文档介绍：第五章场效应管及基本放大电路
MOS场效应管
结型场效应管
场效应管的主要参数和微变等效电路
场效应管基本放大电路
第一节
第二节
第三节
第四节
第一节 MOS场效应极管
场效应管:是仅由一种载流子参与导电的半导体器件,是以输入电压控制输出电流的的半导体器件。
:
N沟道器件:电子作为载流子的。
P沟道器件:空穴作为载流子的。
:
结型场效应管JFET:
绝缘栅型场效应管IGFET:
(一) 增强型MOSFET结构
N沟道增强型MOSFET 的结构如图:
D为漏极,相当C; G为栅极,相当B; S为源极,相当E。
一、 N沟道增强型MOS场效应管的工作原理
绝缘栅型场效应管MOSFET分为: 增强型 N沟道、P沟道
耗尽型 N沟道、P沟道
N沟道增强型 MOSFET结构示意图
栅压为零时
有沟道
栅压为零时
无沟道
P型硅作衬
底浓度较低
引出电极B
在P型衬底上生成
SiO2薄膜绝缘层
引出电极G极
用光刻工艺扩散两
个高掺杂的N型区,
从N型区引出电极:
S极和D极
由于BS短接,G与衬底B间产生电场,电子被正极板吸引,空穴被排斥,出现了一薄层负离子的耗尽层。
耗尽层中的少子——电子,将向表层运动,但数量有限,不足以形成沟道,所以仍不能形成漏极电流ID。
漏源之间相当两个背靠背的二极管,
在D、S之间加上电压不会在D、S
间形成电流。即:ID=0
(二) 工作原理
(1).当UGS=0V时:
(2).0<UGS<UT时:
(3).当UGS=UT:( UT 称为开启电压)
=0V时ID=0;
>UT后才会出现漏极电流,这种MOS管称为增强型MOS管。
出现反型层,与N形成一体,形成导电沟道;
当UDS>0时:
D 沟道 S之间形成漏极电流。
(4).当UGS > UT:( UT 称为开启电压)
随着UGS的继续增加,沟道加厚,沟道电阻,ID将不断
(续)工作原理
结论
(1).转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。
(2).gm 的量纲为mA/V,所以gm也称为跨导。跨导的定义式如下:
转移特性曲线
gm=ID/UGS UDS=const (单位mA/V)
(三)特性曲线
UGS对ID的控制关系可用如下曲线描述,称为转移特性曲线
ID=f(UGS)UDS=const
如图:
(1).UGS<UT时:
沟道未形成, ID =0管子处于截止状态
(2).UGSUT时:
沟道形成, ID >0
随UGS沟道加厚沟道电阻 ID
UDS正向减小,曲线右移,但UDS不同的曲线差别很小
在恒流区转移特性曲线中ID 与UDS的关系为:
ID =K(UGS -UT)2 ; 式中K为导电因子
ID =(UGS -UT)2n COXW/2L
短沟道时:ID =K(UGS -UT)2(1+ UDS)
且UGS固定为某一很小值时:
UDS与漏极电流ID之间呈线性关系。
(a) 漏源电压UDS对沟道的影响
(动画2-5)
此时有如下关系:
(1)可变电阻区UGS>UT:
反映了漏源电压UDS对漏极电流ID的控制作用:
ID=f(UDS)UGS=const
ID =K(UGS -UT)2UDS
由上式可知: UGS一定恒流区内:
Ron = dUDS / dID|dUGS =0
Ron = L / n COXW (UGS -UT)
1 . UGS恒定时近似为常数。
2 . Ron随UGS而变化,故称
可变电阻区。
漏极输出特性曲线
当UDS = UGS -UT时: (由于的存在,导电沟道不均匀)
此时漏极端的导电沟道将开始消失(称预夹断)
(2) 恒流区:UDS = 0或较小时:(即UGD>UT)
当UGS一定时:ID随UDS基本不变, ID恒定称恒流区。
当UDS > UGS -UT时: 随UDS夹断点向移动,耗尽层的电阻很高(高于沟道电阻)所以新增UDS几乎全部降在耗尽层两端,ID不随UDS而变。
(3) 击穿区:
当UDS 增加到某一临界值时, ID (急剧)即D与衬底之间击穿。