《模電場效應光》教學課件

《模電場效應光》幻燈片本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！《模電場效應光》幻燈片本課件PPT僅供大家學習使用N溝道JFET，是在一根N型半導體棒兩側通過高濃度擴散制造兩個重摻雜P++型區(qū)，形成兩個PN結，將兩個P++區(qū)接在一起引出一個電極，稱為柵極(Gate)，在兩個PN結之間的N型半導體構成導電溝道。在N型半導體的兩端各制造為源極(Source)，接收端稱為漏極(Drain)。在JFET中，源極和漏極是可以互換的。如果在柵極和源極之間加上負的電壓UGS，而在漏極和源極之間加上正的電壓UDS，那么，在UDS作用下，電子將源源不斷地由源極向漏極運動，形成漏極電流ID。因為柵源電壓UGS為負，PN結反偏，在柵源間僅存在微弱的反向飽和電流，所以柵極電流IG≈0，源極電流IS=ID。這就是結型場效應管輸入阻抗很大的原因。

N溝道JFET，是在一根N型半導體棒兩側通過高二.工作原理(a)UGS=0，溝道最寬，ID最大1.UGS對導電溝道的影響圖1-2UGS對導電溝道影響示意圖二.工作原理(a)UGS=0，溝道最寬，ID最大1.(b)UGS負壓增大，溝道變窄，ID減?。粓D1-2UGS對導電溝道影響示意圖(b)UGS負壓增大，溝道變窄，ID減小；圖1-2U(c)UGS負壓進一步增大，溝道夾斷，ID=0圖1-2UGS對導電溝道影響示意圖UGS=夾斷電壓UP為了使輸入阻抗大(不允許出現(xiàn)柵流iG)，也為了使柵源電壓對溝道寬度及漏極電流有效地進展控制，PN結一定要反偏，所以在N溝道JFET中，uGS必須為負值。(c)UGS負壓進一步增大，溝道夾斷，ID=0圖1-22.UGS=0時UDS對導電溝道的影響圖1-3UDS對導電溝道和ID的影響2.UGS=0時UDS對導電溝道的影響圖1-3U1.轉移特性曲線圖1-4N溝道結型場效應管的轉移特性曲線三.特性曲線1.轉移特性曲線圖1-4N溝道結型場效應管的轉移2.輸出特性曲線圖1--5

N溝道結型場效應管的輸出特性2.輸出特性曲線圖1--5N溝道結型場效應管的輸出根據(jù)工作情況,輸出特性可劃分為4個區(qū)域,即:可變電阻區(qū)、恒流區(qū)、擊穿區(qū)和截止區(qū)。1.可變電阻區(qū)當uDS很小，|uDS-uGS|<|UP|時，即預夾斷前(如下圖)，uDS的變化直接影響整個溝道的電場強度，從而影響iD的大小。所以在此區(qū)域，隨著uDS的增大，iD增大很快。與雙極型晶體管不同，在JFET中，柵源電壓uGS對iD上升的斜率影響較大，隨著|uGS|增大，曲線斜率變小，說明JFET的輸出電阻變大。如圖1--5所示。根據(jù)工作情況,輸出特性可劃分為4個區(qū)域,即2.恒流區(qū)恒流區(qū)相當于雙極型晶體管的放大區(qū)。其主要特征為：(1)當UP<UGS<0時，uGS變化，曲線平移，iD與uGS符合平方律關系，uGS對iD的控制能力很強。(2)UGS固定，uDS增大，iD增大極小。說明在恒流區(qū)，uDS對iD的控制能力很弱。這是因為，當uDS較大時，UDG增大，靠近漏區(qū)的PN結局部變厚，當|uDS-uGS|>|UP|

