絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管課件

1、2.5.1 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管2.5.2 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管2.5 場(chǎng)效應(yīng)管及其基本放大電路2.5.3 場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)、特點(diǎn)及使用注意2.5.4 其它類(lèi)型場(chǎng)效應(yīng)管2.5.5 FET的偏置電路及靜態(tài)分析2.5.6 FET放大電路的小信號(hào)模型分析法2.5.1 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管2.5.2 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管2.5引 言場(chǎng)效應(yīng)管 FET (Field Effect Transistor)類(lèi)型：結(jié)型 JFET (Junction Field Effect Transistor)絕緣柵型 IGFET(Insulated Gate FET)特點(diǎn)：1. 單極性器件(一種載流子導(dǎo)電)3. 工藝簡(jiǎn)單、易集成、功耗小、體積小、成本低

2、2. 輸入電阻高(107 1015 ，IGFET 可高達(dá) 1015 )引 言場(chǎng)效應(yīng)管 FET (Field Effect Tr2.5.1 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管一、N溝道增強(qiáng)型 MOSFET (Mental Oxide Semi FET)1. 結(jié)構(gòu)與符號(hào)P 型襯底(摻雜濃度低)N+N+用擴(kuò)散的方法制作兩個(gè) N 區(qū)在硅片表面生一層薄 SiO2 絕緣層s d用金屬鋁引出源極 s 和漏極 dg在絕緣層上噴金屬鋁引出柵極 gB耗盡層s 源極 sourceg 柵極 gate d 漏極 drainsgdB2.5.1 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管一、N溝道增強(qiáng)型 MOSFET1.2. 工作原理1)uGS 對(duì)導(dǎo)電溝道的影響 (uD

3、S = 0)a. 當(dāng) UGS = 0 ，ds 間為兩個(gè)背對(duì)背的 PN 結(jié)；b. 當(dāng) 0 UGS UGS(th)ds 間的電位差使溝道呈楔形，uDS，靠近漏極端的溝道厚度變薄。預(yù)夾斷(UGD = UGS(th)：漏極附近反型層消失。預(yù)夾斷發(fā)生之前： uDS iD。預(yù)夾斷發(fā)生之后：uDS iD 不變。MOS工作原理2) uDS 對(duì) iD的影響(uGS UGS(th)3. 轉(zhuǎn)移特性曲線2 4 64321uGS /ViD /mAUDS = 10 VUGS (th)當(dāng) uGS UGS(th) 時(shí)：uGS = 2UGS(th) 時(shí)的 iD 值4. 輸出特性曲線可變電阻區(qū)uDS 0 此時(shí) uGD = UGS

4、(off)； 溝道楔型耗盡層剛相碰時(shí)稱(chēng)預(yù)夾斷。預(yù)夾斷當(dāng) uDS ，預(yù)夾斷點(diǎn)下移。3. 轉(zhuǎn)移特性和輸出特性UGS(off)當(dāng) UGS(off) uGS 0 時(shí),uGSiDIDSSuDSiDuGS = 3 V 2 V 1 V0 V 3 VJFET工作原理OO2. 工作原理uGS 0，uDS 0 此時(shí) uGDN 溝道增強(qiáng)型sgdBiDP 溝道增強(qiáng)型sgdBiD2 2 OuGS /ViD /mAUGS(th)O uDS /ViD /mA 2 V 4 V 6 V 8 VuGS = 8 V6 V4 V2 VsgdBiDN 溝道耗盡型iDsgdBP 溝道耗盡型UGS(off)IDSSuGS /ViD /mA

5、 5 O5O uDS /ViD /mA5 V2 V0 V2 VuGS = 2 V0 V 2 V 5 VN 溝道結(jié)型sgdiDsgdiDP 溝道結(jié)型uGS /ViD /mA5 5 OIDSSUGS(off)O uDS /ViD /mA5 V2 V0 VuGS = 0 V 2 V 5 V各種FET 符號(hào)、特性的比較N 溝道增強(qiáng)型sgdBiDP 溝道增強(qiáng)型sgdBiD2 2.5.3 場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)、特點(diǎn)及注意事項(xiàng)1. 開(kāi)啟電壓 UGS(th)(增強(qiáng)型) 夾斷電壓 UGS(off)(耗盡型)指 uDS = 某值，使漏極電流 iD 為某一小電流時(shí)的 uGS 值。UGS(th)UGS(off)2. 飽

6、和漏極電流 IDSS耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管，當(dāng) uGS = 0 時(shí)所對(duì)應(yīng)的漏極電流。3. 直流輸入電阻 RGS指漏源間短路時(shí)，柵、源間加反向電壓呈現(xiàn)的直流電阻。JFET：RGS 107 MOSFET：RGS = 109 1015IDSSuGS /ViD /mAO一、場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)2.5.3 場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)、特點(diǎn)及注意事項(xiàng)1. 開(kāi)啟電壓4. 低頻跨導(dǎo) gm 反映了uGS 對(duì) iD 的控制能力，單位 S(西門(mén)子)。常用毫西 (mS，mA/V)。uGS /ViD /mAQPDM = uDS iD，受管子最高工作溫度限制。5. 最大漏極電流 IDM6. 最大漏極功耗 PDMO為管子工作時(shí)允許的最大漏極

