MOS場效應(yīng)管 (2)課件

第三章

場效應(yīng)管模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1場效應(yīng)管是利用電場效應(yīng)來控制電流大小，與雙極型晶體管不同，它是多子導(dǎo)電，輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好、噪聲低。結(jié)型場效應(yīng)管JFET絕緣柵型場效應(yīng)管MOS場效應(yīng)管有兩種:引言：2§3.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管一、N溝道增強(qiáng)型PNNGSDP型基底兩個(gè)N區(qū)SiO2絕緣層導(dǎo)電溝道金屬鋁GSDN溝道增強(qiáng)型1、結(jié)構(gòu)和電路符號32、MOS管的工作原理PNNGSDUDSUGSUGS=0時(shí)D-S間總有一個(gè)反接的PN結(jié)ID=0對應(yīng)截止區(qū)5PNNGSDUDSUGSUGS>0時(shí)UGS足夠大時(shí)（UGS>VGS(Th)）感應(yīng)出足夠多電子，這里出現(xiàn)以電子導(dǎo)電為主的N型導(dǎo)電溝道。感應(yīng)出電子VT稱為閾值電壓6UGS較小時(shí)，導(dǎo)電溝道相當(dāng)于電阻將D-S連接起來，UGS越大此電阻越小。PNNGSDUDSUGS7PNNGSDUDSUGS夾斷后，即使UDS繼續(xù)增加，ID仍呈恒流特性。IDUDS增加，UGD=VGS(Th)時(shí)，靠近D端的溝道被夾斷，稱為予夾斷。9BVGS=constVDSiDVGS-VGS(TH)

預(yù)夾斷后，夾斷點(diǎn)向源極方向移動(dòng)，溝道的長度略有減小，相應(yīng)的溝道電阻略有減小，結(jié)果漏極電路稍有增大。103、增強(qiáng)型N溝道MOS管的特性曲線IDUDS0UGS>0輸出特性曲線非飽和區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)114、關(guān)于輸出特性曲線的進(jìn)一步討論非飽和區(qū)當(dāng)VDS很小時(shí)13飽和區(qū)ID(VGS）IDGSD14截止區(qū)和亞閾區(qū)當(dāng)工作在截止區(qū)時(shí)，即Vgs<VGS(th)時(shí)，溝道未形成，因而ID=0。實(shí)際上，Vgs<VGS(th)時(shí)，ID不會突變到零。不過其值很小(uA量級)，一般可忽略不計(jì)。但是在某些應(yīng)用場合，為了延長電池壽命，工作電流取得很小，管子進(jìn)入VGS(th)附近很小的區(qū)域內(nèi)(±100mV)。通常將這個(gè)工作區(qū)稱為亞閾區(qū)或弱反型層區(qū)，在這個(gè)工作區(qū)內(nèi)，ID與VGS之間服從指數(shù)規(guī)律變化，類似于晶體三極管。

