各種場效應管原理和特性曲線講解

1、關于各種場效應管的原理和特性曲線講解第一張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 場效應管3.0 概 述 場效應管是一種利用電場效應來控制電流的半導體器件,也是一種具有正向受控作用的半導體器件。它體積小、工藝簡單，器件特性便于控制，是目前制造大規(guī)模集成電路的主要有源器件。場效應管與三極管主要區(qū)別： 場效應管輸入電阻遠大于三極管輸入電阻。 場效應管是單極型器件（三極管是雙極型器件）。 場效應管受溫度的影響?。ㄖ挥卸嘧悠七\動形成電流）第二張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月一、場效應管的種類第三章 場效應管按結構不同分為絕緣柵型場效應管MOSFET結型場效應管JFETP溝道N溝道P

2、溝道N溝道P溝道N溝道MOSFET（按工作方式不同）耗盡型（DMOS）增強型（EMOS） 溝道：指載流子流通的渠道、路徑。N溝道是指以N型材料構成的區(qū)域作為載流子流通的路徑；P溝道指以P型材料構成的區(qū)域作為載流子流通的路徑。第三張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 場效應管二、場效應管的結構示意圖及其電路符號 JFET結構示意圖及電路符號SGDSGDP+P+NGSDN溝道JFETP溝道JFETN+N+PGSD返回第四張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月耗盡型場管的結構示意圖及其電路符號第三章 場效應管SGUDIDSGUDIDPP+N+SGDUN+N溝道DMOSNN+P+SGD

3、UP+P溝道DMOS DMOS管結構VGS=0時，導電溝道已存在返回第五張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 場效應管增強型場管的結構示意圖及其電路符號PP+N+N+SGDUNN+P+SGDUP+SGUDSGUD返回第六張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月場效應管的電路符號第三章 場效應管SGDSGDSGUDIDSGUDIDUSGDIDSGUDIDNEMOSNDMOSPDMOSPEMOSMOS場效應管MOSFET結型場效應管JFET返回總結第七張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月總結：第三章 場效應管 場效應管的電路符號可知：無論是JFET或是MOSFET，它都有三個電

4、極：柵極G、源極S、漏極D。它們與三極管的三個電極一一對應（其實它們之間的對應關系除了電極有對應關系外，由它們構成的電路的特性也有對應關系，這些我們在第四再給大家講） ： G-B S-E D-C N溝道管子箭頭是指向溝道的，而P溝道管子的箭頭是背離溝道的。 返回第八張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月3.1 場效應管的工作原理第三章 場效應管 JFET與MOSFET工作原理相似，它們都是利用電場效應來控制電流，即都是利用改變柵源電壓vGS，來改變導電溝道的寬度和高度，從而改變溝道電阻，最終達到對漏極電流iD 的控制作用。不同之處僅在于導電溝道形成的原理不同。(下面我們以N溝道JFET、N

5、溝道增強型為例進行分析） 返回第九張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 場效應管3.1.1 JFET管工作原理 N溝道JFET管外部工作條件 VDS 0 (保證柵漏PN結反偏)VGS 0 (保證柵漏PN結反偏)。 U接電路最低電位或與S極相連(保證源襯PN結反偏)。 VGS 0 (形成導電溝道)PP+N+N+SGDUVDS- + - + VGS柵襯之間相當于以SiO2為介質(zhì)的平板電容器。增強型管子溝道形成原理第十四張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 場效應管 3.1.2 N溝道EMOSFET溝道形成原理 假設VDS =0，討論VGS作用PP+N+N+SGDUVDS =

6、0- + VGS形成空間電荷區(qū)并與PN結相通VGS襯底表面層中負離子、電子VGS 開啟電壓VGS(th)形成N型導電溝道表面層 npVGS越大，反型層中n 越多，導電能力越強。反型層返回第十五張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 場效應管3.2 場效應管的伏安特性曲線（以NEMOSFET為例） 由于場效應管的柵極電流為零，故不討論輸入特性曲線。 共源組態(tài)特性曲線：ID= f ( VGS )VDS = 常數(shù)轉(zhuǎn)移特性：ID= f ( VDS )VGS = 常數(shù)輸出特性：+TVDSIG0VGSID+- 轉(zhuǎn)移特性與輸出特性反映場效應管同一物理過程，它們之間可以相互轉(zhuǎn)換。 NDMOSFET的

7、特性曲線NJFET的特性曲線第十六張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月輸出特性曲線可劃分四個區(qū)域： ID只受UGS控制，而與UDS近似無關，表現(xiàn)出類似三極管 的正向受控作用。 非飽和區(qū)（又稱可變電阻區(qū)）特點：ID同時受UGS與UDS的控制。ID/mAUDS /V0UDS = UGS UTUGS =5V3.5V4V4.5VNEMOS管輸出特性曲線非飽和區(qū)、飽和區(qū)、截止區(qū)、擊穿區(qū)。 飽和區(qū)（又稱恒流區(qū)）特點：VGS(th)開啟電壓，開始有ID時對應的VGS值 截止區(qū)（ID =0以下的區(qū)域） 擊穿區(qū)IG0，ID0第一章 半導體器件返回第十七張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 場效

