單極型半導(dǎo)體三極管及其電路分析概要

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,2.3 單極型半導(dǎo)體三極管及其電路分析,了解場(chǎng)效應(yīng)管的構(gòu)造，理解其工作原理，把握各,類場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)。,把握?qǐng)鲂?yīng)管的伏安特性、工作特點(diǎn)與主要參數(shù)。,理解場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的分析方法。,主要要求,第2章 半導(dǎo)體三極管及其電路分析,第2章 半導(dǎo)體三極管及其電路分析,場(chǎng)效應(yīng)管 FET,(,Field Effect Transistor,),

2、優(yōu)點(diǎn)：,噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、工藝簡(jiǎn)單、,功耗小、宜大規(guī)模集成。,1.輸入阻抗高,(,10,7,10,15,，IGFET 可高達(dá) 10,15,),類,型,金屬氧化物半導(dǎo)體型（,MOSFET,即,M,etal,O,xide,S,emiconductor type,F,ield,E,ffect,T,ransistor）,結(jié)型（,JFET即,(,J,unction,F,ield,E,ffect,T,ransistor),N溝道,P溝道,N溝道,P溝道,增強(qiáng)型,耗盡型,增強(qiáng)型,耗盡型,第2章 半導(dǎo)體三極管及其電路分析,2.3.1 MOS場(chǎng)效應(yīng)管的構(gòu)造、工作原理及伏安特性,一、N 溝道增加型

3、 MOSFET簡(jiǎn)稱NEMOS管,1.構(gòu)造與符號(hào),P,型襯底,(摻雜濃度低),N,+,N,+,用集中的方法,制作兩個(gè) N 區(qū),在硅片外表生一層薄 SiO2 絕緣層,S D,用金屬鋁引出,源極 S 和漏極 D,G,在絕緣層上噴金屬鋁引出柵極 G,B,耗盡層,S,G,D,B,引出襯底引線B,動(dòng)畫(huà)：NMOSFET構(gòu)造,1)uGS 對(duì)導(dǎo)電溝道的影響,a.,當(dāng),u,GS,=0,，DS 間為兩個(gè)背對(duì)背的 PN 結(jié),無(wú)導(dǎo)電溝道。,b.,當(dāng) 0 u,GS,UGS(th),DS 間的電位差使溝道呈楔形，,u,DS,，靠近漏極端的溝道厚度變薄。,預(yù)夾斷(UGD=UGS(th)：漏極四周反型層消逝。,預(yù)夾斷發(fā)生之前：

4、,u,DS,i,D,。,預(yù)夾斷發(fā)生之后：,u,DS,i,D,不變。,第2章 半導(dǎo)體三極管及其電路分析,動(dòng)畫(huà)：,NMOSFET工作原理,第2章 半導(dǎo)體三極管及其電路分析,3.伏安特性,1)輸出特性,可變電阻區(qū)非飽和區(qū),u,DS,0,此時(shí),u,GD,=,U,GS,(,off,),；,溝道楔型,耗盡層剛相碰時(shí)稱,預(yù)夾斷。,預(yù)夾斷,當(dāng),u,DS,，,預(yù)夾斷,點(diǎn),下移。,3.轉(zhuǎn)移特性和輸出特性,U,GS,(,off,),當(dāng),工作于放大區(qū) 時(shí),u,GS,i,D,I,DSS,u,DS,i,D,u,GS,=,3 V,2 V,1 V,0 V,3 V,O,O,第2章 半導(dǎo)體三極管及其電路分析,第2章 半導(dǎo)體三極管

5、及其電路分析,第2章 半導(dǎo)體三極管及其電路分析,第2章 半導(dǎo)體三極管及其電路分析,2.3.3 場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù),開(kāi)啟電壓 UGS(th)(增加型),夾斷電壓 UGS(off)(耗盡型),指,u,DS,=某值，使漏極電流,i,D,為某一小電流時(shí)的,u,GS,值。,U,GS,(,th,),U,GS,(,off,),2.,飽和漏極電流,I,DSS,耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管在,u,GS,=0 時(shí)所對(duì)應(yīng)的飽和漏極電流。,3.,直流輸入電阻,R,GS,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：,R,GS,10,7,MOSFET：,R,GS,=10,9,10,15,I,DSS,u,GS,/V,i