時，溝道在漏極附近被局部夾斷(稱為預夾斷)，如下圖。此后，uDS再增大，電壓主要降到局部夾斷區(qū)，而對整個溝道的導電能力影響不大。所以uDS的變化對iD影響很小。2.恒流區(qū)(2)UGS固定，uDS增大，iD3.截止區(qū)當|UGS|>|UP|時，溝道被全部夾斷，iD=0，故此區(qū)為截止區(qū)。假設利用JFET作為開關，那么工作在截止區(qū)，即相當于開關翻開。4.擊穿區(qū)隨著uDS增大，靠近漏區(qū)的PN結反偏電壓uDG(=uDS-uGS)也隨之增大3.截止區(qū)絕緣柵場效應管一.N溝道增強型MOS場效應管1.構造圖1-6N溝道增強型MOS場效應管的構造示意圖絕緣柵場效應管一.N溝道增強型MOS場效應管圖12.工作原理圖1-7UGS＞UT時形成導電溝道ID0是uGS=2UT時的iD2.工作原理圖1-7UGS＞UT時形成導電3.特性曲線圖1-8N溝道增強型MOS場效應管的特性曲線3.特性曲線圖1-8N溝道增強型MOS場效應管的特二.N溝道耗盡型MOS場效應管圖1-9N溝道耗盡型MOS管的構造示意圖二.N溝道耗盡型MOS場效應管圖1-9N溝道耗盡圖1-10N溝道耗盡型MOS場效應管的特性曲線圖1-10N溝道耗盡型MOS場效應管的特性曲線圖3-11MOS場效應管電路符號圖3-11MOS場效應管電路符號表3-1各種場效應管的符號和特性曲線表3-1各種場效應管的符號和特性曲線表1-1續(xù)表表1-1續(xù)表場效應管的主要參數(shù) 一.直流參數(shù) 1.飽和漏極電流IDSS〔耗盡型和結型〕定義是當柵源之間的電壓UGS等于零,而漏、源之間的電壓UDS大于夾斷電壓UP時對應的漏極電流。2.夾斷電壓UP〔耗盡型和結型〕其定義為當UDS一定時,使ID減小到某一個微小電流(如50μA)時所需的UGS值。場效應管的主要參數(shù) 一.直流參數(shù)2.3.開啟電壓UT(增強型)UT是增強型場效應管的重要參數(shù),它的定義是當UDS一定時,漏極電流ID到達某一數(shù)值(例如10μA)時所需加的UGS值。

4.直流輸入電阻RGSRGS是柵、源之間所加電壓與產(chǎn)生的柵極電流之比。由于柵極幾乎不索取電流,因此輸入電阻很高。結型為106Ω以上,MOS管可達1010Ω以上。3.開啟電壓UT(增強型)二.交流參數(shù)1.低頻跨導gm

跨導gm的單位是mA/V。它的值可由轉移特性或輸出特性求得。二.交流參數(shù)跨導gm的單位是mA/V。它三.極限參數(shù)1.漏極最大允許耗散功率PDmPDm與ID、UDS有如下關系:這局部功率將轉化為熱能,使管子的溫度升高。PDm決定于場效應管允許的最高溫升。2.漏、源間擊穿電壓U〔BR〕DS在場效應管輸出特性曲線上,當漏極電流ID急劇上升產(chǎn)生雪崩擊穿時的UDS。工作時外加在漏、源之間的電壓不得超過此值。三.極限參數(shù)這局部功率將轉化為熱能,使3.柵源間擊穿電壓U〔BR〕GS結型場效應管正常工作時,柵、源之間的PN結處于反向偏置狀態(tài),假設UGS過高,PN結將被擊穿。對于MOS場效應管,由于柵極與溝道之間有一層很薄的二氧化硅絕緣層,當UGS過高時,可能將SiO2絕緣層擊穿,使柵極與襯底發(fā)生短路。這種擊穿不同于PN結擊穿,而和電容器擊穿的情況類似,屬于破壞性擊穿,即柵、源間發(fā)生擊穿,MOS管立即被損壞。3.柵源間擊穿電壓U〔BR〕GS場效應管的特點(1)場效應管是一種電壓控制器件,即通過UGS來控制ID。

