lecture04场效应晶体管及晶闸管.ppt
,1 场效应管的特点及分类2 结型场效应晶体管JFET3 绝缘栅型场效应管4 场效应管的主要参数5 晶闸管,lecture_04 场效应晶体管及晶闸管,内容提纲,重点难点,场效应管的工作原理场效应管的特点晶闸管的工作原理,作业：1.14，1.15,cha.1-4,Next:cha.2-1,cha.2-2,1 场效应管的特点及分类Field effect transistor FET,压控器件：利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流。,单极型器件：仅由一种载流子（多子）导电，不易受温度和辐射的影响。,场效应管的特点,场效应管的分类：,场效应管FET,结型（JFET),绝缘栅型（IGFET)（MOS),N沟道,P沟道,耗尽型depletion,增强型enhancement,N沟道,N沟道,P沟道,P沟道,均为耗尽型,2 结型场效应晶体管JFET,N沟道,P沟道,一、结构和符号,gate,drain,source,二、工作原理（以N沟道为例）,P,P,ID,UDS=0V时,PN结反偏，UGS=0导电沟道较宽。,UGS越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。,但当UGS较小时，耗尽区宽度有限，存在导电沟道。DS间相当于线性电阻。,N,UGS达到一定值时（夹断电压UP）,耗尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即使UDS 0V，漏极电流ID=0A。,改变UGS的大小，可以有效地控制沟道电阻的大小，若加上UDS则ID将会受到UGS的控制。,N沟道结型场效应管UP为负值。,VDD,UGS0、UGDUP时耗尽区的形状,G,N,S,D,VGG,越靠近漏端，PN结反压越大,UDS较小时，ID随UDS的增大几乎成正比地增大。,G,VGG,增大VGG,使 UGD=UGS-UDS=UP时,D,漏端的沟道被夹断，称为予夹断。,再增大UDS，夹断长度会略有增加，但夹断处场强很大，仍能将电子拉过夹断区，形成漏极电流。在从源极到夹断处的沟道上，沟道内电场基本上不随UDS改变而变化。ID基本不随UDS增加而上升，漏极电流趋于饱和IDSS。,N,继续增大VGG,则两边耗尽层的接触部分逐渐增大。UGSUP时，耗尽层全部合拢，导电沟道完全夹断，ID0，称为夹断。,结论：,JFET栅极、沟道（与源极相连）之间的PN结是反偏的，因此，IG=0，输入电阻很高。,JFET是电压控制器件，ID受UGS控制。由于每个管子的UP为一定值，预夹断点会随UGS改变而改变。,预夹断前，ID与UDS呈近似线性关系；预夹断后，ID趋于饱和。,三、JFET的特性曲线,output characteristics,transfer,四、主要参数,Pinch off voltage,五、结型场效应管的缺点：,1.栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在某些场合仍嫌不够高。,2.在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。,3.栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。,绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。,3 绝缘栅型场效应管IGFET、MOS,增强型N沟道示意图,耗尽型N沟道示意图,增强型P沟道示意图,耗尽型P沟道示意图,4 场效应管的主要参数(1)开启电压UGS(th)(UT):当UDS为常数时，形成ID所需的最小|UGS|值，称开启电压。(2)夹断电压 UGS(off):在UDS固定时，使ID为某一微小电流(如1A、10A)所需的UGS值。(3)低频跨导gm:UDS为定值时，漏极电流ID的变化量ID与引起这个变化的栅源电压UGS的变化量UGS的比值，即,(4)漏源击穿电压U（BR）GS:管子发生击穿，ID急剧上升时的UDS值；UDSU（BR)GS。(5)最大耗散功率PDM:PD=I DUDSPDM。不能超过PDM，否则要烧坏管子。(6)最大漏极电流IDM：管子工作时，ID不允许超过这个值。,(1)场效应管是电压控制器件（多子），而三极管是电流控制器件（多子和少子），但都可获得较大电压放大倍数。(2)场效应管温度稳定性好，三极管受温度影响较大。(3)场效应管制造工艺简单，便于集成化，适合制造大规模集成电路。(4)场效应管存放时，各个电极要短接在一起，防止外界静电感应电压过高时击穿绝缘层使其损坏。焊接时电烙铁应有良好的接地线，防止感应电压对管子的损坏。,场效应管与三极管的比较,5 晶闸管Thyristor别名：可控硅Silicon Controlled Rectifier,一、晶闸管的基本结构 晶闸管是在晶体管的基础上发展起来的一种大功率半导体器件，由四层半导体1、制成，形成三个结、，如图1.5.1()所示。由最外的层引出的电极为阳极，最外的层引出的电极为阴极，由中间的层引出的电极为控制极，然后用外壳封装起来，图1.5.1(c)为示意图。图1.5.1(d)是晶闸管的表示符号。普通型晶闸管有螺栓式和平板式。图1.5.2()是螺栓式晶闸管，图中带有螺栓的是阳极引出端，同时可以利用它固定散热片，另一端较粗的一根是阴极引出线，另一根较细的是控制极引出线。,图1.5.1 晶闸管的结构、等效电路和符号,图1.5.2 晶闸管的外形,二、晶闸管的工作原理 为了说明晶闸管的工作原理，把晶闸管看成由一个型的晶体管1和一个PNP型晶体管2两个晶体管联接而成，阴极K相当于1的发射极，阳极A相当于2的发射极，中间的P2层和N1层为两管共用，第一个晶体管的基极与另一个晶体管的集电极相联接，如图所示。(1)控制极不加电压（开路），当阳极A和阴极K之间加正向电压（A为高电位，K为低电位）时，由图可知，PN结J1和J3处于正向偏置，J2处于反向偏置，且IG=0，故V1不能导通，晶闸管处于截止状态（称阻断状态）；,图1.5.3 晶闸管等效为晶体管示意图,当阳极A和阴极K之间加反向电压时，则J2处于正向偏置，而J1和J3处于反向偏置，V1仍不能导通，故晶闸管还是处于阻断状态。(2)当控制极G和阴极K之间加正向电压（G为高电位，K为低电位），阳极和阴极之间加正向电压，如图所示，当控制极电流IG达到一定数值时，晶闸管导通。综上所述，晶闸管导通条件是：阳极和阴极之间加正向电压，控制极和阴极之间加正向电压，阳极电流大于擎住电流。满足这三个条件晶闸管才能导通，否则，呈阻断状态。所以晶闸管是一个可控的导电开关。,图1.5.4 晶闸管工作原理图,满足这三个条件晶闸管才能导通，否则，呈阻断状态。所以晶闸管是一个可控的导电开关。它与二极管相比，不同之处是其正向导通受控制极电流控制；与三极管相比，不同之处是晶闸管对控制极电流没有放大作用。晶闸管如何从导通变为阻断？1）阳极电流IA减小到擎住电流IH，（正向阻断）2）阳极和阴极之间加反向电压（反向阻断）晶闸管的导通和阻断这两个工作状态是由阳极电压UAK、阳极电流IA及控制极电流IG等决定的，晶闸管的伏安特性曲线，如图所示。,图1.5.5 晶闸管伏安特性曲线,Thank you very much!See you next time!,