6、,D,/mA,O,第2章 半導(dǎo)體三極管及其電路分析,4.,低頻跨導(dǎo),g,m,反映了uGS 對(duì) iD 的掌握力量，,單位 S(西門(mén)子)。一般為幾毫西(mS),u,GS,/V,i,D,/mA,Q,O,耗盡型管放大工作時(shí),增強(qiáng)型管放大工作時(shí),I,DO,是,u,GS,=2,U,GS,(,th,),時(shí)的,i,D,值,第2章 半導(dǎo)體三極管及其電路分析,指漏源間能承受的最大電壓，當(dāng),u,DS,值超過(guò),U,(BR)DS,值時(shí)，柵漏間發(fā)生擊穿,。,5.,漏源動(dòng)態(tài)電阻,r,ds,6.,漏源擊穿電壓,U,(BR)DS,飽和區(qū)時(shí)r,ds,一般為幾十k,幾百,k,P,D,=,u,DS,i,D,，受溫度限制。,8.最大漏

7、極功耗,P,DM,指柵源間所能承受的最大反向電壓，,u,GS,值超過(guò)此值時(shí)，柵源間發(fā)生擊穿。,7.,柵源擊穿電壓,U,(BR)GS,指允許耗散在管子上的最大功率,例 有四種場(chǎng)效應(yīng)管，其輸出特性或飽和區(qū)轉(zhuǎn)移特性分別,以下圖所示，試推斷它們各為何種類型的管子？對(duì)增加型管，,求開(kāi)啟電壓UGS(th)；對(duì)耗盡型管，求夾斷電壓UGS(off),和飽和漏極電流IDSS。,第2章 半導(dǎo)體三極管及其電路分析,例 有四種場(chǎng)效應(yīng)管，其輸出特性或飽和區(qū)轉(zhuǎn)移特性分別,以下圖所示，試推斷它們各為何種類型的管子？對(duì)增加型管，,求開(kāi)啟電壓UGS(th)；對(duì)耗盡型管，求夾斷電壓UGS(off),和飽和漏極電流IDSS。,解：

8、,圖a為輸出特性曲線，,uGS為正、負(fù)、零都可以，而,uDS為正，故為N溝道DMOS管。,由于uGS=-4V時(shí)，iD0，故,UGS(off)=-4V。由于uGS0時(shí)，,iD的飽和值為2mA，故,IDSS2mA。,第2章 半導(dǎo)體三極管及其電路分析,例 有四種場(chǎng)效應(yīng)管，其輸出特性或飽和區(qū)轉(zhuǎn)移特性分別,以下圖所示，試推斷它們各為何種類型的管子？對(duì)增加型管，,求開(kāi)啟電壓UGS(th)；對(duì)耗盡型管，求夾斷電壓UGS(off),和飽和漏極電流IDSS。,圖b也為輸出特性曲線，uGS為負(fù)值，uDS也為負(fù)值，故為P溝道EMOS管。由于uGS=-2V時(shí)，iD0，故UGS(th)=-4V。,第2章 半導(dǎo)體三極管及

9、其電路分析,例 有四種場(chǎng)效應(yīng)管，其輸出特性或飽和區(qū)轉(zhuǎn)移特性分別,以下圖所示，試推斷它們各為何種類型的管子？對(duì)增加型管，,求開(kāi)啟電壓UGS(th)；對(duì)耗盡型管，求夾斷電壓UGS(off),和飽和漏極電流IDSS。,圖c為飽和區(qū)轉(zhuǎn)移特性曲線，uGS為零或負(fù)值，故為N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管。由于uGS=-4V時(shí)，iD0，故UGS(off)=-4V。由于uGS0時(shí)，iD4mA，故IDSS4mA。,第2章 半導(dǎo)體三極管及其電路分析,例 有四種場(chǎng)效應(yīng)管，其輸出特性或飽和區(qū)轉(zhuǎn)移特性分別,以下圖所示，試推斷它們各為何種類型的管子？對(duì)增加型管，,求開(kāi)啟電壓UGS(th)；對(duì)耗盡型管，求夾斷電壓UGS(off),和飽和

