模电单极型半导体三极管及其电路分析.ppt

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1、2.3 单极型半导体三极管 及其电路分析,2.3.1 MOS场效应管的结构、工作原理及伏安特性,2.3.2 结型场效应管的结构、工作原理及伏安特性,2.3.3 场效应管的主要参数,2.3.4 场效应管基本应用电路及其分析方法,场效应管概述,场效应管概述,一、N 沟道增强型 MOSFET,1.结构与符号,2.3.1 MOS场效应管的结构、工作原理及伏安特性,简称NEMOS管,栅极绝缘，所以输入电阻很高，输入电流为零,2.工作原理,（1)uGS 对输出电流iD 的控制作用,a.uGS=0时，无导电沟道。,b.给uGS 加正电压，当uGS UGS(th)时，栅极表面层形成导电沟道,开始形成导电沟道所

2、需的栅源电压称为开启电压（UGS(th)）,2.工作原理,（1)uGS 对输出电流iD 的控制作用,a.uGS=0时，无导电沟道。,b.给uGS 加正电压，当uGS UGS(th)时，栅极表面层形成导电沟道,c.增大uGS，则导电沟道加宽。,开始形成导电沟道所需的栅源电压称为开启电压（UGS(th)）,改变uGS可控制导电沟道的宽窄，从而控制输出电流iD的大小。,（2）uDS 对输出电流 iD的控制作用,DS 间的电位差使沟道呈锥形，靠近漏极端的沟道最窄。,（2）uDS 对输出电流 iD的控制作用,DS 间的电位差使沟道呈锥形，靠近漏极端的沟道最窄。,当uGD=UGS(th)时，漏极附近 反型

3、层消失，称为预夹断。,（2）uDS 对输出电流 iD的控制作用,DS 间的电位差使沟道呈锥形，靠近漏极端的沟道最窄。,当uGD=UGS(th)时，漏极附近 反型层消失，称为预夹断。,继续增大uGS 时，预夹断点 向源极移动。,（2）uDS 对输出电流 iD的控制作用,（2）uDS 对输出电流 iD的控制作用,预夹断发生之前：uDS iD,预夹断发生之后：uDS iD 不变,(1)输出特性,3.伏安特性,uGS UGS(th)沟道全夹断 iD=0,提示：FET和BJT的饱和区 含义、特性不同。2.全夹断与预夹断不同。,（2)转移特性,当EMOS管工作于放大区时，电流方程为,uGS=2UGS(th

4、)时的 iD 值,饱和区时，为一族重叠曲线,二、N 沟道耗尽型 MOSFET,二、N 沟道耗尽型 MOSFET,二、N 沟道耗尽型 MOSFET,1.结构、符号与工作原理,制造时在Sio2 绝缘层中掺入正离子，故在 uGS=0 时已形成 沟道。改变uGS可控制导电沟道的宽窄，当uGS UGS(off)时，沟道全夹断。,简称NDMOS管,1.结构、符号与工作原理,制造时在Sio2 绝缘层中掺入正离子，故在 uGS=0 时已形成 沟道。改变uGS可控制导电沟道的宽窄，当uGS UGS(off)时，沟道全夹断。,栅源电压为零时存在原始导电沟道的场效应管称为耗尽型场 效应管；无原始导电沟道，只有在uG

5、S绝对值大于开启电压 uGS(th)绝对值后才能形成导电沟道的，称为增强型场效应管,耗尽型场效应管导电沟道全夹断时对应的的栅源电压称为 夹断电压（UGS(off)）。,二、N 沟道耗尽型 MOSFET,2.伏安特性,夹断电压,饱和漏极电流,当DMOS管工作于放大区时，,uGS 取正、负、零都可以，因此使用更方便。,三、P 沟道 MOSFET,MOSFET 伏安特性的比较,一、结构与符号,2.3.2 结型场效应管的结构、工作原理及伏安特性,二、工作原理,为耗尽型FET,为得到很大的输入电阻，所加栅源电压要保证PN结反偏。,三、伏安特性,当工作于放大区时,例,有四种场效应管，其输出特性或饱和区转移