8、應管 非飽和區(qū)特點：ID同時受VGS與VDS的控制。當VGS為常數(shù)時，VDSID近似線性，表現(xiàn)為一種電阻特性； ID/mAVDS /V0VDS = VGS VGS(th)VGS =5V3.5V4V4.5V當VDS為常數(shù)時，VGS ID ，表現(xiàn)出一種壓控電阻的特性。 溝道預夾斷前對應的工作區(qū)。條件：VGS VGS(th) V DS VGS(th) V DS VGSVGS(th) 考慮到溝道長度調(diào)制效應，輸出特性曲線隨VDS的增加略有上翹。注意：飽和區(qū)（又稱恒流區(qū)）對應三極管的放大區(qū)。 飽和區(qū)飽和區(qū)工作時的數(shù)學模型返回第十九張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 場效應管數(shù)學模型：若考慮

9、溝道長度調(diào)制效應，則ID的修正方程： 工作在飽和區(qū)時，MOS管的正向受控作用，服從平方律關系式：其中： 稱溝道長度調(diào)制系數(shù)，其值與l 有關。通常 =( 0.005 0.03 )V-1返回第二十張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 場效應管特點：相當于MOS管三個電極斷開。 ID/mAVDS /V0VDS = VGS VGS(th)VGS =5V3.5V4V4.5V溝道未形成時的工作區(qū)條件：VGS 0，VGS 正、負、零均可。外部工作條件：DMOS管在飽和區(qū)與非飽和區(qū)的ID表達式與EMOS管相同。PDMOS與NDMOS的差別僅在于電壓極性與電流方向相反。 NDMOS管伏安特性返回第二

10、十三張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 場效應管 NJFET管伏安特性ID/mAVDS /V0VDS = VGS VGS(off)VGS =0V-2V-1. 5V-1V-0. 5VID =0 時對應的VGS值 夾斷電壓VGS（off） 。VGS=0 時對應的ID 值 飽和漏電流IDSS。PJFET與NJFET的差別僅在于電壓極性與電流方向相反在飽和區(qū)時的數(shù)學模型：返回第二十四張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 場效應管 VDS極性取決于溝道類型N溝道：VDS 0， P溝道：VDS 0ID(mA)VGS(V)VGS(th)VGS(th)VGS(off )VGS(th)

11、VGS(th)VGS(off )P溝道：VDS VGSVGS(th) ，VGS VGS(th)，假設成立。返回第二十九張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月3.4.2 小信號電路模型第三章 場效應管 FET管高頻小信號電路模型 當高頻應用、需計及管子極間電容影響時，應采用如下高頻等效電路模型。gmvgsrdsgdsidvgs-vds+-CdsCgdCgs柵源極間平板電容漏源極間電容（漏襯與源襯之間的勢壘電容）柵漏極間平板電容簡化的小信號等效電路第三十張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 場效應管gmvgsrdsgdsicvgs-vds+- rds為場效應管輸出電阻： 由于場效應

12、管IG0，所以輸入電阻rgs 。而三極管發(fā)射結正偏，故輸入電阻rbe較小。與三極管輸出電阻表達式 相似。rbercebceibic+-+vbevceib MOS管簡化小信號電路模型(與三極管對照) 返回gm的含義第三十一張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 場效應管FET跨導得 通常MOS管的跨導比三極管的跨導要小一個數(shù)量級以上，即MOS管放大能力比三極管弱。(MOSFET管）(JFET）返回第三十二張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第三章 場效應管3.5 場效應管電路的分析方法 場效應管電路分析方法與三極管電路分析方法相似，可以采用估算法分析電路直流工作點；采用小信號等效電路法分析電路動態(tài)指標。 場效應管估算法分析思路與三極管相同，只是由于兩種管子工作原理不同，從而使外部工作條件有明顯差異。因此用估算法分析場效應管電路時，一定要注意自身特點。 估算法第三十三張，PPT共三十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 MOS管截止模式判斷方法假定MOS管工作在放大模式：放大模式非飽和模式（需重新計算Q點）N溝道管：VGS VGS(th)截止條件 非飽和與飽和（放大）模式判斷方法a)由直流通路寫出管外電路VGS與ID之間關系式。c)聯(lián)立解上述方程，選出合理的一組解。d)判斷電路工作模式：若|VDS| |VGSVGS(th)| 若|VDS| |VGSVGS(th)| b)