15N溝道耗盡型PNNGSD予埋了導(dǎo)電溝道GSD二、N溝道耗盡型MOS管1、耗盡型MOS管17P溝道耗盡型NPPGSDGSD予埋了導(dǎo)電溝道182、特性曲線：耗盡型的MOS管UGS=0時(shí)就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓才能夾斷。轉(zhuǎn)移特性曲線0IDUGSVT19三、小信號模型21場效應(yīng)管舉例：例1：已知求：小信號模型的參數(shù)解：22場效應(yīng)管舉例：例2：如圖所示的電路，求漏極電流，已知解：舍去假定23S源極NPPG(柵極)D漏極N溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGSDGS25S源極PNNG(柵極)D漏極P溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGSDGS26二、工作原理（以N溝道為例）UDS=0V時(shí)NGSDUDS=0UGSNNPPIDPN結(jié)反偏，|UGS|越大則耗盡區(qū)越寬，導(dǎo)電溝道越窄。1、VDS=0，G、S加負(fù)電壓：27NGSDUDSUGS=0UGS=0且UDS>0時(shí)耗盡區(qū)的形狀PP越靠近漏端，PN結(jié)反壓越大ID2、VGS=0，D、S加正電壓：29NGSDUDSNNIDPPUGS越大耗盡區(qū)越寬，溝道越窄，電阻越大。但當(dāng)UGS較小時(shí)，耗盡區(qū)寬度有限，存在導(dǎo)電溝道。DS間相當(dāng)于線性電阻。3、G、S加負(fù)電壓，D、S加正電壓：UGS30NGSDUDSUGS<Vp且UDS較大時(shí)UGD<VP時(shí)耗盡區(qū)的形狀PP溝道中仍是電阻特性，但是是非線性電阻。IDUGS31NGSDUDSUGS<VpUGD=VP時(shí)PP漏端的溝道被夾斷，稱為予夾斷。UDS增大則被夾斷區(qū)向下延伸。IDUGS32NGSDUDSUGS<VpUGD=VP時(shí)PP此時(shí)，電流ID由未被夾斷區(qū)域中的載流子形成，基本不隨UDS的增加而增加，呈恒流特性。IDUGS33UGS0IDIDSSVP三、特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線一定UDS下的ID-UGS曲線34輸出特性曲線UDS0IDIDSSVP飽和漏極電流夾斷電壓某一VGS下35予夾斷曲線UGS=0V-2V-1V-3V-4V-5V可變電阻區(qū)夾斷區(qū)恒流區(qū)輸出特性曲線IDUDS036非飽和區(qū)：是VGS=0時(shí)，VGD=VGS(off)的漏極電流當(dāng)VDS很小時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)線性電阻37飽和區(qū)：截止區(qū)和擊穿區(qū)的特性與mos管的特性相同等效電路與mos的電路相同38P溝道結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線UGS0IDIDSSVP39輸出特性曲線P溝道結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線予夾斷曲線IDUDS2VUGS=0V1V3V4V5V可變電阻區(qū)夾斷區(qū)恒流區(qū)040四、主要參數(shù)：1、夾斷電壓VP：2、飽和漏極電流IDSS:3、直流輸入電阻RGS（DC）：柵壓除柵流4、低頻跨導(dǎo)gm:5、輸出電阻rd:6、最大漏極電流IDM:7、最大耗散功率PDM:8、擊穿電壓：V（BR）DS、V（BR）GS41結(jié)型場效應(yīng)管的缺點(diǎn)：1.柵源極間的電阻雖然可達(dá)107以上，但在某些場合仍嫌不夠高。3.柵源極間的PN結(jié)加正向電壓時(shí)，將出現(xiàn)較大的柵極電流。絕緣柵場效應(yīng)管可以很好地解決這些問題。2.在高溫下，PN結(jié)的反向電流增大，柵源極間的電阻會顯著下降。42三、各種FET的特性比較及使用注意事項(xiàng)：使用時(shí)：

1）一般D、S可以互換2）謹(jǐn)防擊穿與三極管比較：

1）場效應(yīng)管的D、G、D相當(dāng)于C、B、E2）場效應(yīng)管是電壓控制器件，柵流基本為0。3）場效應(yīng)管利用多子導(dǎo)電，故受外界影響小。4）場效應(yīng)管的D、S可互換43一、放大電路：

1、

電路的組成：

N溝道增強(qiáng)型MOS管處于恒流狀態(tài)的條件是:vDS>vGS-vGS(th)。因此直流電源的設(shè)置要滿足這個(gè)要求。同時(shí)由于場效應(yīng)管是由G—S間的電壓來控制iD的，因此輸入信號要能控制vGS達(dá)到放大的目的。根據(jù)上述想法就組成了共源放大電路如圖所示?？梢钥吹剿c晶體管共射放大電路完全是對應(yīng)，VGG的作用是確定靜態(tài)工作點(diǎn)。

第三節(jié)、場效應(yīng)管的應(yīng)用原理：442、靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算

計(jì)算電路的靜態(tài)工作點(diǎn)要先作出原電路的直流通路，如圖所示。由于柵源之間是絕緣的，故iG=0，所以VGSQ=VGG利用特性方程可求iD:也可以用圖解法在漏極特性中作負(fù)載線vDS=VDD-iDRD與vGS=VGG的曲線相交于Q點(diǎn)。從而定出IDQ和VDSQ。45輸入電阻Ri很大，近似為柵源間的電阻（>1010Ω），輸出電阻Ro≈RD共源放大電路與共射電路形式相似，只是電路的輸入電阻要比共射電路的大得多，故在高輸入電阻得場合常用場效應(yīng)管放大電路。

畫電路的交流等效電路如右圖，這里采用的是MOS管的簡化模型，可得：3、交流性能的計(jì)算46二、有源電阻漏源短接時(shí)，視為有源電阻47直流電阻：交流電阻:48聯(lián)立求解：調(diào)節(jié)兩管的寬長比，可以得到所要得電壓49三、開關(guān)輸