常用半導(dǎo)體器件原理PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1常用半導(dǎo)體器件原理常用半導(dǎo)體器件原理2.1.2 本征半導(dǎo)體 純凈的硅和鍺單晶體稱為本征半導(dǎo)體。硅和鍺的原子最外層軌道上都有四個(gè)電子，稱為價(jià)電子，每個(gè)價(jià)電子帶一個(gè)單位的負(fù)電荷。因?yàn)檎麄€(gè)原子呈電中性，而其物理化學(xué)性質(zhì)很大程度上取決于最外層的價(jià)電子，所以，硅和鍺原子可以用簡(jiǎn)化模型代表 。 +4 帶一個(gè)單位負(fù)電荷的價(jià)電子 最外層軌道 帶四個(gè)單位正電荷的原子核部分 +14 +32 第1頁(yè)/共72頁(yè)每個(gè)原子最外層軌道上的四個(gè)價(jià)電子為相鄰原子核所共有，形成共價(jià)鍵。共價(jià)鍵中的價(jià)電子是不能導(dǎo)電的束縛電子。 +4 價(jià)電子 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 共價(jià)鍵 價(jià)電子可以獲得足夠大的能量，

2、掙脫共價(jià)鍵的束縛，游離出去，成為自由電子，并在共價(jià)鍵處留下帶有一個(gè)單位的正電荷的空穴。這個(gè)過(guò)程稱為本征激發(fā)。 本征激發(fā)產(chǎn)生成對(duì)的自由電子和空穴，所以本征半導(dǎo)體中自由電子和空穴的數(shù)量相等。 空穴 +4 +4 +4 +4 自由電子 第2頁(yè)/共72頁(yè) +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 空穴移動(dòng)方向 價(jià)電子移動(dòng)方向 價(jià)電子的反向遞補(bǔ)運(yùn)動(dòng)等價(jià)為空穴在半導(dǎo)體中自由移動(dòng)。因此，在本征激發(fā)的作用下，本征半導(dǎo)體中出現(xiàn)了帶負(fù)電的自由電子和帶正電的空穴，二者都可以參與導(dǎo)電，統(tǒng)稱為載流子。 自由電子和空穴在自由移動(dòng)過(guò)程中相遇時(shí)，自由電子填入空穴，釋放出能量，從而消失一對(duì)載流子，這個(gè)過(guò)程稱為復(fù)合。

3、空穴 +4 +4 +4 +4 自由電子 第3頁(yè)/共72頁(yè)平衡狀態(tài)時(shí)，載流子的濃度不再變化。分別用ni和pi表示自由電子和空穴的濃度 (cm-3) ，理論上 kTEeTApn2230ii0G其中 T 為絕對(duì)溫度 (K) ；EG0 為T = 0 K時(shí)的禁帶寬度，硅原子為1.21 eV，鍺為0.78 eV；k = 8.63 10 5 eV / K為玻爾茲曼常數(shù)；A0為常數(shù)，硅材料為3.87 1016 cm- 3 K 3 / 2，鍺為1.76 1016 cm 3 K 3 / 2。 2.1.3 N 型半導(dǎo)體和 P 型半導(dǎo)體 本征激發(fā)產(chǎn)生的自由電子和空穴的數(shù)量相對(duì)很少，這說(shuō)明本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。我們

4、可以人為地少量摻雜某些元素的原子，從而顯著提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力，這樣獲得的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。根據(jù)摻雜元素的不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體分為 N 型半導(dǎo)體和 P 型半導(dǎo)體。 第4頁(yè)/共72頁(yè)一、N 型半導(dǎo)體（摻磷）在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)原子，即構(gòu)成 N 型半導(dǎo)體。N 型半導(dǎo)體中每摻雜一個(gè)雜質(zhì)元素的原子，就提供一個(gè)自由電子，從而大量增加了自由電子的濃度施主電離多數(shù)載流子一一自由電子少數(shù)載流子一一空穴但半導(dǎo)體仍保持電中性 +4 +4 +4 +4 +5 +4 +4 +4 +4 鍵外電子 施主原子 熱平衡時(shí)，雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子濃度和少子濃度的乘積恒等于本征半導(dǎo)體中載流子濃度 ni 的平方，所以空穴的濃度 pn為