10、漏極電流IDSS。,圖d也為飽和區(qū)轉(zhuǎn)移特性曲線，uGS為正、負(fù)、零都可以，但UGS(off)=-4V，即UGS(off)為負(fù)值，故為N溝道DMOS管。IDSS2mA。,第2章 半導(dǎo)體三極管及其電路分析,作業(yè)：P83-85,2.11(c)(d)2.11(b)(d),第2章 半導(dǎo)體三極管及其電路分析,2.3.4 場(chǎng)效應(yīng)管根本應(yīng)用電路及其分析方法,根本應(yīng)用：放大電路、電流源電路、壓控電阻、開(kāi)關(guān)電路,三極管放大電路,組成原則：有適宜的靜態(tài)工作點(diǎn)，使場(chǎng)效應(yīng)管工作在,放大狀態(tài);有合理的溝通通路，使信號(hào)能,被順當(dāng)傳輸并放大。,分析方法：通常用公式法計(jì)算Q點(diǎn)，用小信號(hào)模型法,進(jìn)展動(dòng)態(tài)分析。,也可用圖解法。,第

11、2章 半導(dǎo)體三極管及其電路分析,場(chǎng)效應(yīng)管的小信號(hào)模型,小信號(hào)模型,簡(jiǎn)化小信號(hào)模型,u,DS,/V,i,D,/mA,u,GS,=4 V,2 V,0 V,2 V,O,第2章 半導(dǎo)體三極管及其電路分析,例 以下圖中，RG=1M，RS=2k，RD=12k，VDD=20V。場(chǎng)效應(yīng),管的IDSS=4mA，UGS(off)=-4V，求UGSQ、IDQ和UDSQ。,解：,設(shè)場(chǎng)效應(yīng)管放大工作，則由電路可列出,代入元件參數(shù)，求解方程組得兩個(gè)解分別為I,DQ,=4mA和I,DQ,1mA。,由I,DQ,=4mA，得U,GSQ,=-4mA2k=-8V，其值已小于U,GS(off),，對(duì),應(yīng)的I,DQ,應(yīng)為零，故不合理，

12、應(yīng)舍棄。方程解應(yīng)為I,DQ,1mA，由此可求得,UGSQ=-12V=-2V,UDSQ=20-1(12+2)V=6V,由于 U,GSQ,U,GS(off),=-4V U,DSQ,U,GSQ,-U,GS(off),=-2V+4V =2V,故上述假設(shè)正確，計(jì)算結(jié)果有效，即,U,GSQ,=-2V，,I,DQ,1mA，,U,DSQ,=6V,第2章 半導(dǎo)體三極管及其電路分析,例 圖示場(chǎng)效應(yīng)管放大電路中，us=20sint(mV)，場(chǎng)效應(yīng)管的IDSS=4mA，UGS(off)=-4V，電容CS很大，對(duì)溝通信號(hào)可視為短路，試求溝通輸出電壓uo的表達(dá)式。,解：1求 IDQ、gm,該電路的直流通路及其參數(shù)與例中一

13、樣，故 IDQ1mA,由耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管g,m,公式得,2畫(huà)出放大電路的溝通通路和小信號(hào)等效電路,第2章 半導(dǎo)體三極管及其電路分析,3 求uo,u,o,=-,g,m,u,gs,R,D,=-,g,m,u,s,R,D,=,作業(yè)：,P84 2.14,場(chǎng)效應(yīng)管是利用柵漏電壓轉(zhuǎn)變導(dǎo)電溝道的寬窄來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì),漏極電流掌握的，由于輸入電流微小，故稱為電壓掌握電流,型器件，而雙極型三極管則稱為電流掌握型器件。與雙極型,三極管相比，場(chǎng)效應(yīng)管具有輸入阻抗特別高、噪聲低、熱穩(wěn),定性好、抗輻射力量強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且特殊適宜大規(guī)模集成。,場(chǎng)效應(yīng)管有耗盡型和增加型之分，耗盡型存在原始導(dǎo)電溝,道，而增加型只有在柵源電壓確定值大于開(kāi)啟電壓確定值,后，才會(huì)形成導(dǎo)電溝道。各類場(chǎng)效應(yīng)管均有N溝道和P 溝道之,分，故共有六種類型場(chǎng)效應(yīng)管。請(qǐng)留意比較它們的符號(hào)、伏,安特性和工作電壓極性要求。,結(jié)論,第2章 半導(dǎo)體三極管及其電路分析,第2章 半導(dǎo)體三極管及其電路分析,當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)管工作于飽和區(qū)時(shí)，對(duì)于耗盡型管有,對(duì)于增強(qiáng)型管有,I,DO,是,u,GS,=2,U,GS,(,th,),時(shí)的,i,D,值,