6、特性分别如图所示，试判断它们各为何种类型管子？对增强型管，求开启电压UGS(th)；对耗尽型管，求夹断电压UGS(off)和饱和漏极电流IDSS。,例2.3.1 解：,N沟道DMOS管UGS(off)=-4V，IDSS2mA,P沟道EMOS管UGS(th)=-2V,例2.3.1 解续：,N沟道结型场效应管UGS(off)=-4V，IDSS4mA,N沟道DMOS管UGS(off)=-4V，IDSS2mA,作业：,3.直流输入电阻 RGS,指漏源间短路的情况下，栅、源间加一定电压时的栅源直流电阻。,108,2.3.3 场效应管的主要参数,2.3.3 场效应管的主要参数,5.漏源动态电阻 rds,6

7、.漏源击穿电压U(BR)DS,饱和时 rds 一般为几十 k 几百 k,PD=uDS iD,8.最大漏极功耗 PDM,7.栅源击穿电压U(BR)GS,2.3.3 场效应管的主要参数,*FET小结,*FET小结,FET 是利用栅源电压改变导电沟道的宽窄来控制漏极电流的。由于输入电流极小，故称为电压控制型器件，而BJT则称为电流控制型器件。FET有耗尽型和增强型之分，耗尽型存在原始导电沟道，而增强型只有在栅源电压绝对值大于开启电压绝对值后，才会形成导电沟道。各类场效应管均有N沟道和P 沟道之分，故共有六种类型场效应管。注意比较它们的符号、伏安特性、工作电压极性要求。,FET小结,*FET小结,当场

8、效应管工作于饱和区时，对于耗尽型管有,对于增强型管有,IDO是 uGS=2UGS(th)时的 iD 值,2.3.4 场效应管基本应用电路及其分析方法,基本应用：放大电路、电流源电路、压控电阻、开关电路,分析方法：对FET 放大电路，通常用公式法计算 Q点，用小信号模型法进行动态分析；也可用图解法。,场效应管的小信号模型,例,下图中，RG=1M，RS=2k，RD=12k，VDD=20V。FET的IDSS=4mA，UGS(off)=-4V，求 UGSQ、IDQ 和UDSQ。,解：,设FET 放大工作，则可列出,代入元件参数，求解得两个解为 IDQ=4mA 和IDQ1mA,由IDQ=4mA，得UGS

9、Q=-4mA2k=-8V，其值已小于UGS(off)，对应的IDQ应为零，故不合理，应舍弃。方程解应为,IDQ1mA,UGSQ=-（12）V=-2V,例2.3.2 解续：,由电路可得,UDSQ=（20-1(12+2)）V=6V,由于 UDSQUGSQ-UGS(off)=-2V+4V=2V,因此假设正确，计算结果有效，故 UGSQ=-2V，IDQ1mA，UDSQ=6V,例,图示场效应管放大电路中，us=20sint mV，场效应管的IDSS=4mA，UGS(off)=-4V，电容CS对输入交流信号可视为短路，试求交流输出电压uo的表达式。,（1）求 IDQ、gm,该电路的直流通路及其参数与例中相

10、同，故 IDQ1mA,由耗尽型场效应管 gm计算公式得,解：,例2.3.3 解续：,（2）画出放大电路的交流通路和小信号等效电路,例2.3.3 解续：,（3）求uo,uo=-gm ugs RD=-gm us RD,作业：,2.3 复习要点,1.了解场效应管的结构，理解其工作原理。掌握场效应管的符号、伏安特性、工作特点与 主要参数。3.理解场效应管放大电路的分析方法。,主要要求：,2.3 复习要点,场效应管的符号、伏安特性、工作电压极性、主 要参数、小信号模型。,重点：,通过多练习，做到根据转移特性曲线或输出特性 曲线，能判断管子类型，确定UGS(th)、UGS(off)、IDSS 等参数。,试比较FET和BJT在正向控制作用、伏安特性、放大区偏置电压要求、主要参数、基本应用电路、简化小信号模型、分析方法等方面的异同。,*讨论,讨论小结,讨论小结 续,讨论小结 续,