第四讲场效应管.pptx
《第四讲场效应管.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第四讲场效应管.pptx(53页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、因栅极因栅极沟道间的沟道间的PN结反偏结反偏,栅极电流栅极电流iG 0;栅极不取电流栅极不取电流。栅极输入阻抗高达栅极输入阻抗高达107 以上。以上。在在D-S间加一个正电压间加一个正电压uDS0,N沟道中的多子在电场作用下由沟道中的多子在电场作用下由S向向D漂移运动,形成漏极电流漂移运动,形成漏极电流iD,iD的大小受的大小受uGS的控制。的控制。下面主要讨论下面主要讨论uGS对对iD的控制作用以及的控制作用以及uDS对对iD的影响。的影响。GGN NP P+P P+D DS SiDiG*FET的的“栅极不取电流栅极不取电流”这一点很重要,它能给我们的分析带来极大的方便。这一点很重要,它能给
2、我们的分析带来极大的方便。FET三个电极的电流关系为:三个电极的电流关系为:iG 0;iDiS。N沟道沟道JFET:P沟道沟道JFET:只有一种载流子(多子)参与导电;只有一种载流子(多子)参与导电;2.2结型场效应管结型场效应管注意:注意:JFET工作时,必须使栅极工作时,必须使栅极-沟道间的沟道间的PN结反偏。结反偏。二、二、JFET的工作原理的工作原理GGN NP P+P P+D DS S1、uGS对对iD的控制作用的控制作用uDS=0时,时,uGS对导电沟道的影响对导电沟道的影响uGS=0导电沟道最宽导电沟道最宽增大增大|uGS|,耗耗尽层加宽,导尽层加宽,导电沟道变窄。电沟道变窄。当
3、当|uGS|=|UGS(off)|时,时,耗尽层合拢,导电沟耗尽层合拢,导电沟道被夹断。道被夹断。GGN NP P+P P+D DS S“夹断电压夹断电压”结论:结论:栅源电压通过改变导电沟道的宽窄来控制漏极电流,栅源电压通过改变导电沟道的宽窄来控制漏极电流,称为称为“电压控制电流器件电压控制电流器件”。GGN NP P+P P+D DS S|uGS|增大增大0UGS(off)|uGS|越大,沟道越窄,越大,沟道越窄,沟道电阻越大,沟道电阻越大,iD越小;越小;|uGS|越小,沟道越宽,沟道电阻越小,越小,沟道越宽,沟道电阻越小,iD越大。越大。uGS=0;uDS=0uDS0GGN NP P+
4、P P+D DS S沟道预夹断后,沟道预夹断后,uDS 2、uDS对对iD的影响的影响当当uDS较小时较小时,由于沟道较宽,由于沟道较宽,iD随随uDS的增大成正比地增大;的增大成正比地增大;D、S间的电位梯度使导电沟道呈间的电位梯度使导电沟道呈楔形楔形;uDS|uGD|耗尽层耗尽层越宽越宽当当uGD=uGS-uDS=UGS(off)(负数负数)两耗尽层在两耗尽层在A点相遇,点相遇,为预夹断状态。为预夹断状态。(预夹断方程)(预夹断方程)夹断区长度夹断区长度 外电压的增量主要降落在夹断区上。外电压的增量主要降落在夹断区上。iD趋于饱和,不再随趋于饱和,不再随uDS的增加而上升的增加而上升。uD
5、SiD0 UGD=UGS(off)BUDS IDSS饱和漏饱和漏极电流极电流iDAuDSBUDS,PN结击穿,结击穿,iD急剧增大。急剧增大。uGS=0改变的改变的uGS值,得到一簇特性曲线。值,得到一簇特性曲线。-1V-2V-3V即:即:uDS=uGS-UGS(off)JFET的输的输出特性曲线出特性曲线综上分析可知:综上分析可知:沟道中只有一种载流子参与导电,所以沟道中只有一种载流子参与导电,所以FET也称为单极型三极也称为单极型三极管,具有噪声低、温度稳定性好、抗辐射能力强等优点管,具有噪声低、温度稳定性好、抗辐射能力强等优点。JFET栅极与沟道间的栅极与沟道间的PN结是反向偏置的,因此
6、结是反向偏置的,因此iG 0,输入电,输入电阻很高。阻很高。JFET是电压控制电流器件,是电压控制电流器件,iD受受uGS控制。控制。预夹断前预夹断前iD与与uDS近似呈线性关系;预夹断后,近似呈线性关系;预夹断后,iD趋于饱和。趋于饱和。uDSiD0 0 0 0 0 0-4 4 4 4-1 1 1 1-2 2 2 2-3 3 3 3uGS=uDS三、三、JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数1.输出特性曲线输出特性曲线可变电阻区(沟道未夹断)可变电阻区(沟道未夹断)恒流区(沟道部分夹断)恒流区(沟道部分夹断)截止区(沟道全部夹断)截止区(沟道全部夹断)IDSS可变电可变电阻区阻区恒恒流流区