5、DnNnD2in2inNnnnp自由電子濃度雜質(zhì)濃度因?yàn)閚i容易受到溫度的影響發(fā)生顯著變化，所以pn也隨環(huán)境的改變明顯變化。第5頁(yè)/共72頁(yè)二、P 型半導(dǎo)體（摻硼）在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)原子，即構(gòu)成 P 型半導(dǎo)體。P 型半導(dǎo)體中每摻雜一個(gè)雜質(zhì)元素的原子，就提供一個(gè)空穴，從而大量增加了空穴的濃度受主電離多數(shù)載流子一一空穴少數(shù)載流子一一自由電子但半導(dǎo)體仍保持電中性 +4 +4 +4 +4 +3 +4 +4 +4 +4 空位 受主原子 而自由電子的濃度 np 為ApNpA2ip2ipNnpnn空穴濃度摻雜濃庹環(huán)境溫度也明顯影響 np 的取值。第6頁(yè)/共72頁(yè)2.1.4 漂移電流和擴(kuò)散電流 半導(dǎo)體中載

6、流子（電子與空穴）進(jìn)行定向運(yùn)動(dòng)，就會(huì)形成半導(dǎo)體中的電流。半導(dǎo)體電流漂移電流：在電場(chǎng)的作用下，自由電子會(huì)逆著電場(chǎng)方向漂移，而空穴則順著電場(chǎng)方向漂移，這樣產(chǎn)生的電流稱為漂移電流。該電流的大小主要取決于載流子的濃度，遷移率和電場(chǎng)強(qiáng)度。擴(kuò)散電流：半導(dǎo)體中載流子濃度不均勻分布時(shí)，載流子會(huì)從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴(kuò)散，從而形成擴(kuò)散電流。該電流的大小正比于載流子的濃度差即濃度梯度的大小。PnIII電子電流與空穴電流半導(dǎo)體電流第7頁(yè)/共72頁(yè)2.2 PN 結(jié) 通過(guò)摻雜工藝，把本征半導(dǎo)體的一邊做成 P 型半導(dǎo)體，另一邊做成 N 型半導(dǎo)體，則 P 型半導(dǎo)體和 N 型半導(dǎo)體的交接面處會(huì)形成一個(gè)有特殊物理性質(zhì)的薄層，稱為

7、 PN 結(jié)。 2.2.1PN 結(jié)的形成 + + + + P 區(qū) N 區(qū) (a) + + + + + + + + + + + + + + + + P 區(qū) N 區(qū) (b) 空間電荷區(qū) 內(nèi)建電場(chǎng) 0 UB UB + + + + + + + + + + + + 多子擴(kuò)散空間電荷區(qū)，內(nèi)建電場(chǎng)和內(nèi)建電位差的產(chǎn)生 少子漂移動(dòng)態(tài)平衡第8頁(yè)/共72頁(yè)空間電荷區(qū)又稱耗盡區(qū)或勢(shì)壘區(qū)。在摻雜濃度不對(duì)稱的 PN 結(jié)中，耗盡區(qū)在重?fù)诫s一側(cè)延伸較小，在輕摻雜一側(cè)延伸較大。 耗盡區(qū) 耗盡區(qū) + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

8、+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + P區(qū) N區(qū) P區(qū) N區(qū) 第9頁(yè)/共72頁(yè)2.2.2PN 結(jié)的單向?qū)щ娞匦?+ + + + + + + + + + + + + + + + P 區(qū) N 區(qū) 耗盡區(qū) 0 UB U UB E R U 內(nèi)建電場(chǎng) 外加電場(chǎng) 正向電流 一、正向偏置的 PN 結(jié)正向偏置耗盡區(qū)變窄擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)漂移運(yùn)動(dòng)減弱正向電流二、反向偏置的 PN 結(jié) P 區(qū) 耗 盡 區(qū) 0 UB U UB E R U 內(nèi) 建 電 場(chǎng) 外 加 電 場(chǎng) N 區(qū) 反 向 電 流 + + + + + + + + + + + +

