《單極型半導體三極管及其電路分析概要》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《單極型半導體三極管及其電路分析概要（29頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。
1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,2.3 單極型半導體三極管及其電路分析,了解場效應管的構造，理解其工作原理，把握各,類場效應管的符號。,把握場效應管的伏安特性、工作特點與主要參數。,理解場效應管放大電路的分析方法。,主要要求,第2章 半導體三極管及其電路分析,第2章 半導體三極管及其電路分析,場效應管 FET,(,Field Effect Transistor,),
2、優點：,噪聲低、熱穩定性好、抗輻射能力強、工藝簡單、,功耗小、宜大規模集成。,1.輸入阻抗高,(,10,7,10,15,，IGFET 可高達 10,15,),類,型,金屬氧化物半導體型（,MOSFET,即,M,etal,O,xide,S,emiconductor type,F,ield,E,ffect,T,ransistor）,結型（,JFET即,(,J,unction,F,ield,E,ffect,T,ransistor),N溝道,P溝道,N溝道,P溝道,增強型,耗盡型,增強型,耗盡型,第2章 半導體三極管及其電路分析,2.3.1 MOS場效應管的構造、工作原理及伏安特性,一、N 溝道增加型
3、 MOSFET簡稱NEMOS管,1.構造與符號,P,型襯底,(摻雜濃度低),N,+,N,+,用集中的方法,制作兩個 N 區,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,動畫：NMOSFET構造,1)uGS 對導電溝道的影響,a.,當,u,GS,=0,，DS 間為兩個背對背的 PN 結,無導電溝道。,b.,當 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。,預夾斷(UGD=UGS(th)：漏極四周反型層消逝。,預夾斷發生之前：
4、,u,DS,i,D,。,預夾斷發生之后：,u,DS,i,D,不變。,第2章 半導體三極管及其電路分析,動畫：,NMOSFET工作原理,第2章 半導體三極管及其電路分析,3.伏安特性,1)輸出特性,可變電阻區非飽和區,u,DS,0,此時,u,GD,=,U,GS,(,off,),；,溝道楔型,耗盡層剛相碰時稱,預夾斷。,預夾斷,當,u,DS,，,預夾斷,點,下移。,3.轉移特性和輸出特性,U,GS,(,off,),當,工作于放大區 時,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 半導體三極管及其電路分析,第2章 半導體三極管
5、及其電路分析,第2章 半導體三極管及其電路分析,第2章 半導體三極管及其電路分析,2.3.3 場效應管的主要參數,開啟電壓 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,為某一小電流時的,u,GS,值。,U,GS,(,th,),U,GS,(,off,),2.,飽和漏極電流,I,DSS,耗盡型場效應管在,u,GS,=0 時所對應的飽和漏極電流。,3.,直流輸入電阻,R,GS,指漏源間短路時，柵、源間加反向電壓呈現的直流電阻。,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 半導體三極管及其電路分析,4.,低頻跨導,g,m,反映了uGS 對 iD 的掌握力量，,單位 S(西門子)。一般為幾毫西(mS),u,GS,/V,i,D,/mA,Q,O,耗盡型管放大工作時,增強型管放大工作時,I,DO,是,u,GS,=2,U,GS,(,th,),時的,i,D,值,第2章 半導體三極管及其電路分析,指漏源間能承受的最大電壓，當,u,DS,值超過,U,(BR)DS,值時，柵漏間發生擊穿,。,5.,漏源動態電阻,r,ds,6.,漏源擊穿電壓,U,(BR)DS,飽和區時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,值超過此值時，柵源間發生擊穿。,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 有四種場效應管，其輸出特性或飽和區轉移特性分別,以下圖所示，試推斷它們各為何種類型的管子？對增加型管，,求開啟電壓UGS(th)；對耗盡型管，求夾斷電壓UGS(off),和飽和漏極電流IDSS。