7、電流。7. 漏源擊穿電壓 U（BR）DS ：漏源間能承受的最大電壓。8. 柵源擊穿電壓 U（BR）GS ：柵源間能承受的最大電壓。4. 低頻跨導(dǎo) gm 反映了uGS 對(duì) iD 的控制能力，u二、場(chǎng)效應(yīng)管的主要特點(diǎn)及使用注意事項(xiàng) 特點(diǎn)：FET為電壓控制型器件，柵極基本無(wú)電流，輸入電阻高，常用做高輸入阻抗輸入級(jí)。多 子導(dǎo)電，受溫度、輻射等外界因素影響小。噪聲比BJT小（尤其是JFET） 。MOS管制造工藝簡(jiǎn)單，體積小，功耗小，易集成。二、場(chǎng)效應(yīng)管的主要特點(diǎn)及使用注意事項(xiàng) 特點(diǎn)：使用注意事項(xiàng)：MOS管襯底與源極通常接在一起。若需分開(kāi)，襯源間電壓須反偏（NMOS uGS 0 ）。MOS管輸入電阻極高，

8、使柵極感應(yīng)電荷產(chǎn)生高壓造成管子擊穿。為避免柵極懸空及減少感應(yīng)，儲(chǔ)存時(shí)應(yīng)將三個(gè)極短路；焊接時(shí)，用鑷子短路三個(gè)極，并將電烙鐵斷電后焊接；不能用萬(wàn)用表檢測(cè)，只能接入測(cè)試儀后再去掉短路線測(cè)試，取下前也應(yīng)先短路。JFET可在柵源極開(kāi)路情況下儲(chǔ)存 和用萬(wàn)用表檢測(cè)。MOS管柵極過(guò)壓保護(hù)電路 使用注意事項(xiàng)：MOS管柵極過(guò)壓保護(hù)電路 2.5.4 其它類(lèi)型場(chǎng)效應(yīng)管*一、砷化鎵金屬 半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管 MESFET(Mental Semiconductor FET)材料: GaAs符號(hào):dgs特點(diǎn):為耗盡型器件，一般只制成N溝道，特性與JFET相似。開(kāi)關(guān)時(shí)間特別短，導(dǎo)通電壓很小。用途:微波電路，高頻放大電路，和高速數(shù)字

9、邏輯電路。2.5.4 其它類(lèi)型場(chǎng)效應(yīng)管*一、砷化鎵金屬 半導(dǎo)體場(chǎng)二、VMOS 場(chǎng)效應(yīng)管因工藝上利用光刻沿垂直方向刻出一個(gè) V 型槽而得名。特點(diǎn):為大功率管，耐壓可達(dá)1000 V以上，最大連續(xù)電流高達(dá)200 A。非線性失真小、噪聲較低、溫度穩(wěn)定性較高、輸入電阻高、驅(qū)動(dòng)功率小。極間電容小，工作頻率高，用于高頻電路或開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源。二、VMOS 場(chǎng)效應(yīng)管因工藝上利用光刻沿垂直方向刻出一個(gè) V2.5.5 FET的偏置電路及靜態(tài)分析+VDDRdC2CS+uoC1+uiRgRsgsd 1. 工作原理一、 自偏壓電路柵極電阻 Rg 的作用：(1)為柵偏壓提供通路(2)瀉放柵極積累電荷源極電阻 Rs 的作用：

10、提供負(fù)柵偏壓漏極電阻 Rd 的作用：把 iD 的變化變?yōu)?uDS 的變化uGS = uG uS = iDRs 2. 靜態(tài)工作點(diǎn)的估算UGS = IDRsUDS = VDD ID（ Rs+Rd）2.5.5 FET的偏置電路及靜態(tài)分析+VDDRdC2CS二、分壓式自偏壓電路調(diào)整電阻的大小，可獲得：UGS 0UGS = 0UGS 0U2.5.6 FET放大電路的小信號(hào)模型分析法一、FET 的簡(jiǎn)化小信號(hào)模型從輸入回路看，iG 0，故認(rèn)為 g 、s 極間開(kāi)路；從輸出回路看，漏極電流受柵、源電壓控制，有：對(duì)于正弦量：小信號(hào)模型sIdgmUgs+Ugs+Udsgd2.5.6 FET放大電路的小信號(hào)模型分析法一、FET 的二、用小信號(hào)模型分析 FET 共源極放大電路RL+VDDRdC2Cs+uoC1+uiRg2RsgsdRg1Rg3RLRD+Uo+UiRg2gsdRg3Rg1+UgsgmUgsIdIiRS有 CS 時(shí)：無(wú) CS