9、+ + + + 反向偏置耗盡區(qū)變寬擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)減弱漂移運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)反向電流第10頁(yè)/共72頁(yè)P(yáng)N 結(jié)的單向?qū)щ娞匦裕篜N 結(jié)只需較小的正向電壓，就可使耗盡區(qū)變得很薄，從而產(chǎn)生較大的正向電流，且該電流隨電壓的微小變化會(huì)發(fā)生明顯改變。在反偏時(shí)，少子只能提供很小的漂移電流，且基本上不隨反向電壓變化。4.2.3PN 結(jié)的擊穿特性 PN 結(jié)反向電壓足夠大時(shí)，反向電流急劇增大，這種現(xiàn)象稱為 PN 結(jié)的擊穿。 雪崩擊穿：PN 結(jié)反偏，耗盡區(qū)中少子在漂移運(yùn)動(dòng)中被電場(chǎng)作功，動(dòng)能增大。當(dāng)少子的動(dòng)能足以使其在與價(jià)電子碰撞時(shí)發(fā)生碰撞電離，把價(jià)電子擊出共價(jià)鍵，產(chǎn)生一對(duì)自由電子和空穴，連鎖碰撞使盡區(qū)內(nèi)載流子數(shù)量劇增，引起反向電流

10、急劇增大。雪崩擊穿出現(xiàn)在輕摻雜的 PN 結(jié)中。齊納擊穿：在重?fù)诫sPN 結(jié)中，耗盡區(qū)較窄，所以反向電壓在其中產(chǎn)生較強(qiáng)的電場(chǎng)。電場(chǎng)強(qiáng)到能直接將價(jià)電子拉出共價(jià)鍵，發(fā)生場(chǎng)致激發(fā)，產(chǎn)生大量的自由電子和空穴，使反向電流急劇增大，這種擊穿稱為齊納擊穿。PN 結(jié)擊穿時(shí)，只要限制反向電流不要過(guò)大，就可以保護(hù) PN 結(jié)不受損壞。第11頁(yè)/共72頁(yè)4.2.4PN 結(jié)的電容特性 PN 結(jié)能存貯電荷，且電荷變化與外加電壓變化有關(guān)，說(shuō)明 PN 結(jié)有電容效應(yīng)。 一、勢(shì)壘電容（反偏） P 區(qū) N 區(qū) 耗盡區(qū) |u| P 區(qū) N 區(qū) 耗盡區(qū) |u| + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

11、 + + + + + + + + + + + + dSUuCuQCnB0TT1CT0為 u = 0 時(shí)的 CT，與 PN 結(jié)的結(jié)構(gòu)和摻雜濃度等因素有關(guān)；UB為內(nèi)建電位差；n 為變?nèi)葜笖?shù)，取值一般在 1 / 3 6 之間。當(dāng)反向電壓- u的絕對(duì)值增大時(shí)，CT 將減小（變?nèi)莨埽?第12頁(yè)/共72頁(yè) P區(qū) N區(qū) 耗盡區(qū) u P區(qū) N區(qū) 耗盡區(qū) u u 0 0 np0 pn0 pnnn nppp Qn Qp uQQuQCpnDPN 結(jié)的結(jié)電容為勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容之和，即 Cj = CT + CD。CT 和 CD 都隨外加電壓的變化而改變，所以都是非線性電容。當(dāng)PN 結(jié)正偏時(shí)，CD 遠(yuǎn)大于 CT ，即

12、 Cj CD ；當(dāng)PN 結(jié)反偏時(shí)，CT 遠(yuǎn)大于 CD，則 Cj CT 。二、擴(kuò)散電容（正偏） 第13頁(yè)/共72頁(yè)4.3晶體二極管 二極管可分為硅二極管和鍺二極管，簡(jiǎn)稱為硅管和鍺管。 4.3.1二極管的伏安特性：指數(shù)特性) 1() 1(TDD/S/SDUukTqueIeIiIS 為反向飽和電流，q =1.60 10 19C ；UT = kT/q，稱熱電壓， 300 K 時(shí)，UT = 26 mV。 uD iD UD(on) 0 IS 擊穿 TDSDUueIiT2 T1 1、二極管的導(dǎo)通，截止和擊穿當(dāng) uD 0 且超過(guò)特定值 UD(on) 時(shí)，iD 變得明顯，此時(shí)認(rèn)為二極管導(dǎo)通，UD(on) 稱為導(dǎo)

