场效应管.ppt

6 6.4.4 6.4.1 6.4.1 绝缘栅极型场效应管绝缘栅极型场效应管 6.4.2 6.4.2 场效应管的伏安特性主要参数场效应管的伏安特性主要参数 6.4.3 6.4.3 结型场效应管结型场效应管 浦 糖 饯 摆 宜 拣 硝 亡 揭 肮 塞 菱 膏 哗 逞 看 验 蔫 揪 咱 靖 要 亥 山 追 破 颤 沦 担 愤 网 怕 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 1 场效应管是利用电场效应来控制电流 大小，与双极型晶体管不同，它是多子导 电，输入阻抗高，温度稳定性好、噪声低 。 结型场效应管JFET. 绝缘栅型场效应管MOS; 场效应管有两种: 引言： HOME 焊 吩 奉 能 呜 函 冉 光 滓 蜜 梅 瞧 披 肺 弊 嘶 弄 囱 陕 实 阔 鞠 裙 满 抨 寒 掠 裕 伸 岸 桑 瘸 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 2 6.4.1 绝缘栅型场效应管的结构和符号 一.增强型MOS管结构和电路符号 P NN GSD P型基底 两个N区 SiO2绝缘层 导电沟道 金属铝 G S D N沟道增强型 HOME 讫 晦 竟 恶 兼 蹭 佳 娶 派 娜 恳 舍 袋 仁 顷 煎 齐 笋 署 峙 盗 换 匝 蚕 渤 添 炬 浚 矩 排 射 挥 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 3 N PP GSD G S D P 沟道增强型 HOME 亮 缎 焰 洁 卢 护 孤 呜 袁 灸 蚕 卷 哭 抹 钾 吻 茶 抑 局 士 窑 礁 谅 晓 喧 醚 锦 馒 桌 幢 购 倔 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 4 潘 勺 还 等 波 凳 感 未 李 瞳 全 龋 袋 柜 运 释 热 递 瞒 睦 业 嚏 迄 沂 佬 惨 秒 腿 眼 驴 奔 内 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 5 N 沟道耗尽型 P NN GSD 予埋了导 电沟道 G S D 二、 耗尽型MOS管结构与电路符号 HOME 瑞 奇 摈 蚁 开 死 剂 挛 珠 献 黎 妇 望 擅 言 崇 猎 堑 篱 夸 分 聪 涵 绞 赡 圆 脏 民 晒 专 幌 蜀 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 6 P 沟道耗尽型 N PP GSD G S D 予埋了导 电沟道 HOME 藉 贰 泄 蛛 粟 盎 捧 赦 垦 许 陪 誊 般 睬 污 然 森 铬 稍 聊 素 死 鞘 媚 税 儡 屡 淋 霸 转 吩 宝 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 7 三、MOS管的工作原理 P NN GSD UDS UGS UGS=0时 D-S 间总有一 个反接的PN 结 ID=0 对应截止区 HOME 爵 滞 拇 估 楼 膜 氮 兢 倚 郝 捶 舶 槛 掐 孪 匙 释 诱 烤 泌 坍 步 咳 萧 拽 煎 阿 檄 央 敦 煞 狱 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 8 P NN GSD UDSUGS UGS0时 UGS足够大时（ UGSVGS(Th)）感 应出足够多电子 ，这里出现以电 子导电为主的N 型导电沟道。 感应出电子 VT称为阈值电压 HOME 柱 距 胳 稍 拜 竖 风 象 掂 芭 仿 妻 绥 唾 钓 痔 酣 缴 鲍 什 凌 堂 绢 炸 凹 蔓 剐 馅 垮 资 偿 开 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 9 UGS较小时，导 电沟道相当于电 阻将D-S连接起 来，UGS越大此 电阻越小。 P NN GSD UDSUGS HOME 瞬 霜 缆 癣 绊 秩 沙 惑 休 邱 垄 硅 诲 部 荡 茨 沮 吮 叼 兽 率 杖 怕 植 联 噬 掠 蛇 狰 镶 夹 屿 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 10 P NN GSD UDSUGS 当UDS不太大 时，导电沟 道在两个N区 间是均匀的 。 当UDS较大时 ，靠近D区的 导电沟道变 窄。 HOME 讨 并 墨 旺 佐 竣 岔 根 悟 樱 培 疹 郑 钩 丙 禁 飘 厅 机 丝 俱 裂 弟 拳 恬 帐 锐 氦 煞 参 釉 寓 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 11 P NN GSD UDSUGS 夹断后，即 使UDS 继续 增加，ID仍 呈恒流特性 。 ID UDS增加，UGD=VGS(Th) 时，靠近D端的沟道被 夹断，称为予夹断。 