电工学场效应PPT讲稿.ppt
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1、电工学场效应1第1页,共42页,编辑于2022年,星期日N沟道沟道P沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道(耗尽型)(耗尽型)FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)场效应管场效应管分类:分类:2第2页,共42页,编辑于2022年,星期日15.9.1绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管 MOSFETMOSFETMetal-Oxide Semiconductor Field Effect TransistorMetal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor 由由金金属属、氧氧化
2、化物物和和半半导导体体制制成成。称称为为金金属属-氧氧化化物物-半半导导体体场效应管场效应管,或简称,或简称 MOS 场效应管场效应管。特点:输入电阻可达特点:输入电阻可达 1010 以上。以上。类型类型N 沟道沟道P 沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型增强型增强型耗尽型耗尽型UGS=0 时漏源间存在导电沟道称时漏源间存在导电沟道称耗尽型场效应管;耗尽型场效应管;UGS=0 时漏源间不存在导电沟道称时漏源间不存在导电沟道称增强型场效应管。增强型场效应管。3第3页,共42页,编辑于2022年,星期日一、一、N 沟道增强型沟道增强型 MOS 场效应管场效应管 结构结构P 型衬底型衬底N+N+BGSD
3、SiO2源极源极 S漏极漏极 D衬底引线衬底引线 B栅极栅极 G图图 N 沟道增强型沟道增强型MOS 场效应管的结构示意图场效应管的结构示意图SGDB4第4页,共42页,编辑于2022年,星期日1.工作原理工作原理 绝绝缘缘栅栅场场效效应应管管利利用用 UGS 来来控控制制“感感应应电电荷荷”的的多多少少,改改变变由由这这些些“感感应应电电荷荷”形形成成的的导导电电沟沟道道的的状状况况,以以控控制制漏漏极极电流电流 ID。2.工作原理分析工作原理分析(1)UGS=0 漏漏源源之之间间相相当当于于两两个个背背靠靠背背的的 PN 结结,无无论论漏漏源源之之间间加加何何种种极极性性电压,电压,总是不
4、导电总是不导电。SBD5第5页,共42页,编辑于2022年,星期日(2)UDS=0,0 UGS UT)导导电电沟沟道道呈呈现现一一个个楔楔形形。漏漏极形成电流极形成电流 ID。可变电阻区可变电阻区b.UDS=UGS UT,UGD=UT靠靠近近漏漏极极沟沟道道达达到到临临界界开开启启程度,出现预夹断。程度,出现预夹断。预夹断预夹断c.UDS UGS UT,UGD UT由由于于夹夹断断区区的的沟沟道道电电阻阻很很大大,UDS 逐逐渐渐增增大大时时,增增大大部部分分全全部部用用于于克克服服夹夹断断区区对对漏漏极极电电流流的的阻阻力力,iD因因而而基基本本不不变变。恒流区恒流区a.UDS UTP 型衬
5、底型衬底N+N+BGSDVGGVDDP 型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDDP 型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDD夹断区夹断区7第7页,共42页,编辑于2022年,星期日DP型衬底型衬底N+N+BGSVGGVDDP型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDDP型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDD夹断区夹断区图图 UDS 对导电沟道的影响对导电沟道的影响(a)UGD UT(b)UGD=UT(c)UGD UGS UT时,对应于不同的时,对应于不同的uGS就有一个确定的就有一个确定的iD。此时,此时,可以把可以把iD近似看成是近似看成是uGS控制的电流源。控制的电流源。8第8页,共42页,
6、编辑于2022年,星期日3.特性曲线与电流方程特性曲线与电流方程(a)转移特性转移特性(b)输出特性输出特性UGS UT 时时)三三个个区区:可可变变电电阻阻区区、恒流区恒流区(或饱和区或饱和区)、夹断区。、夹断区。UT 2UTIDOuGS/ViD/mAO图图(a)图图(b)iD/mAuDS/VO预夹断轨迹预夹断轨迹恒流区恒流区 可变可变电阻区电阻区夹断区。夹断区。UGS增加增加9第9页,共42页,编辑于2022年,星期日二、二、N 沟道耗尽型沟道耗尽型 MOS 场效应管场效应管P型衬底型衬底N+N+BGSD+制制造造过过程程中中预预先先在在二二氧氧化化硅硅的的绝绝缘缘层层中中掺掺入入正正离离
7、子子,这这些些正正离离子子电电场场在在 P 型型衬衬底底中中“感感应应”负负电电荷荷,形形成成“反反型型层层”。即使即使 UGS=0 也会形成也会形成 N 型导电沟道。型导电沟道。+UGS=0,UDS 0,产产生生较较大的漏极电流;大的漏极电流;UGS 0;UGS 正、负、零正、负、零均可。均可。iD/mAuGS/VOUP(a)转移特性转移特性IDSS耗尽型耗尽型 MOS MOS 管的符号管的符号SGDB(b)输出特性输出特性iD/mAuDS/VO+1VUGS=0-3 V-1 V-2 V43215101520N 沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET11第11页,共42页,编辑于2022年,星期日三
8、、三、P沟道沟道MOS管管1.P沟道增强型沟道增强型MOS管管的开启电压的开启电压UGS(th)0当当UGS U(BR)GS,PN 将将被被击击穿穿,这这种种击击穿穿与与电电容容击击穿穿的的情情况况类似,属于破坏性击穿。类似,属于破坏性击穿。1.最大漏极电流最大漏极电流IDM16第16页,共42页,编辑于2022年,星期日场效应管放大电路小结场效应管放大电路小结(1)场效应管放大器输入电阻很大。场效应管放大器输入电阻很大。(2)场效应管共源极放大器场效应管共源极放大器(漏极输出漏极输出)输入输出反相,输入输出反相,电压放大倍数大于电压放大倍数大于1;输出电阻;输出电阻=RD。(3)场效应管源极
9、跟随器输入输出同相,电压放大场效应管源极跟随器输入输出同相,电压放大倍数小于倍数小于1且约等于且约等于1;输出电阻小。;输出电阻小。17第17页,共42页,编辑于2022年,星期日晶体管晶体管场效应管场效应管结构结构NPN型、型、PNP型型结型耗尽型结型耗尽型 N沟道沟道 P沟道沟道绝缘栅增强型绝缘栅增强型 N沟道沟道 P沟道沟道绝缘栅耗尽型绝缘栅耗尽型 N沟道沟道 P沟道沟道C与与E一般不可倒置使用一般不可倒置使用D与与S有的型号可倒置使用有的型号可倒置使用载流子载流子 多子扩散少子漂移多子扩散少子漂移 多子运动多子运动输入量输入量 电流输入电流输入 电压输入电压输入控制控制电流控制电流源电
10、流控制电流源CCCS()电压控制电流源电压控制电流源VCCS(gm)场效应管与晶体管的比较场效应管与晶体管的比较18第18页,共42页,编辑于2022年,星期日噪声噪声 较大较大 较小较小温度特性温度特性 受温度影响较大受温度影响较大 较小,可有零温较小,可有零温度系数点度系数点输入电阻输入电阻 几十到几千欧姆几十到几千欧姆 几兆欧姆以上几兆欧姆以上静电影响静电影响 不受静电影响不受静电影响 易受静电影响易受静电影响集成工艺集成工艺 不易大规模集成不易大规模集成 适宜大规模和适宜大规模和超大规模集成超大规模集成晶体管晶体管场效应管场效应管19第19页,共42页,编辑于2022年,星期日 15.
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