13、通電壓 (開啟電壓) ；uD 0.7V時(shí)，VD處于導(dǎo)通狀態(tài)，等效成短路，所以輸出電壓uo=ui-0.7； RL D ui uo t ui 0 t 0 (a) (b) 0.7 V uo (c) uo ui 0 0.7 V 1 當(dāng)ui0時(shí)，D1和D2上加的是正向電壓，處于導(dǎo)通狀態(tài)，而D3和D4上加的是反向電壓，處于截止?fàn)顟B(tài)。輸出電壓uo的正極與ui的正極通過(guò)D1相連，它們的負(fù)極通過(guò)D2相連，所以u(píng)o=ui； RL D1 ui uo t ui 0 t uo 0 (a) (b) D3 D4 D2 (c) uo ui 0 1 1 當(dāng)ui0時(shí)，二極管D1截止，D2導(dǎo)通，電路等效為(b)所示的反相比例放大器

14、，uo=-(R2/R1)ui；當(dāng)ui 0時(shí)，uo1 = - ui，uo = ui；當(dāng)ui 2.7V時(shí)，VD導(dǎo)通，所以u(píng)o=2.7V；當(dāng)ui2.3V時(shí)，D2導(dǎo)通，uo=2.3V；當(dāng)ui2.3V時(shí)，D2截止，支路等效為開路，uo=ui。所以D2實(shí)現(xiàn)了上限幅；解：D1處于導(dǎo)通與截止的臨界狀態(tài)時(shí)，其支路兩端電壓為-E-UD(on)=-2.3V。當(dāng)ui-2.3V時(shí)，D1截止，支路等效為開路，uo=ui。所以D1實(shí)現(xiàn)了下限幅；第32頁(yè)/共72頁(yè)圖中,設(shè)二極管的交流電阻rD 0,導(dǎo)通電壓UD(on)=0.7 V ui VD1 VD2 R2 R1 uo A 限幅電路的基本用途是控制輸入電壓不超過(guò)允許范圍，以保

15、護(hù)后級(jí)電路的安全工作。當(dāng)-0.7Vui0.7 V時(shí)，VD1導(dǎo)通，VD2截止，R1、VD1和R2構(gòu)成回路，對(duì)ui分壓，集成運(yùn)放輸入端的電壓被限制在UD(on)=0.7V；當(dāng)ui-0.7V時(shí)，VD1截止，VD2導(dǎo)通，R1、VD2和R2構(gòu)成回路，對(duì)ui分壓，集成運(yùn)放輸入端的電壓被限制在-UD(on)=-0.7 V。該電路把ui限幅到0.7V到-0.7V之間，保護(hù)集成運(yùn)算放大器。第33頁(yè)/共72頁(yè)圖中,設(shè)二極管的交流電阻rD 0,導(dǎo)通電壓UD(on)=0.7 Vui A / D 5 V D1 D2 R E 當(dāng)-0.7Vui5.7V時(shí)，VD1導(dǎo)通，VD2截止，A/D的輸入電壓被限制在5.7V；當(dāng)ui-0

16、.7V時(shí)，VD1截止，VD2導(dǎo)通，A/D的輸入電壓被限制在-0.7V。該電路對(duì)ui的限幅范圍是-0.7V到 5.7V。第34頁(yè)/共72頁(yè)例4.3.8穩(wěn)壓二極管限幅電路如圖 (a) 所示，其中穩(wěn)壓二極管DZ1和DZ2的穩(wěn)定電壓UZ=5V，導(dǎo)通電壓UD(on) 近似為零。輸入電壓ui的波形在圖 (b) 中給出，作出輸出電壓uo的波形。 ui (a) R1 uo 5 k A UZ t ui (V) 0 (b) 2 2 DZ1 DZ2 1 k R2 第35頁(yè)/共72頁(yè)解：當(dāng) | ui | 1 V時(shí)，DZ1和DZ2一個(gè)導(dǎo)通，另一個(gè)擊穿，此時(shí)反饋電流主要流過(guò)穩(wěn)壓二極管支路，uo穩(wěn)定在 5 V。由此得到圖

17、(c) 所示的uo波形。 ui (a) R1 uo 5 k A UZ t ui (V) 0 (b) 2 2 1 1 t uo (V) 0 (c) 5 5 DZ1 DZ2 1 k R2 第36頁(yè)/共72頁(yè) uo R A DZ1 t uo , uC 0 UOH R3 DZ2 R1 R2 C uC UZ UTH UTL UOL uo uC 圖示電路為單運(yùn)放弛張振蕩器。其中集成運(yùn)放用作反相遲滯比較器，輸出電源電壓UCC或 - UEE，R3隔離輸出的電源電壓與穩(wěn)壓二極管DZ1和DZ2限幅后的電壓。仍然認(rèn)為DZ1和DZ2的穩(wěn)定電壓為UZ，而導(dǎo)通電壓UD(on) 近似為零。經(jīng)過(guò)限幅，輸出電壓uo可以是高電壓

