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1、单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2.3 单极型半导体三极管及其电路分析,了解场效应管的构造，理解其工作原理，把握各,类场效应管的符号。,把握场效应管的伏安特性、工作特点与主要参数。,理解场效应管放大电路的分析方法。,主要要求,第2章 半导体三极管及其电路分析,第2章 半导体三极管及其电路分析,场效应管 FET,(,Field Effect Transistor,),
2、优点：,噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、工艺简单、,功耗小、宜大规模集成。,1.输入阻抗高,(,10,7,10,15,，IGFET 可高达 10,15,),类,型,金属氧化物半导体型（,MOSFET,即,M,etal,O,xide,S,emiconductor type,F,ield,E,ffect,T,ransistor）,结型（,JFET即,(,J,unction,F,ield,E,ffect,T,ransistor),N沟道,P沟道,N沟道,P沟道,增强型,耗尽型,增强型,耗尽型,第2章 半导体三极管及其电路分析,2.3.1 MOS场效应管的构造、工作原理及伏安特性,一、N 沟道增加型
3、 MOSFET简称NEMOS管,1.构造与符号,P,型衬底,(掺杂浓度低),N,+,N,+,用集中的方法,制作两个 N 区,在硅片外表生一层薄 SiO2 绝缘层,S D,用金属铝引出,源极 S 和漏极 D,G,在绝缘层上喷金属铝引出栅极 G,B,耗尽层,S,G,D,B,引出衬底引线B,动画：NMOSFET构造,1)uGS 对导电沟道的影响,a.,当,u,GS,=0,，DS 间为两个背对背的 PN 结,无导电沟道。,b.,当 0 u,GS,UGS(th),DS 间的电位差使沟道呈楔形，,u,DS,，靠近漏极端的沟道厚度变薄。,预夹断(UGD=UGS(th)：漏极四周反型层消逝。,预夹断发生之前：
4、,u,DS,i,D,。,预夹断发生之后：,u,DS,i,D,不变。,第2章 半导体三极管及其电路分析,动画：,NMOSFET工作原理,第2章 半导体三极管及其电路分析,3.伏安特性,1)输出特性,可变电阻区非饱和区,u,DS,0,此时,u,GD,=,U,GS,(,off,),；,沟道楔型,耗尽层刚相碰时称,预夹断。,预夹断,当,u,DS,，,预夹断,点,下移。,3.转移特性和输出特性,U,GS,(,off,),当,工作于放大区 时,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 半导体三极管及其电路分析,第2章 半导体三极管
5、及其电路分析,第2章 半导体三极管及其电路分析,第2章 半导体三极管及其电路分析,2.3.3 场效应管的主要参数,开启电压 UGS(th)(增加型),夹断电压 UGS(off)(耗尽型),指,u,DS,=某值，使漏极电流,i,D,为某一小电流时的,u,GS,值。,U,GS,(,th,),U,GS,(,off,),2.,饱和漏极电流,I,DSS,耗尽型场效应管在,u,GS,=0 时所对应的饱和漏极电流。,3.,直流输入电阻,R,GS,指漏源间短路时，栅、源间加反向电压呈现的直流电阻。,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 半导体三极管及其电路分析,4.,低频跨导,g,m,反映了uGS 对 iD 的掌握力量，,单位 S(西门子)。一般为几毫西(mS),u,GS,/V,i,D,/mA,Q,O,耗尽型管放大工作时,增强型管放大工作时,I,DO,是,u,GS,=2,U,GS,(,th,),时的,i,D,值,第2章 半导体三极管及其电路分析,指漏源间能承受的最大电压，当,u,DS,值超过,U,(BR)DS,值时，栅漏间发生击穿,。,5.,漏源动态电阻,r,ds,6.,漏源击穿电压,U,(BR)DS,饱和区时r,ds,一般为几十k,几百,k,P,D,=,u,DS,i,D,，受温度限制。,8.最大漏
7、极功耗,P,DM,指栅源间所能承受的最大反向电压，,u,GS,值超过此值时，栅源间发生击穿。,7.,栅源击穿电压,U,(BR)GS,指允许耗散在管子上的最大功率,例 有四种场效应管，其输出特性或饱和区转移特性分别,以下图所示，试推断它们各为何种类型的管子？对增加型管，,求开启电压UGS(th)；对耗尽型管，求夹断电压UGS(off),和饱和漏极电流IDSS。,第2章 半导体三极管及其电路分析,例 有四种场效应管，其输出特性或饱和区转移特性分别,以下图所示，试推断它们各为何种类型的管子？对增加型管，,求开启电压UGS(th)；对耗尽型管，求夹断电压UGS(off),和饱和漏极电流IDSS。,解：
