專業(yè)課可以參考一下聲振和模電模課件

電子線路(線性部分)Linear

Electronic

Circuits常用半導(dǎo)體器件第1章本章主要內(nèi)容半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)幾種半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)及其放大作用各種器件的特性曲線及主要參數(shù)選用器件的基本原則1.4場(chǎng)效應(yīng)管一、場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理及特性曲線Field

Effect

Transistor如何實(shí)現(xiàn)控制能量？利用輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來控制輸出回路電流結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFETJunction-Field-Effect

Transistor1.N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管工藝結(jié)構(gòu)與電路符號(hào)JFET工作時(shí)，PN結(jié)必須反偏++N溝道P溝道工作原理控制兩個(gè)反偏PN結(jié)的偏置電壓，柵極-源極電壓

uGS<0，柵極-漏極電壓

uDS<0，使耗盡層的延伸沿導(dǎo)電溝道變化，從而控制漏極電流iDNdsguDS=0，uGS對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用當(dāng)uDS=0，uGS=0時(shí)，耗盡層很窄，導(dǎo)電溝道很寬NdsguDS=0，uGS對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用|uGS|增大，耗盡層加寬，溝道變窄，溝道電阻增大直到uGS=UGS(off)時(shí)，耗盡層閉合，溝道消失，溝道電阻趨于無窮大；|uGS|再增大，PN結(jié)將反向擊穿而損壞UGS(off)為夾斷電壓，典型值-1V~-10V,uGS=uGDNdsgGGV(uGS

)dsgVGGGS(u

)uGS

=UGS(off)~

0

時(shí)，uDS對(duì)漏極電流iD的影響當(dāng)uDS=0時(shí)，溝道存在，但iD=0；當(dāng)uDS>0時(shí)，多子自由電子將沿溝道自s極向d極做漂移運(yùn)動(dòng)，形成漏極電流iD

溝道各點(diǎn)壓降不同，寬度不均勻，近d極窄，近s極寬；uDG

>uGS

只要柵漏間不夾斷，溝道電阻決定于uGS，iD隨uDS線性增大，d-s呈電阻特性dsgVGG(uGS

)VDD(uDS

)uGS

=UGS(off)~

0

時(shí)，uDS對(duì)漏極電流iD的影響當(dāng)uDS增大到使uGD=uGS-uDS=UGS(off)時(shí)，D極一邊耗盡層相碰，稱為預(yù)夾斷但仍然有iD流過dsgVGG(uGS

)VDD(uDS

)iDuGS

=UGS(off)~

0

時(shí)，uDS對(duì)漏極電流iD的影響uDS繼續(xù)增大，uGD<UGS(off)，預(yù)夾斷區(qū)加長一方面，電子阻力加大，iD減??；另一方面，d-s間縱向電場(chǎng)增強(qiáng)，iD增大兩種趨勢(shì)相互抵消從外部看，iD幾乎不變

iD僅決定于uGS，呈現(xiàn)恒流特性dsgVGGGS(u

)VDD(uDS

)DiuGD<UGS(off)，uGS對(duì)iD的控制uDS=uGD-uGS，uDS<uGS

-UGS(off)是常量時(shí)，對(duì)于確定的uGS，就有確定的iD，故稱場(chǎng)效應(yīng)管為電壓控制元件，用低頻跨導(dǎo)描述uGS對(duì)iD的控制作用Digm

=

D

DuGS|uGS|增大，整個(gè)溝道變窄，導(dǎo)致iD減小，直至

uGS=UGS(off)，整個(gè)溝道被夾斷，iD=0場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)電的特點(diǎn)只有半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，故又稱單極型晶體管輸出特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線關(guān)于iD嚴(yán)格對(duì)應(yīng)iD

=f

(uDS

)U

=常數(shù)GSiD

=f

(uGS

)U

=常數(shù)DS輸出特性曲線分四個(gè)區(qū)