18、UOH = UZ或低電壓UOL = - UZ。第37頁(yè)/共72頁(yè)3、電平選擇電路 例4.3.9(a)是二極管電平選擇電路，其中二極管VD1和VD2均為理想二極管，輸入信號(hào)ui1和ui2的幅度均小于電源電壓E，波形如(b)所示。分析電路的工作原理，并作出輸出信號(hào)uo的波形。 R E ui2 uo t ui1 (a) VD1 ui1 VD2 t ui2 0 t uo 0 (b) 0 第38頁(yè)/共72頁(yè)解：因?yàn)閡i1和ui2均小于E，所以VD1和VD2至少有一個(gè)處于導(dǎo)通狀態(tài)。 R E ui2 uo t ui1 0 (a) VD1 ui1 VD2 t ui2 0 t uo 0 (b) 1 1 0 1

19、1 0 0 0 1 0 0 0 假設(shè)ui1ui2時(shí)，VD2導(dǎo)通，VD1截止，uo=ui2；只有當(dāng)ui1=ui2時(shí)，VD1和VD2才同時(shí)導(dǎo)通，uo=ui1=ui2。uo的波形如(b)所示。該電路完成低電平選擇功能，當(dāng)高、低電平分別代表邏輯1和邏輯0時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了邏輯“與”運(yùn)算。 第39頁(yè)/共72頁(yè) ui uo1 D uo C (a) A1 A2 ui , uo t 0 uo ui (b) uG V A2 4、峰值檢波電路 例4.3.10分析圖示峰值檢波電路的工作原理。 解：電路中集成運(yùn)放A2起電壓跟隨器作用。當(dāng)uiuo時(shí)，uo10，二極管D導(dǎo)通，uo1對(duì)電容C充電，此時(shí)集成運(yùn)放A1也成為跟隨器，u

20、o=uCui，即uo隨著ui增大；當(dāng)uiuo時(shí)，uo1UBE(on)時(shí)，e結(jié)正偏，晶體管導(dǎo)通，即處于放大狀態(tài)或飽和狀態(tài)。此兩種狀態(tài)下，uBEUBE(on)，所以也可以認(rèn)為UBE(on)是導(dǎo)通的晶體管輸入端固定的管壓降；當(dāng)uBEuBE(on)，則晶體管處于放大狀態(tài)或飽和狀態(tài)，再判斷c結(jié)是正偏還是反偏。如果c結(jié)反偏，則晶體管處于放大狀態(tài)，這時(shí)UBE=UBE(on)。根據(jù)外電路和UBE(on)計(jì)算IB，接下來(lái)IC=IB，IE=IB+IC。再由這三個(gè)極電流和外電路計(jì)算UCE和UCB；實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)控制e結(jié)和c結(jié)的正偏與反偏，可使晶體管處于放大狀態(tài)、飽和狀態(tài)或截止?fàn)顟B(tài)，來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能。確定直流偏置下

21、晶體管工作狀態(tài)的基本步驟：1判斷e結(jié)是正偏還是反偏。若uBE 0，所以c結(jié)反偏，假設(shè)成立，UO=UC=4V；當(dāng)UI=5V時(shí)，因?yàn)椋琔CB=-3.28V0，所以晶體管處于飽和狀態(tài)，UO=UCE(sat) 。 第49頁(yè)/共72頁(yè) 2 k RC UCC 200 k RB 2 k RE IB IC IE V 12 V 例4.4.2晶體管直流偏置電路如圖所示，已知晶體管V的UBE(on)=-0.7V，=50。判斷V的工作狀態(tài)，并計(jì)算IB、IC和UCE。 解：圖中晶體管是PNP型，UBE(on)=UB-UE=(UCC-IBRB)-IERE=UCC-IBRB-(1+)IBRE=-0.7V，得到IB=-37.

