1 0A B T1 T2 T3 T4 F4. CMOS或非門(mén)或非門(mén)A B T1 T2 T3 T4 F ABFBA F =+UDDFAT2T1BT3T4GGSSS任務(wù)原理任務(wù)原理:構(gòu)造構(gòu)造:0 0 10 1 0 1 0 0 1 1 0 實(shí)現(xiàn)線與實(shí)現(xiàn)線與 電路如右圖所示，邏輯關(guān)系為電路如右圖所示，邏輯關(guān)系為: :+VBA&DC&PRCCLLL12一、集電極開(kāi)路的與非門(mén)一、集電極開(kāi)路的與非門(mén)OC門(mén)門(mén)Open Collector)二二 、三態(tài)輸出與非門(mén)、三態(tài)輸出與非門(mén)TS門(mén)門(mén)(Three State)三種形狀三種形狀高電平高電平低電平低電平高阻形狀制止形狀高阻形狀制止形狀規(guī)范與非門(mén)規(guī)范與非門(mén)輸出形狀輸出形狀&ABFE符號(hào)：符號(hào)：功能表：功能表：0