三個(gè)工作區(qū)預(yù)夾斷軌跡 虛線對(duì)應(yīng)uGD=UGS(off)非飽和區(qū)，變阻區(qū)|uGD|<|UGS(off)|，uDS較小iD隨uDS線性變化，溝道電阻及寬度受uGS控制|uGS|增加，R增大飽和區(qū)，恒流區(qū)，放大區(qū)僅受uGS控制，而與uDS無關(guān)，恒流區(qū)中IDSS是uGS=0時(shí)，產(chǎn)生預(yù)夾斷時(shí)的ID，稱為飽和漏極電流。放大區(qū)u2iD

=

I1-

GS

DSSUGS(off

)

截止區(qū)，夾斷區(qū)溝道被全部夾斷的區(qū)域uGS<UGS(off)，iD=0截止區(qū)擊穿區(qū)uDS增加到U(BR)DS時(shí)，g-d結(jié)發(fā)生反向擊穿U(BR)DS

=20~50V而|uGS|增大，|uGD|也會(huì)增大，當(dāng)uDS較小時(shí)，g-d結(jié)發(fā)生反向擊穿故U(BR)DS隨|uGS|增大而減小2.絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管Insulated

Gate

Field

Effect

Transistor（Metal-Oxide-Semiconductor）金屬-氧化物-半導(dǎo)體N溝道增強(qiáng)型MOS

工藝結(jié)構(gòu)正常工作時(shí)，襯底必須接最低電位，或與源極相接，保證N+區(qū)與襯底間PN結(jié)反偏N溝道P溝道

金屬柵極-SiO2絕緣層-P區(qū)襯底構(gòu)成“平板電容器”當(dāng)柵極-源極電壓uGS變化時(shí)，將改變襯底靠近絕緣層處感應(yīng)電荷的多少，從而控制漏極電流iD工作原理g-s之間開路，d-s之間是兩只背向的PN結(jié)，無導(dǎo)電溝道，iD=0；兩個(gè)N+區(qū)，d區(qū)和s區(qū)各自被空間電荷區(qū)包圍而彼此隔斷sdB導(dǎo)電溝道的形成當(dāng)uDS=0且uGS>0時(shí)，由于

SiO2的存在，柵極電流為零；柵極排斥襯底P的空穴，留下負(fù)離子?xùn)艠O金屬層下薄層形成空間電荷區(qū)，并與D區(qū)S區(qū)的相通道uGS增大，薄層表面上由P型轉(zhuǎn)變?yōu)镹型，即反型層形成，且與

N+區(qū)相通反型層稱為漏源區(qū)間的導(dǎo)電溝溝道中，由自由電子作為導(dǎo)電粒子時(shí)，稱為N溝道開啟電壓UGS(th)----開始形成反型層所需的uGS值，與FET的工藝參數(shù)有關(guān)形成金屬柵極-SiO2絕緣層-反型層結(jié)構(gòu)的

“平板電容器”uGS越大，反型層越厚，溝道電阻越小uDS對(duì)溝道導(dǎo)電能力的控制當(dāng)uGS>UGS(th)，uDS>0時(shí)，S區(qū)的多子自由電子沿溝道漂移到D區(qū)，形成漏極電流iDiD產(chǎn)生壓降，使得加在“平板電容器”上的電壓沿溝道變化，溝道呈錐狀，S區(qū)寬，D區(qū)窄uDS對(duì)溝道導(dǎo)電能力的控制uGD=uGS-uDS增大uGD=UGS(th)時(shí)，近D區(qū)溝道夾斷，叫做預(yù)夾斷再增加的uDS，幾乎全部克服預(yù)夾斷區(qū)對(duì)iD的阻力上從外部看，iD是恒值，iD看作uGS控制的電流源uDS對(duì)溝道導(dǎo)電能力的控制uGS一定，

iD

~uDS特性u(píng)DS很小，溝道呈現(xiàn)電阻特性，

iD

隨uDS線性增大uDS=uGS-UGS(th)時(shí)，預(yù)夾斷uDS增加，

iD

不變伏安特性曲線輸出特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線iD

=f

(uDS

)U

=常數(shù)GSiD

=f

(uGS

)U

=常數(shù)DS輸入柵極電流是平板電容器的泄漏電流，近似為零轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線輸出特性曲線