22、4A0，所以V處于放大或飽和狀態(tài)。假設(shè)處于放大狀態(tài)，則IC=IB=-1.87mA，驗(yàn)證：因?yàn)?，UCB=UC-UB=(UCC-ICRC)-(UCC-IBRB)=-3.74VUSUG柵極電流：IG 0夾斷電壓：UGS(off)第56頁(yè)/共72頁(yè)2、輸出特性(iD-uDS) 0 5 10 15 20 uDS (V) iD (mA) 2 V 0.5 V 1 V 1.5 V UDG UGS(off) 恒 流 區(qū) 可變電阻區(qū) 截止區(qū) 1 2 3 4 UGS UGS(off) 擊穿區(qū) UGS 0 （1）恒流區(qū) (|uGS|UGS(off)|且|uDG| |uDSuGS|UGS(off)|) （2）可變電阻區(qū)

23、 (|uGS|UGS(off)|且|uDG|UGS(off)|)uGS和iD為平方率關(guān)系。預(yù)夾斷導(dǎo)致uDS對(duì)iD的控制能力很弱。（3）截止區(qū) (|uGS|UGS(off)|)uDS的變化明顯改變iD的大小。導(dǎo)電溝道全部夾斷，iD 0。 N G D S UGS uDS iD P+ P+ 另外，若|uDS|足夠大，則PN結(jié)在靠近漏極的局部會(huì)擊穿，iD急劇增大，相應(yīng)的區(qū)域成為擊穿區(qū)。第57頁(yè)/共72頁(yè)3、轉(zhuǎn)移特性(iD-UGS) 3 2 1 UGS (V) iD (mA) UGS(off) 0 1 2 3 4 IDSS 2GS(off)GSDSSD1UuIi恒流區(qū)內(nèi)，iD與uGS的平方率關(guān)系可以描述

24、為：第58頁(yè)/共72頁(yè)4.5.2絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管 金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET），根據(jù)結(jié)構(gòu)上是否存在原始導(dǎo)電溝道，分為增強(qiáng)型（normally-off）和耗盡型(normally-on)。 G D S 柵極 G 漏極 D N N P 襯底 源極 S B PN 結(jié) B G D S 柵極 G 漏極 D P P N 襯底 源極 S B PN 結(jié) B N 溝道增強(qiáng)型 MOSFET P 溝道增強(qiáng)型 MOSFET G D S B G D S 柵極 G 漏極 D N 襯底 源極 S B PN 結(jié) B P P 柵極 G 漏極 D P 襯底 源極 S B PN 結(jié) N N N 溝道耗盡型 MOS

25、FET P 溝道耗盡型 MOSFET 第59頁(yè)/共72頁(yè)1、工作原理 G D N P 襯底 S B UGS UDS G D N P 襯底 S B UGS UDS G D N N P 襯底 S B UGS UDS ID ID ID N N UGS = 0 ID 0N溝道增強(qiáng)型MOSFETUGS UGS(th) 電場(chǎng) 反型層 導(dǎo)電溝道 ID 0UGS控制ID的大小UDUGUS=UB，IG = 0第60頁(yè)/共72頁(yè)在UGS0時(shí)就存在IDID0。UGS增大ID增大。當(dāng)UGS0時(shí)，且|UGS| 足夠大時(shí)，導(dǎo)電溝道消失，ID0，此時(shí)的UGS稱為夾斷電壓UGS(off) 。 N溝道耗盡型MOSFET2、輸出

26、特性 0 5 10 15 20 uDS (V) iD (mA) 3 V 6 V 5 V 4 V UDG UGS(th) 恒 流 區(qū) 可變電阻區(qū) 截止區(qū) 1 2 3 4 UGS UGS(th) 擊穿區(qū) UGS 7 V G D N N P襯底 S B UGS UDS ID 預(yù)夾斷N溝道增強(qiáng)型MOSFET各區(qū)劃分140頁(yè)第61頁(yè)/共72頁(yè) 4 6 8 UGS (V) iD (mA) UGS(th) 0 1 2 3 4 2 n為導(dǎo)電溝道中自由電子運(yùn)動(dòng)的遷移率；Cox為單位面積的柵極電容；W 和 L分別為導(dǎo)電溝道的寬度和長(zhǎng)度，W / L為寬長(zhǎng)比。2GS(th)GSoxnD)(2UuLWCi)1 ()(2