7、区击击穿穿区区截止区截止区UGS(off)沟道电阻受栅源电压控制。沟道电阻受栅源电压控制。作放大器件时应工作在恒流区,其大信号方程为:作放大器件时应工作在恒流区,其大信号方程为:DGSiD受受uGS控制,基本不受控制,基本不受uDS的影响。的影响。BUDSuGSUGS(off)预夹断轨迹预夹断轨迹GGD DS SN NuGSP P+P P+GGP P+P P+D DS SN NP PP PuGSuDSGGP P+P P+D DS SN NP PP PuGSuDSGGP P+P P+D DS SN NP PP PuGSuDS预夹断(沟道刚刚夹断)预夹断(沟道刚刚夹断)GGP P+P P+D DS
8、 SN NP PP PuGSuDSuGDuGS(off)预夹断状态预夹断状态3、已知、已知JFET三个电极的电位,如何判断管子的工作状态?三个电极的电位,如何判断管子的工作状态?GGP P+P P+D DS SN NP PP PuGSuDS可变电阻区可变电阻区uGDuGS(off)GGP P+P P+D DS SN NP PP PuGSuDS饱和区饱和区/恒流区恒流区uGDuGS(off)GGD DS SN NuGSP P+P P+截止区截止区uGS uGS(off)N沟道沟道JFETP沟道沟道JFET电源极性电源极性uGS 0;uDS 0uGS 0;uDS 0夹断电压夹断电压UGS(0ff)
9、0截止区截止区uGSuGS(off)可变电阻区可变电阻区uGDuGS(off)uGDuGS(off)预夹断状态预夹断状态uGD=uGS(off)uGD=uGS(off)恒流区恒流区uGDuGS(off)3、已知、已知JFET三个电极的电位,如何判断管子的工作状态?三个电极的电位,如何判断管子的工作状态?认清器件类型:认清器件类型:N N沟道沟道/P/P沟道;沟道;看看uGS与夹断电压与夹断电压uGS(0ff)的关系,确定是否工作在截止区;的关系,确定是否工作在截止区;若不截止,若不截止,看看uGD与夹断电压与夹断电压uGS(0ff)的关系,最后确定工作状态。的关系,最后确定工作状态。例题例题:
10、P73题题2.16:+6V-2V+8V-5V-8V截止区截止区uGSUGS(off)uGD=-8V UGS(off)恒流区恒流区uGS2VuGS5VUGS(off)uGSUGS(off)恒流区恒流区4.JFET的主要参数的主要参数(1)夹断电压)夹断电压UGS(off):(2)饱和漏极电流)饱和漏极电流IDSS:uGS=0,沟道被夹断后的漏极电流。沟道被夹断后的漏极电流。漏漏-源短路,在栅源短路,在栅-源间加一定反偏电压时的栅源间加一定反偏电压时的栅-源直流电阻,源直流电阻,其值可达其值可达106109。iDuGS0UGS(off)IDSS使沟道全夹断的栅源电压。使沟道全夹断的栅源电压。实测时
11、一般将实测时一般将uDS设定设定为某一个固定数值,为某一个固定数值,使漏极电流使漏极电流iD等于某一微小数值(如等于某一微小数值(如20微安)微安)时时,栅极上所加的偏压就是夹断电压。,栅极上所加的偏压就是夹断电压。(3)直流输入电阻)直流输入电阻RGS:(4)低频跨导)低频跨导gm:反映电压反映电压uGS对对iD的控制能力,是表的控制能力,是表征征FET放大能力的一个重要参数。放大能力的一个重要参数。uGS=0时时FET的跨导的跨导实际计算时,以静态工作点实际计算时,以静态工作点处的处的UGSQ或或IDQ代入计算。代入计算。*注意注意gm的值随工作点的不同而不同。的值随工作点的不同而不同。g
12、m的值较小,零点几到几的值较小,零点几到几mS,因此因此FET的放大能力比的放大能力比BJT弱。弱。GSoffGSGSDSSmduUuIdg12)(-=QQQ(5)漏极输出电阻)漏极输出电阻rds:反映了漏源电压反映了漏源电压uDS通过沟道长度效应对漏极电流通过沟道长度效应对漏极电流iD的影响。的影响。在饱和区,在饱和区,iD随随uDS改变很小,所以改变很小,所以rds的数值很大,在的数值很大,在几十到几百千欧之间。几十到几百千欧之间。(7)栅源击穿电压)栅源击穿电压BUGS:使栅源间使栅源间PN结的反向电流开始急剧增加的结的反向电流开始急剧增加的uGS值。值。(8)最大耗散功率)最大耗散功率
13、PDM:(6)漏源击穿电压)漏源击穿电压BUDS:发生雪崩击穿,发生雪崩击穿,iD开始急剧上升时的开始急剧上升时的uDS值。值。uGS越负,越负,BUDS越小。越小。iD0 0 0 0 0 0-4 4 4 4-1 1 1 1-2 2 2 2-3 3 3 3uGS=IDSS可变电可变电阻区阻区恒恒流流区区击击穿穿区区截止区截止区BUDSGGN NP P+P P+D DS SiD漏极最大允许耗散功率决定于漏极最大允许耗散功率决定于FET允许的温升。允许的温升。四、四、JFET的交流小信号模型(恒流区)的交流小信号模型(恒流区)GDSGDSGDS共源(共源(CS)组态)组态共漏(共漏(CD)组态)组
