delld600系列上电原理(很详细).ppt
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1、第四章 Notebook电源,一基本知识 笔记本的高度集成化对电源输出电压和功率的稳定性要求越来越高.PWM(pulse wide model)电源无疑是各个厂商的首选. 以下将从基本功率MOSFET的工作原理,NOTEBOOK的上电时序及结合分析实际的电源电路的原理等方面入手阐述Notebook的上电过程,一基本知识,MOSFET 所谓MOSFET指的是金属氧化半导体( (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)组成其结构就如同字面上的意义是由金属,氧化层及半导体构成包括NMOS和 PMOS若將这二种MOS合在一起使用则称为互补式金
2、属半导体,即MOSFET CMOS(Complementary MOS)。 CMOS的优点为操作比较省电,因此一般电路布局设计就是以CMOS为基本单元來设计。,一基本知识,PMOS简介 PMOS,指的是利用空穴來传导电性信号的金氧半导体。PMOS的电路符号如下图,而其结构则如右图所示,是由正型掺杂形成的漏极(drain)及源极(source),与闸极(gate)及闸极下面的氧化层所构成。,一基本知识,PMOS的工作原理 当在闸极(gate)施以负偏压时,就会在氧化层下方薄区内感应出许多电洞,当在源极(source)施加一个偏压之后,聚集的电洞就可经由源极(source)与漏极(drain)之间
3、的通道导通。,一基本知识,NMOS的简介 NMOS,指的是利用电子来传导电性信号的金氧半晶体管。NMOS的电路符号如下图,而其结构图如左图所示,是由负型掺杂形成的漏极与源极,与在氧化层上的闸极所构成。,一基本知识,NMOS的工作原理 当在闸极施以正偏压时,就会在氧化层下方薄区内感应出许多电子。当在漏极施加一个偏压之后,聚集的电子就可经由源极与漏极之间的电子信道导通。 以下将详细介绍NMOS的工作特性,N沟道增强型MOSFET的结构,取一块P型半导体作为衬底,用B表示。,用氧化工艺生成一层SiO2 薄膜绝缘层。,然后用光刻工艺腐蚀出两个孔。,扩散两个高掺杂的N型区。从而形成两个PN结。(绿色部分
4、),从N型区引出电极,一个是漏极D,一个是源极S。,在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。,N沟道增强型MOSFET的符号如左图所示。左面的一个衬底在内部与源极相连,右面的一个没有连接,使用时需要在外部连接。,N沟道增强型MOSFET的工作原理,对N沟道增强型MOS场效应三极管的工作原理,分两个方面进行讨论,一是栅源电压UGS对沟道会产生影响,二是漏源电压UDS也会对沟道产生影响,从而对输出电流,即漏极电流ID产生影响。,1栅源电压UGS的控制作用,先令漏源电压UDS=0,加入栅源电压UGS以后并不断增加。,UGS带给栅极正电荷,会将正对SiO2层的表面下的衬底中的空穴推走,从而形
5、成一层负离子层,即耗尽层,用绿色的区域表示。,同时会在栅极下的表层感生一定的电子电荷,若电子数量较多,从而在漏源之间可形成导电沟道。,沟道中的电子和P型衬底的多子导电性质相反,称为反型层。此时若加上UDS ,就会有漏极电流ID产生。,反型层,当UGS较小时,不能形成有 效的沟道,尽管加有UDS ,也不 能形成ID 。当增加UGS,使ID刚 刚出现时,对应的UGS称为开启 电压,用UGS(th)或UT表示。,2漏源电压UDS的控制作用,设UGSUGS(th),增加UDS,此时沟道的变化如下。,显然漏源电压会对沟道产生影响,因为源极和衬底相连接,所以加入UDS后, UDS将沿漏到源逐渐降落在沟道内
6、,漏极和衬底之间反偏最大,PN结的宽度最大。所以加入UDS后,在漏源之间会形成一个倾斜的PN结区,从而影响沟道的导电性。,当UDS进一步增加时, ID会不断增加,同时,漏端的耗尽层上移,会在漏端出现夹断,这种状态称为预夹断。,预夹断,当UDS进一步增加时, 漏端的耗尽层向源极伸展,此时ID基本不再增加,增加的UDS基本上降落在夹断区。,N沟道增强型MOSFET的特性曲线 N沟道增强型MOSFET的转移特性曲线有两条,转移特性曲线和漏极输出特性曲线。 1转移特性曲线,N沟道增强型MOSFET的转移特性曲线如左图所示,它是说明栅源电压UGS对漏极电流ID的控制关系,可用这个关系式来表达,这条特性曲
7、线称为转移特性曲线。,转移特性曲线的斜率gm反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。 gm称为跨导。这是场效应三极管的一个重要参数。,单位mS(mA/V),2漏极输出特性曲线 当UGSUGS(th),且固定为某一值时,反映UDS对ID的影响,即ID=f(UDS)UGS=const这一关系曲线称为漏极输出特性曲线。,场效应三极管作为放大元件使用时,是工作在漏极输出特性曲线水平段的恒流区,从曲线上可以看出UDS对ID的影响很小。但是改变UGS可以明显改变漏极电流ID,这就意味着输入电压对输出电流的控制作用。,曲线分五个区域:,(1)可变电阻区,(2)恒流区(放大区),(3)截止区,(4)击穿区,(5)
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