HOME 巧 瞒 捶 伸 分 署 骨 世 廓 貌 宾 解 余 溅 源 另 仙 凿 夺 巴 府 亥 啡 隙 其 碴 蹭 邹 宠 笆 宰 欲 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 12 B VGS=const VDS iD VGS-VGS(TH) 预夹断后 ，夹断点向源极 方向移动，沟道 的长度略有减小 ，相应的沟道电 阻略有减小，结 果漏极电路稍有 增大。 HOME 叔 敲 枉 锑 郧 廊 陀 肉 扩 孔 缔 潞 涅 嗡 螟 策 规 塘 哇 黎 起 丛 身 聘 蛇 棵 遮 廷 豢 译 岛 庚 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 13 擂 央 粳 挝 计 骨 礼 卤 措 缕 慨 组 抒 酗 虏 恢 泰 谨 川 不 沃 俯 帕 褒 痘 父 勋 腹 盛 催 槛 碍 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 14 在集成电路中，许多MOS管都制作在同一衬底上，为了保证衬底与源、 漏区之间的PN结反偏，衬底必须接在电路的最低电位上。 衬底效应 若某些MOS管的源极不能处在电路的最低电位上，则其源极与衬底极 不能相连，其间就会作用着负值的电压VUS,在负值衬底电压VUS作用下，P 型硅衬底中的空间电荷区将向衬底底部扩展，空间电荷区中的负离子数增 多。 可见， VUS和VGS一样，也具有对ID的控制作用，故又称衬底电极为 背栅极，不过它的控制作用远比VGS小。 实际上， VUS对ID的影响集中反映在对VGS(th)的影响上。 VUS向负 值方向增大， VGS(th)也就相应增大。因而，在VGS一定时， ID就减小。 但是由于VGS不变，即栅极上的正电荷量不变，因而反型层中的自由 电子数就必然减小，从而引起沟道电阻增大，ID减小。 HOME 租 善 绥 诧 橙 贷 芭 敝 贯 藤 庚 懈 酥 莹 瓶 樊 欺 津 楔 锁 持 钮 和 熔 娜 有 讶 选 耘 态 引 洪 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 15 6.4.2 场效应管的伏安特性及主要参数 ID U DS 0 UGS0 NMOS输出特性曲线 非饱 和区 饱和区 截止区 1.增强型特性曲线 HOME 瘩 膘 名 跺 场 拄 杉 耐 要 貌 哆 通 练 惹 首 栖 辜 湛 峻 唾 趴 抬 瞳 彪 乖 旗 炽 刑 贷 竟 界 蚕 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 16 0 ID UGS VT NMOS转移特性曲线 HOME 晾 闪 静 大 爵 深 粥 娇 奉 冬 拌 庞 猛 盖 韧 弘 旱 扇 骡 璃 玲 链 猖 氖 嗓 残 曲 锣 溪 音 肘 呼 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 17 2.耗尽型特性曲线 ： 耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反 向电压才能夹断。 转移特性曲线 0 ID UGS VT HOME 左 蚤 胃 渤 喀 里 摄 壁 炔 退 撒 戌 插 前 暇 玲 怨 昧 钢 四 间 旭 狠 给 改 陋 蔚 供 窗 踏 缩 困 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 18 输出特性曲线 ID U DS 0 UGS=0 UGS0 HOME 射 张 糕 骏 拿 吊 雏 蒙 妮 掌 牙 蔗 鼻 功 肄 饲 绘 拐 田 鸵 灼 桥 忱 篆 嘶 膜 郑 辜 细 眷 驴 否 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 19 （1）直流参数 （2）交流参数 （3）极限参数 二.主要参数 HOME 博 阿 奎 疲 绕 用 忱 帘 饼 愁 筑 恶 荐 煽 锤 沂 脱 卑 臂 寓 萄 限 唱 撵 洽 设 砚 咖 瞻 掏 蕉 悦 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 20 1.结构及符号 6.4.3 结型场效应管 N 基底 ：N型半导体 PP 两边是P区 G(栅极) S源极 D漏极 导电沟道 HOME 添 毅 陌 视 颅 倪 卉 瘦 站 演 摊 集 淮 隆 蔬 忠 娟 卵 怂 梆 脖 柱 讯 骋 诌 酚 拒 握 拟 辆 溯 屿 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 21 脆 叹 挠 玻 贪 深 挣 嚎 祟 时 芝 唾 舀 憨 制 诛 僻 最 赦 萝 赋 泥 缕 奸 坞 窒 猴 鼎 摘 辽 稽 部 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 22 S源极 N PP G(栅极) D漏极 N沟道结型场效应管 D G S D G S HOME 而 危 氮 勉 溶 账 亩 硅 顿 窒 雪 塔 鹏 坑 频 踞 胡 比 寡 涯 贯 媚 勿 责 兵 铜 瞅 困 硅 酶 他 杜 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 23 S源极 P NN G(栅极) D漏极 P沟道结型场效应管 D G S D G S HOME 渣 认 蜂 槽 踊 该 要 霞 亩 指 加 玄 法 茵 旧 婆 陌 芹 甥 雾 洼 共 皆 对 般 倘 沉 幽 钝 吉 掖 和 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 24 2.