14、态共栅(共栅(CG)组态)组态1、JFET的三种基本组态:的三种基本组态:下面以共源组态的下面以共源组态的N沟道沟道JFET为例,推导为例,推导FET的交流小的交流小信号模型。信号模型。模型特点:栅极断开;为电压控制型器件。模型特点:栅极断开;为电压控制型器件。适用场合:该模型适用于工作在中、低频段的适用场合:该模型适用于工作在中、低频段的FET,而且与而且与JFET的组态无关。的组态无关。-uds+ugs gmugs-+rdsFET低频小信号线性模型低频小信号线性模型GDidS2.3金属金属-氧化物氧化物-半导体场效应管(半导体场效应管(MOSFET)(a)增强型)增强型N沟道沟道MOSFE
15、T(b)增强型)增强型P沟道沟道MOSFET(c)耗尽型)耗尽型N沟道沟道MOSFET(c)耗尽型)耗尽型P沟道沟道MOSFET当当uGS=0时,时,没有导电沟道没有导电沟道当当uGS=0时,时,就存在导电沟道就存在导电沟道GGD DS S(a)GGD DS S(b)B BB BGGD DS S(c)GGD DS S(d)B BB BP型衬底型衬底GSDBN+N+二、工作原理二、工作原理JFET利用栅源反偏电压控制利用栅源反偏电压控制PN结的厚度,控制导电沟道结的厚度,控制导电沟道的宽窄来改变沟道电阻的大小,从而控制漏极电流的大小。的宽窄来改变沟道电阻的大小,从而控制漏极电流的大小。(为增强型
16、(为增强型MOSFET)1、当、当uGS=0时:时:MOSFET利用栅源电压产生的电场的大小,控制半导体感利用栅源电压产生的电场的大小,控制半导体感生电荷的多少来改变沟道电阻,从而控制漏极电流的大小。生电荷的多少来改变沟道电阻,从而控制漏极电流的大小。JFET与与MOSFET的导电机理不同:的导电机理不同:栅极表面下无感生电荷,无导电沟道,无论栅极表面下无感生电荷,无导电沟道,无论D、S间加何间加何种极性的电压,总有一个种极性的电压,总有一个PN结处于反偏,结处于反偏,iD0。P型衬底型衬底GSDBN+N+2、若、若uGS0时(时(uDS=0)G到到B电场(均匀)电场(均匀)排斥空穴、吸引电子
17、排斥空穴、吸引电子当当uGSUGS(th)(反型层反型层)uGS 反型层反型层 沟道电阻沟道电阻 若在若在DS间加一个间加一个正电压,则正电压,则 iD 形成形成N型薄层型薄层“开启电压开启电压”DS间形成导电沟道间形成导电沟道 uGS对对iD有控制作用。有控制作用。结论:结论:栅源电压通过改变半导体表面感生电荷的栅源电压通过改变半导体表面感生电荷的多少来改变沟道电阻从而控制漏极电流的多少来改变沟道电阻从而控制漏极电流的大小,也是大小,也是“电压控制电流器件电压控制电流器件”。3、导电沟道形成后,、导电沟道形成后,uDS对对iD的影响。的影响。uDS较小时较小时,满足条件满足条件 uGD=uG
18、S-uDSUGS(th)此时沟道连续,此时沟道连续,iD uDSGSDP型衬底型衬底BN+N+随随uDS的增大,漏端沟道明显变窄,的增大,漏端沟道明显变窄,此时沟道预夹断。此时沟道预夹断。沟道夹断后沟道夹断后,uDS上升上升,iD 趋于饱和。趋于饱和。由于由于D、S间存在电位差,间存在电位差,D端端高,高,S端低,导电沟道呈楔形。端低,导电沟道呈楔形。预夹断预夹断方程方程uDSiD0uGSuGS(th)BUDS 6V当当uGD=uGS-uDSUGS(th)5V 4VuDSBUDS,PN结击穿结击穿,iD急剧增大。急剧增大。改变的改变的uGS值,得到一组特性曲线。值,得到一组特性曲线。三、特性曲
19、线和特性方程三、特性曲线和特性方程uGS0;uDS0要求:要求:iDuDS04V4V3V3V2V2V5V5V1.输出特性输出特性可变电可变电阻区阻区恒恒流流区区击击穿穿区区截止区截止区uGS=UGS(th)uGD=UGS(th)预夹断预夹断BUDS*MOSFET作放大器件时应工作在恒流区。作放大器件时应工作在恒流区。在数字逻辑电路中,在数字逻辑电路中,MOSFET常作为开关器件,工作在常作为开关器件,工作在可变电阻区或截止区。可变电阻区或截止区。三、特性曲线和特性方程三、特性曲线和特性方程2.大信号特性方程大信号特性方程*增强型增强型MOSFET工作在恒流区时的大信号特性方程为:工作在恒流区时
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第四 场效应
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【精****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【精****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。