8、,图a为输出特性曲线，,uGS为正、负、零都可以，而,uDS为正，故为N沟道DMOS管。,由于uGS=-4V时，iD0，故,UGS(off)=-4V。由于uGS0时，,iD的饱和值为2mA，故,IDSS2mA。,第2章 半导体三极管及其电路分析,例 有四种场效应管，其输出特性或饱和区转移特性分别,以下图所示，试推断它们各为何种类型的管子？对增加型管，,求开启电压UGS(th)；对耗尽型管，求夹断电压UGS(off),和饱和漏极电流IDSS。,图b也为输出特性曲线，uGS为负值，uDS也为负值，故为P沟道EMOS管。由于uGS=-2V时，iD0，故UGS(th)=-4V。,第2章 半导体三极管及
9、其电路分析,例 有四种场效应管，其输出特性或饱和区转移特性分别,以下图所示，试推断它们各为何种类型的管子？对增加型管，,求开启电压UGS(th)；对耗尽型管，求夹断电压UGS(off),和饱和漏极电流IDSS。,图c为饱和区转移特性曲线，uGS为零或负值，故为N沟道结型场效应管。由于uGS=-4V时，iD0，故UGS(off)=-4V。由于uGS0时，iD4mA，故IDSS4mA。,第2章 半导体三极管及其电路分析,例 有四种场效应管，其输出特性或饱和区转移特性分别,以下图所示，试推断它们各为何种类型的管子？对增加型管，,求开启电压UGS(th)；对耗尽型管，求夹断电压UGS(off),和饱和
10、漏极电流IDSS。,图d也为饱和区转移特性曲线，uGS为正、负、零都可以，但UGS(off)=-4V，即UGS(off)为负值，故为N沟道DMOS管。IDSS2mA。,第2章 半导体三极管及其电路分析,作业：P83-85,2.11(c)(d)2.11(b)(d),第2章 半导体三极管及其电路分析,2.3.4 场效应管根本应用电路及其分析方法,根本应用：放大电路、电流源电路、压控电阻、开关电路,三极管放大电路,组成原则：有适宜的静态工作点，使场效应管工作在,放大状态;有合理的沟通通路，使信号能,被顺当传输并放大。,分析方法：通常用公式法计算Q点，用小信号模型法,进展动态分析。,也可用图解法。,第
11、2章 半导体三极管及其电路分析,场效应管的小信号模型,小信号模型,简化小信号模型,u,DS,/V,i,D,/mA,u,GS,=4 V,2 V,0 V,2 V,O,第2章 半导体三极管及其电路分析,例 以下图中，RG=1M，RS=2k，RD=12k，VDD=20V。场效应,管的IDSS=4mA，UGS(off)=-4V，求UGSQ、IDQ和UDSQ。,解：,设场效应管放大工作，则由电路可列出,代入元件参数，求解方程组得两个解分别为I,DQ,=4mA和I,DQ,1mA。,由I,DQ,=4mA，得U,GSQ,=-4mA2k=-8V，其值已小于U,GS(off),，对,应的I,DQ,应为零，故不合理，
12、应舍弃。方程解应为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,故上述假设正确，计算结果有效，即,U,GSQ,=-2V，,I,DQ,1mA，,U,DSQ,=6V,第2章 半导体三极管及其电路分析,例 图示场效应管放大电路中，us=20sint(mV)，场效应管的IDSS=4mA，UGS(off)=-4V，电容CS很大，对沟通信号可视为短路，试求沟通输出电压uo的表达式。,解：1求 IDQ、gm,该电路的直流通路及其参数与例中一
13、样，故 IDQ1mA,由耗尽型场效应管g,m,公式得,2画出放大电路的沟通通路和小信号等效电路,第2章 半导体三极管及其电路分析,3 求uo,u,o,=-,g,m,u,gs,R,D,=-,g,m,u,s,R,D,=,作业：,P84 2.14,场效应管是利用栅漏电压转变导电沟道的宽窄来实现对,漏极电流掌握的，由于输入电流微小，故称为电压掌握电流,型器件，而双极型三极管则称为电流掌握型器件。与双极型,三极管相比，场效应管具有输入阻抗特别高、噪声低、热稳,定性好、抗辐射力量强等优点，而且特殊适宜大规模集成。,场效应管有耗尽型和增加型之分，耗尽型存在原始导电沟,道，而增加型只有在栅源电压确定值大于开启电压确定值,后，才会形成导电沟道。各类场效应管均有N沟道和P 沟道之,分，故共有六种类型场效应管。请留意比较它们的符号、伏,安特性和工作电压极性要求。,结论,第2章 半导体三极管及其电路分析,第2章 半导体三极管及其电路分析,当场效应管工作于饱和区时，对于耗尽型管有,对于增强型管有,I,DO,是,u,GS,=2,U,GS,(,th,),时的,i,D,值,
单极型半导体三极管及其电路分析概要