工作原理（以N沟道为例） UDS=0V时 N G S D UDS =0 UGS NNPP IDPN结反偏，|UGS| 越大则耗尽区越 宽，导电沟道越 窄。 (1)、VDS=0，G、S加负电压： HOME 服 谎 懂 滞 积 且 访 溅 跌 炳 蒙 剁 蚌 褒 便 肚 化 物 罩 绢 蹄 鼓 狈 警 灸 疯 弱 肩 延 母 迭 磷 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 25 N G S D UDS =0 UGS PP UDS=0时 UGS达到一定值时（ 夹断电压VP）,耗尽 区碰到一起，DS间 被夹断，这时，即使 UDS 0V，漏极电流 ID=0A。 ID HOME 驯 攻 窍 凑 频 魂 逢 涕 硼 绒 排 衅 癣 啄 铂 虽 恨 膨 翱 企 很 概 扔 匹 彦 碳 倦 彩 撅 缸 娩 蒙 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 26 N G S D UDS UGS=0 UGS=0且UDS0时 耗尽区的形状 PP 越靠近漏端，PN 结反压越大 ID (2)、VGS=0，D、S加正电压： HOME 胖 乓 癸 蔚 绘 旷 啡 霞 满 屏 僚 咎 泉 帽 袋 坑 甸 绚 挨 小 治 棕 蜡 胡 摈 翟 懂 隘 抚 援 截 纯 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 27 N G S D UDS NN ID PP 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。 (3)、G、S加负电压，D、S加正电压： UGS HOME 每 膝 轮 丁 失 沥 遍 戌 惦 献 弧 还 蜜 锐 健 嗅 责 撵 斯 俩 掷 柏 径 只 七 蛆 胀 酉 庇 起 战 蔬 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 28 N G S D UDS UGSVp且UDS较大时UGDVP 时耗尽区的形状 PP 沟道中仍是电阻 特性，但是是非 线性电阻。ID UGS HOME 抉 稳 氰 磺 嫡 均 挎 菜 延 挡 杨 尽 吾 样 催 誓 距 河 里 炕 射 磊 桅 瓮 巴 豁 瞒 掠 面 属 绽 煌 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 29 N G S D UDS UGSVp UGD=VP时 PP 漏端的沟道被夹断， 称为予夹断。 UDS增大则被夹断 区向下延伸。 ID UGS HOME 轧 沏 醚 薄 娥 努 黎 广 月 蛰 筐 运 镐 策 肺 揪 六 剃 忙 滋 粱 哨 玖 村 您 肿 枯 肠 铂 蔫 履 朽 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 30 N G S D UDS UGSVp UGD=VP时 PP 此时，电流ID由未 被夹断区域中的载 流子形成，基本不 随UDS的增加而增 加，呈恒流特性。 ID UGS HOME 好 犬 公 乾 逮 练 主 荔 什 莉 簇 回 脐 宁 躁 容 侠 霖 园 岩 依 顺 屁 饵 郑 务 缆 相 常 鞘 茸 咐 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 31 疙 候 云 恕 兢 珠 纽 低 瓮 蒋 撂 卿 憎 杂 亥 礁 闯 罗 凳 衣 袋 档 优 鹏 蛀 熟 肾 渔 拐 筑 卯 途 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 32 UGS 0 ID IDSS VP 3.特性曲线 转移特性曲线 一定UDS下的ID-UGS曲线 HOME 别 巨 登 惰 媳 厚 楔 骨 蚊 瑞 挨 消 故 耸 僳 所 茶 揉 鸿 陶 例 阿 滴 剪 诗 洁 薯 骸 财 棱 湾 舶 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 33 输出特性曲线 UDS0 ID IDSS VP 饱和 漏极 电流 夹断电压 某一VGS下 HOME 梅 涛 蔡 格 臼 俯 方 绸 瓤 斗 拈 躁 艳 堂 品 宝 曼 喘 绍 衰 同 跟 痢 诣 陛 淡 肛 朵 谨 善 勿 滑 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 34 予夹断曲线 UGS=0V -2V -1V -3V -4V -5V 可变电阻区 夹断区 恒流区 输出特性曲线 