27、DS2GS(th)GSoxnDuUuLWCiN溝道增強(qiáng)型MOSFET3、轉(zhuǎn)移特性 恒流區(qū)內(nèi)，iD與uGS的平方率關(guān)系可以描述為：如果計(jì)入uDS對(duì)iD的微弱影響，則需要用溝道調(diào)制系數(shù)修正公式。第62頁(yè)/共72頁(yè)N溝道耗盡型MOSFET（類似N溝道JFET） 0 5 10 15 20 uDS (V) iD (mA) 3 V 6 V 3 V 0 UDG UGS(off) 恒 流 區(qū) 可變電阻區(qū) 截止區(qū) 1 2 3 4 UGS UGS(off) 擊穿區(qū) UGS = 9 V 0 3 6 UGS (V) iD (mA) UGS(off) 2 3 4 3 9 6 1 2GS(off)GSD0D1uuIi2G

28、S(off)oxnD02ULWCI恒流區(qū)電流方程第63頁(yè)/共72頁(yè)4.5.3各種場(chǎng)效應(yīng)管的比較以及場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的對(duì)比 G D S G D S G D S B G D S B G D S B G D S B JF ET N 溝 道 P 溝 道 N 溝 道 P 溝 道 N 溝 道 P 溝 道 增 強(qiáng) 型 耗 盡 型 M O SF ET 電路符號(hào) 0 UGS iD IDSS UGS(off) UGS(th) JFET N 溝道 ID0 MOSFET 耗盡型 N 溝道 增強(qiáng)型 N 溝道 UGS(th) UGS(off) JFET P 溝道 增強(qiáng)型 P 溝道 耗盡型 P 溝道 MOSFET IDSS

29、 ID0 0 UDS iD JFET N 溝道 MOSFET 耗盡型 N 溝道 增強(qiáng)型 N 溝道 0 2 7 4 2 3 3 1 4 2 0 5 1 1 6 5 3 2 UGS (V) 耗盡型 P 溝道 JFET P 溝道 增強(qiáng)型 P 溝道 UGS (V) 7 2 0 6 1 1 5 0 2 4 1 3 2 2 3 3 4 5 MOSFET 特性曲線第64頁(yè)/共72頁(yè)晶體管處于放大狀態(tài)或飽和狀態(tài)時(shí)，存在一定的基極電流，輸入電阻較小。場(chǎng)效應(yīng)管中，JFET的輸入端PN結(jié)反偏，MOSFET則用SiO2隔離了柵極和導(dǎo)電溝道，所以場(chǎng)效應(yīng)管的柵極電流很小，輸入電阻極大。晶體管中自由電子和空穴同時(shí)參與導(dǎo)電，

30、主要依靠基區(qū)中非平衡少子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，所以導(dǎo)電能力易受外界因素如溫度的影響。場(chǎng)效應(yīng)管只依靠自由電子和空穴之一在導(dǎo)電溝道中作漂移運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電，導(dǎo)電能力不易受環(huán)境的干擾。場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)對(duì)稱，源極和漏極可互換使用。 晶體管發(fā)射區(qū)和集電區(qū)雖是同型雜質(zhì)半導(dǎo)體，但因制作工藝不同，二者不能互換使用。第65頁(yè)/共72頁(yè) UDD RG 100 k RD 2 k 12 V UGS(off) 4 V IDSS 3 mA (a) UDD RG 100 k RD 3 k 10 V UGS(th) 2 V ID 3 mA (b) E V V 5 V 例4.5.1判斷圖中場(chǎng)效應(yīng)管的工作狀態(tài)。 解:圖(a)是N溝道JFET，UGS=0UGS(off)，故該JFET工作在恒流區(qū)或可變電阻區(qū)，且ID=IDSS，UDG=UDS-UGS=UDS=UDD-IDRD=6(V)-UGS(off)，故該JFET工作在恒流區(qū)。圖 (b) 是P溝道增強(qiáng)型MOSFET，UGS = - 5 (V) - UGS(th) ，所以該場(chǎng)效應(yīng)管工作在可變電阻區(qū)。 第66頁(yè)/共72頁(yè)一、方波，鋸齒波發(fā)生器 4.5.5場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)用電路舉例 uo C1 uo1 t 0 A1 R4 R3 R2 R1 UZ R6 C2 A2 E V uo t 0