(2)場效應管輸入端幾乎沒有電流,所以其直流輸入電阻和交流輸入電阻都非常高。(3)由于場效應管是利用多數(shù)載流子導電的,因此,與雙極性三極管相比,具有噪聲小、受幅射的影響小、熱穩(wěn)定性較好而且存在零溫度系數(shù)工作點等特性。場效應管的特點(1)場效應(4)由于場效應管的構造對稱,有時漏極和源極可以互換使用,而各項指標根本上不受影響,因此應用時比較方便、靈活。

(5)場效應管的制造工藝簡單,有利于大規(guī)模集成。(6)由于MOS場效應管的輸入電阻可高達1015Ω,因此,由外界靜電感應所產(chǎn)生的電荷不易泄漏,而柵極上的SiO2絕緣層又很薄,這將在柵極上產(chǎn)生很高的電場強度,以致引起絕緣層擊穿而損壞管子。(7)場效應管的跨導較小,當組成放大電路時,在一樣的負載電阻下,電壓放大倍數(shù)比雙極型三極管低。(4)由于場效應管的構造對稱,有時漏極和源圖3-12柵極過壓保護電路圖3-12柵極過壓保護電路《模電場效應光》幻燈片本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學習使用學習完請自行刪除，謝謝！《模電場效應光》幻燈片本課件PPT僅供大家學習使用N溝道JFET，是在一根N型半導體棒兩側通過高濃度擴散制造兩個重摻雜P++型區(qū)，形成兩個PN結，將兩個P++區(qū)接在一起引出一個電極，稱為柵極(Gate)，在兩個PN結之間的N型半導體構成導電溝道。在N型半導體的兩端各制造為源極(Source)，接收端稱為漏極(Drain)。在JFET中，源極和漏極是可以互換的。如果在柵極和源極之間加上負的電壓UGS，而在漏極和源極之間加上正的電壓UDS，那么，在UDS作用下，電子將源源不斷地由源極向漏極運動，形成漏極電流ID。因為柵源電壓UGS為負，PN結反偏，在柵源間僅存在微弱的反向飽和電流，所以柵極電流IG≈0，源極電流IS=ID。這就是結型場效應管輸入阻抗很大的原因。

N溝道JFET，是在一根N型半導體棒兩側通過高二.工作原理(a)UGS=0，溝道最寬，ID最大1.UGS對導電溝道的影響圖1-2UGS對導電溝道影響示意圖二.工作原理(a)UGS=0，溝道最寬，ID最大1.(b)UGS負壓增大，溝道變窄，ID減?。粓D1-2UGS對導電溝道影響示意圖(b)UGS負壓增大，溝道變窄，ID減?。粓D1-2U(c)UGS負壓進一步增大，溝道夾斷，ID=0圖1-2UGS對導電溝道影響示意圖UGS=夾斷電壓UP為了使輸入阻抗大(不允許出現(xiàn)柵流iG)，也為了使柵源電壓對溝道寬度及漏極電流有效地進展控制，PN結一定要反偏，所以在N溝道JFET中，uGS必須為負值。(c)UGS負壓進一步增大，溝道夾斷，ID=0圖1-22.UGS=0時UDS對導電溝道的影響圖1-3UDS對導電溝道和ID的影響2.UGS=0時UDS對導電溝道的影響圖1-3U1.轉移特性曲線圖1-4N溝道結型場效應管的轉移特性曲線三.特性曲線1.轉移特性曲線圖1-4N溝道結型場效應管的轉移2.輸出特性曲線圖1--5

N溝道結型場效應管的輸出特性2.輸出特性曲線圖1--5N溝道結型場效應管的輸出根據(jù)工作情況,輸出特性可劃分為4個區(qū)域,即:可變電阻區(qū)、恒流區(qū)、擊穿區(qū)和截止區(qū)。1.可變電阻區(qū)當uDS很小，|uDS-uGS|<|UP|時，即預夾斷前(如下圖)，uDS的變化直接影響整個溝道的電場強度，從而影響iD的大小。所以在此區(qū)域，隨著uDS的增大，iD增大很快。與雙極型晶體管不同，在JFET中，柵源電壓uGS對iD上升的斜率影響較大，隨著|uGS|增大，曲線斜率變小，說明JFET的輸出電阻變大。如圖1--5所示。根據(jù)工作情況,輸出特性可劃分為4個區(qū)域,即2.恒流區(qū)恒流區(qū)相當于雙極型晶體管的放大區(qū)。其主要特征為：(1)當UP<UGS<0時，uGS變化，曲線平移，iD與uGS符合平方律關系，uGS對iD的控制能力很強。(2)UGS固定，uDS增大，iD增大極小。說明在恒流區(qū)，uDS對iD的控制能力很弱。這是因為，當uDS較大時，UDG增大，靠近漏區(qū)的PN結局部變厚，當|uDS-uGS|>|UP|