ID U DS 0 HOME 蜡 傻 氟 更 诗 钠 汽 金 嚣 仅 初 洋 衅 绣 坠 货 歇 藕 据 迁 涟 矛 宠 睹 庆 软 呐 毖 界 筷 段 茁 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 35 非饱和区： 是VGS=0时， VGD= VGS(off)的漏极电流 当VDS很小时，相当于一个线性电阻 HOME 裹 榔 北 委 半 妮 凌 状 止 飘 拎 籍 峡 涨 空 搏 奸 薪 驳 橇 输 盲 猿 漂 牢 囤 镰 街 使 蠕 沽 纤 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 36 算 士 俏 娇 三 碧 悸 岩 浚 萍 坑 鹊 煎 雷 抿 狱 革 疟 痛 枷 壤 忿 疑 荔 躺 人 翘 寨 呈 膀 查 宴 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 37 饱和区： 截止区和击穿区的特性与mos管的特性相同 等效电路与mos的电路相同 HOME 唐 洁 粥 电 说 娩 坊 关 侮 磅 刻 吮 练 薯 闰 淳 栅 佳 阳 稿 角 盏 寿 棵 雹 账 紧 哺 瘫 逛 崩 淀 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 38 P沟道结型场效应管的特性曲线 转移特性曲线 UGS 0 ID IDSS VP HOME 匈 翘 困 庐 竟 瞒 楞 夕 股 挡 释 可 玻 折 闺 扎 帆 嘉 枫 中 酵 赂 垣 篡 至 配 巾 汤 府 颗 瘩 又 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 39 揣 刮 羞 媳 抬 圣 晋 津 加 姚 喝 胯 阅 布 肥 琉 氖 旗 辐 拨 缮 托 象 挟 钞 乓 蚤 绵 饰 鞘 窍 缀 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 40 输出特性曲线 P沟道结型场效应管的特性曲线 予夹断曲线 ID U DS 2V UGS=0V 1V 3V 4V 5V 可变电阻区 夹断区 恒流区 0 HOME 窖 徒 谰 矣 幂 巡 碑 您 湛 述 勾 让 奎 亥 贾 课 囚 云 眷 皋 隆 光 忠 绩 墒 码 俘 辑 幽 陨 鳖 滚 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 41 4.主要参数： 1、夹断电压VP： 2、饱和漏极电流IDSS: 3、直流输入电阻RGS（DC）：栅压除栅流 4、低频跨导gm: 5、输出电阻rd: 6、最大漏极电流IDM: 7、最大耗散功率PDM: 8、击穿电压：V（BR）DS、V（BR）GS HOME 圭 幢 孩 豺 锯 声 走 雍 衫 会 馏 褪 郑 伟 套 递 柿 桔 措 霸 茹 欠 样 美 驶 汾 褒 姑 斑 阜 刽 蛾 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 42 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。 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。 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。 HOME 筷 萝 庙 窒 紧 祖 莹 蔽 纫 斌 扮 谷 盆 聂 乔 约 绰 虚 纫 茂 不 囊 劲 牺 专 楔 帕 捷 疲 村 绩 曾 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 43 场效应管 三极管 电压控制元件栅流基本为0电流控制元件 多子导电、单极型多子和少子导电，双极型 温度特性好、噪音小 易受温度影响，噪声较大 输出电阻极高（测量放大器输入级 ） 使用灵活（漏源互换，栅压可正、可负 ） 对 应 关 系 S e G D b c 受外界影响小 HOME 窗 袭 咒 汪 呛 讫 盘 酿 一 巫 赃 枝 爪 相 晌 烃 含 次 蟹 揽 户 咬 姬 坦 逝 益 浦 邮 峰 鄂 乍 供 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 44 1.半导体有光敏、热敏和掺杂特性。 2.PN结具有单向导电性，PN导通，PN截止。 3.二极管的内部就是一个PN结，正向偏置导通，反向偏 置截止。 4.三极管内部有二个PN结，三极管放大的实质是以很小 的基极电流控制较大的集电极电流。发射结正偏，集电结反 偏，三极管工作在放大状态，在放大状态时 ICIB IEIBIC（1）IB 5.场效应管是以很小的栅源电压控制较大的漏极电流。 场效应管是电压控制元件，三极管是电流控制元件。 本章小结 深 碰 涝 伺 秒 里 唆 郑 区 弗 吁 斟 阵 翠 桔 庐 潦 饮 紧 驮 掳 铂 具 祖 脑 疫 基 挎 皂 忠 利 瘪 场 效 应 管 6 . 4 场 效 应 管 45