,第2章 半導體三極管及其電路分析,例 有四種場效應管，其輸出特性或飽和區轉移特性分別,以下圖所示，試推斷它們各為何種類型的管子？對增加型管，,求開啟電壓UGS(th)；對耗盡型管，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、零都可以，而,uDS為正，故為N溝道DMOS管。,由于uGS=-4V時，iD0，故,UGS(off)=-4V。由于uGS0時，,iD的飽和值為2mA，故,IDSS2mA。,第2章 半導體三極管及其電路分析,例 有四種場效應管，其輸出特性或飽和區轉移特性分別,以下圖所示，試推斷它們各為何種類型的管子？對增加型管，,求開啟電壓UGS(th)；對耗盡型管，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為負值，uDS也為負值，故為P溝道EMOS管。由于uGS=-2V時，iD0，故UGS(th)=-4V。,第2章 半導體三極管及
9、其電路分析,例 有四種場效應管，其輸出特性或飽和區轉移特性分別,以下圖所示，試推斷它們各為何種類型的管子？對增加型管，,求開啟電壓UGS(th)；對耗盡型管，求夾斷電壓UGS(off),和飽和漏極電流IDSS。,圖c為飽和區轉移特性曲線，uGS為零或負值，故為N溝道結型場效應管。由于uGS=-4V時，iD0，故UGS(off)=-4V。由于uGS0時，iD4mA，故IDSS4mA。,第2章 半導體三極管及其電路分析,例 有四種場效應管，其輸出特性或飽和區轉移特性分別,以下圖所示，試推斷它們各為何種類型的管子？對增加型管，,求開啟電壓UGS(th)；對耗盡型管，求夾斷電壓UGS(off),和飽和
10、漏極電流IDSS。,圖d也為飽和區轉移特性曲線，uGS為正、負、零都可以，但UGS(off)=-4V，即UGS(off)為負值，故為N溝道DMOS管。IDSS2mA。,第2章 半導體三極管及其電路分析,作業：P83-85,2.11(c)(d)2.11(b)(d),第2章 半導體三極管及其電路分析,2.3.4 場效應管根本應用電路及其分析方法,根本應用：放大電路、電流源電路、壓控電阻、開關電路,三極管放大電路,組成原則：有適宜的靜態工作點，使場效應管工作在,放大狀態;有合理的溝通通路，使信號能,被順當傳輸并放大。,分析方法：通常用公式法計算Q點，用小信號模型法,進展動態分析。,也可用圖解法。,第
11、2章 半導體三極管及其電路分析,場效應管的小信號模型,小信號模型,簡化小信號模型,u,DS,/V,i,D,/mA,u,GS,=4 V,2 V,0 V,2 V,O,第2章 半導體三極管及其電路分析,例 以下圖中，RG=1M，RS=2k，RD=12k，VDD=20V。場效應,管的IDSS=4mA，UGS(off)=-4V，求UGSQ、IDQ和UDSQ。,解：,設場效應管放大工作，則由電路可列出,代入元件參數，求解方程組得兩個解分別為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,應的I,DQ,應為零，故不合理，
12、應舍棄。方程解應為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,故上述假設正確，計算結果有效，即,U,GSQ,=-2V，,I,DQ,1mA，,U,DSQ,=6V,第2章 半導體三極管及其電路分析,例 圖示場效應管放大電路中，us=20sint(mV)，場效應管的IDSS=4mA，UGS(off)=-4V，電容CS很大，對溝通信號可視為短路，試求溝通輸出電壓uo的表達式。,解：1求 IDQ、gm,該電路的直流通路及其參數與例中一
13、樣，故 IDQ1mA,由耗盡型場效應管g,m,公式得,2畫出放大電路的溝通通路和小信號等效電路,第2章 半導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：,P84 2.14,場效應管是利用柵漏電壓轉變導電溝道的寬窄來實現對,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，場效應管具有輸入阻抗特別高、噪聲低、熱穩,定性好、抗輻射力量強等優點，而且特殊適宜大規模集成。,場效應管有耗盡型和增加型之分，耗盡型存在原始導電溝,道，而增加型只有在柵源電壓確定值大于開啟電壓確定值,后，才會形成導電溝道。各類場效應管均有N溝道和P 溝道之,分，故共有六種類型場效應管。請留意比較它們的符號、伏,安特性和工作電壓極性要求。,結論,第2章 半導體三極管及其電路分析,第2章 半導體三極管及其電路分析,當場效應管工作于飽和區時，對于耗盡型管有,對于增強型管有,I,DO,是,u,GS,=2,U,GS,(,th,),時的,i,D,值,
單極型半導體三極管及其電路分析概要