時，溝道在漏極附近被局部夾斷(稱為預夾斷)，如下圖。此后，uDS再增大，電壓主要降到局部夾斷區(qū)，而對整個溝道的導電能力影響不大。所以uDS的變化對iD影響很小。2.恒流區(qū)(2)UGS固定，uDS增大，iD3.截止區(qū)當|UGS|>|UP|時，溝道被全部夾斷，iD=0，故此區(qū)為截止區(qū)。假設利用JFET作為開關，那么工作在截止區(qū)，即相當于開關翻開。4.擊穿區(qū)隨著uDS增大，靠近漏區(qū)的PN結反偏電壓uDG(=uDS-uGS)也隨之增大3.截止區(qū)絕緣柵場效應管一.N溝道增強型MOS場效應管1.構造圖1-6N溝道增強型MOS場效應管的構造示意圖絕緣柵場效應管一.N溝道增強型MOS場效應管圖12.工作原理圖1-7UGS＞UT時形成導電溝道ID0是uGS=2UT時的iD2.工作原理圖1-7UGS＞UT時形成導電3.特性曲線圖1-8N溝道增強型MOS場效應管的特性曲線3.特性曲線圖1-8N溝道增強型MOS場效應管的特二.N溝道耗盡型MOS場效應管圖1-9N溝道耗盡型MOS管的構造示意圖二.N溝道耗盡型MOS場效應管圖1-9N溝道耗盡圖1-10N溝道耗盡型MOS場效應管的特性曲線圖1-10N溝道耗盡型MOS場效應管的特性曲線圖3-11MOS場效應管電路符號圖3-11MOS場效應管電路符號表3-1各種場效應管的符號和特性曲線表3-1各種場效應管的符號和特性曲線表1-1續(xù)表表1-1續(xù)表場效應管的主要參數(shù) 一.直流參數(shù) 1.飽和漏極電流IDSS〔耗盡型和結型〕定義是當柵源之間的電壓UGS等于零,而漏、源之間的電壓UDS大于夾斷電壓UP時對應的漏極電流。2.夾斷電壓UP〔耗盡型和結型〕其定義為當UDS一定時,使ID減小到某一個微小電流(如50μA)時所需的UGS值。場效應管的主要參數(shù) 一.直流參數(shù)2.3.開啟電壓UT(增強型)UT是增強型場效應管的重要參數(shù),它的定義是當UDS一定時,漏極電流ID到達某一數(shù)值(例如10μA)時所需加的UGS值。

4.直流輸入電阻RGSRGS是柵、源之間所加電壓與產(chǎn)生的柵極電流之比。由于柵極幾乎不索取電流,因此輸入電阻很高。結型為106Ω以上,MOS管可達1010Ω以上。3.開啟電壓UT(增強型)二.交流參數(shù)1.低頻跨導gm

跨導gm的單位是mA/V。它的值可由轉移特性或輸出特性求得。二.交流參數(shù)跨導gm的單位是mA/V。它三.極限參數(shù)1.漏極最大允許耗散功率PDmPDm與ID、UDS有如下關系:這局部功率將轉化為熱能,使管子的溫度升高。PDm決定于場效應管允許的最高溫升。2.漏、源間擊穿電壓U〔BR〕DS在場效應管輸出特性曲線上,當漏極電流ID急劇上升產(chǎn)生雪崩擊穿時的UDS。工作時外加在漏、源之間的電壓不得超過此值。三.極限參數(shù)這局部功率將轉