四個(gè)區(qū)：可變電阻區(qū)恒流區(qū)截止區(qū)擊穿區(qū)輸出特性曲線性非飽和區(qū)，變阻區(qū)uGS一定，iD

~uDS特性u(píng)DS很小，溝道呈現(xiàn)電阻特性，iD

隨uDS線增大uGS減小，R增大輸出特性曲線截止區(qū)，夾斷區(qū)溝道未形成iD=0，uGS<UGS(th)擊穿區(qū)uDS增大，D區(qū)與襯底間的PN結(jié)發(fā)生雪崩擊穿uGS過大，使SiO2絕緣層擊穿，管子會(huì)永久損壞轉(zhuǎn)移特性曲線兩曲線關(guān)于iD有嚴(yán)格對(duì)應(yīng)關(guān)系Du2i

=

I

GS

-1DO

UGS(

th)IDO是uGS

=2UGS(th)時(shí)的iD凡uGS=0，iD=0，為增強(qiáng)型FET凡uGS=0，iD≠0，為耗盡型FET二者工藝結(jié)構(gòu)不同使用與保存DGS場(chǎng)效應(yīng)管的分類場(chǎng)效應(yīng)管FET結(jié)型場(chǎng)FET(JFET)N溝道P溝道絕緣柵型FET(IGFET)增強(qiáng)型IGFETN溝道P溝道耗盡型IGFETN溝道P溝道3.N溝道耗盡型MOS1.4場(chǎng)效應(yīng)管二、場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)Field

Effect

Transistor直流參數(shù)開啟電壓UGS(th)：在uDS為常量時(shí)，使iD大于零所需的最小|uGS|值。是EMOS管的參數(shù)。夾斷電壓UGS(off)：在uDS為常量時(shí)，使iD為規(guī)定的微小電流時(shí)的uGS值。是結(jié)型和DMOS管的參數(shù)。飽和漏極電流IDSS：對(duì)于JFET，在uGS=0V時(shí)產(chǎn)生預(yù)夾斷時(shí)的漏極電流。直流輸入電阻RGS(DC):柵源電壓與柵極電流的比。JFET約大于107Ω，MOS管大于109Ω。手冊(cè)給出柵極電流的大小。交流參數(shù)低頻跨導(dǎo)gm:工作在恒流區(qū)，表示對(duì)控制作用的強(qiáng)弱，是轉(zhuǎn)移特性曲線上某一點(diǎn)的切線的斜率，iD越大，gm越大。極間電容：FET三個(gè)極之間均存在電容。Cgs和Cgd約為1~3pF，Cds約為0.1~1pFmgGS

UDS

=C=

DiDDu極限參數(shù)—場(chǎng)效應(yīng)管安全工作的限制最大漏極電流ICM：管子正常工作時(shí)漏極電流的上限值最大耗散功率PCM：決定管子允許的溫升。根據(jù)ICM和U(BR)DS確定管子的安全工作區(qū)。對(duì)于大功率管，特別注意滿足散熱條件擊穿電壓：管子進(jìn)入恒流區(qū)后，使iD驟然增加的uGS稱為漏-源擊穿電壓U(BR)DS，超過此值管子損壞。柵-源擊穿電壓U(BR)GS：對(duì)于JFET柵極與溝道間PN結(jié)反向擊穿電壓；對(duì)于MOS管是使絕緣層擊穿的反向擊穿電壓。避免柵極懸空1.4場(chǎng)效應(yīng)管三、場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較Field

Effect

Transistorg-b,

s-e,

c-d作用類似對(duì)于FET，uGS控制iD，柵極基本不取電流，用于要求輸入電阻高的電路對(duì)于BJT，iB控制iC，基極索取一定的電流，用于信號(hào)源可以提供一定電流的電路對(duì)于FET，只有多子參與導(dǎo)電，溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)，適于