4.8场效应管

4.4场效应管•概述•场效应管的分类•N沟道绝缘栅型场效应管（NMOS管）概述•场效应管是利用电场效应来控制半导体中的载流子，使流过半导体内的电流大小随电场强弱的改变而变化的电压控制电流的放大器件。其英文名称为：MetalOxideSemiconductor简称为MOS管。•场效应管的外型与晶体管（三极管）相似，但它除了具有三极管的一切优点以外，还具有如下特点：4.4场效应管特点•基本上不需要信号源提供电流；•输入阻抗很高（可达109~1015Ω）；•受温度和辐射等外界因素影响小，制造工艺简单、便于集成化等；•只有多数载流子参与导电，所以又称其为单极性晶体管。场效应管的分类•按封装形式分：塑料封装和金属封装•按功率大小分：小功率、中功率和大功率•按频率特性分：低频管、中频管和高频管•按结构特点分：结型（JFET）和绝缘栅型（MOSFET）•按导电沟道的不同还可分为：N沟道和P沟道，而绝缘栅型又可细分为N沟道增强型和耗尽型，P沟道增强型和耗尽型两种。场效应管结型绝缘栅型（MOS管）N沟道耗尽型P沟道耗尽型增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道DGSGDSGDSDGSDGSDGSN沟道绝缘栅型场效应管（NMOS管）•N沟道增强型绝缘栅场效应管•N沟道耗尽型绝缘栅场效应管N沟道增强型绝缘栅场效应管•结构及符号•工作原理•特性曲线•主要参数结构及符号2SiODSGBNNAl栅极P型硅衬底源极漏极衬底结构图S源极B衬底D漏极G栅极符号工作原理•绝缘栅场效应管是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感应电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。1.UGS=0时，没有导电沟道GDSN+N+PGSD2.UGSUGS（th）时，出现N沟道在栅源电压作用下，产生一个垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场。PN型感生沟道N+N+显然，栅源电压愈强，感应沟道愈厚，沟道电阻愈小。这种在UGS=0时没有导电沟道，而必须依靠栅源电压才能形成感应沟道的场效应管，称为增强型绝缘栅场效应管。PN型感生沟道N+N+一但出现了感应沟道，原来被P型衬底隔开的两个N+型区就被感应沟道连在一起了。因此，在漏源电压的作用下，将有漏极电流ID产生。能形成导电沟道的最小栅源电压，叫开启电压UGS（th）。PN型感生沟道N+N+ID增强型绝缘栅场效应管只有在UGS＞UGS（th）时，调节UGS的大小，可改变导电沟道的厚度，从而在相同的UDS作用下，有效的控制漏极电流ID的大小，即电压控制电流特性。工作原理总结特性曲线•漏极特性曲线——输出特性•转移特性曲线——输入特性漏极特性曲线——输出特性constUDSDGSUfI|)(漏极特性曲线从漏极特性曲线上可以划分为四个区，即：可变电阻区、恒流区、击穿区和截止区。可变电阻区此区域内，导电沟道主要受UGS的控制。UGS越大，导电沟道越宽，呈现出的电阻就越小。漏极特性曲线恒流区当UDS较大时，出现恒流特性，ID不再随UDS的增大而增大而是趋于饱和。在恒流区，ID仅受UGS的控制，与UDS无关。漏极特性曲线N+N+夹断区（截止区）当0UGSUGS（th）时，导电沟道没有有效形成，场效应管仍处于截止状态，ID0。漏极特性曲线UGSUGS（th）击穿区•在一定的UGS下，当UDS增大到某一数值时，漏极电流ID急剧增加，称为场效应管被击穿。漏极特性曲线转移特性曲线——输入特性constUGSDDSUfI|)(开启电压UGS（th）•当UDS为某一固定值时，使沟道将漏、源极连接起来的最小栅源电压UGS就是开启电压UGS（th）它只适用于增强型场效应管。）thGSU(主要参数低频跨导gmconstUGSDmDSUIg|跨导gm反映了栅源电压UGS对漏极电流ID的控制能力，它相当于转移特性上工作点处的斜率。GSUDI漏极特性曲线最大漏源电压BUDS•最大漏源电压是指漏极电流开始急剧上升，发生雪崩击穿时所对应的UDS值。DSBU漏极最大耗散功率PDSM•场效应管的耗散功率等于UDS与ID的乘积。为了限制其温度不要超过最高工作温度，则PDSM与三极管的PCM意义相同DSMDDSDSPIUPN沟道耗尽型绝缘栅场效应管S源极D漏极G栅极符号1.结构及符号结构图2OSiDSGNN栅极P型硅衬底源极漏极正离子N型导电沟道工作原理结构图2OSiDSGNN栅极P型硅衬底源极漏极正离子N型导电沟道1.在UDS为常值的条件下，当UGS=0时，由于漏、源间有原始导电沟道存在，因此在漏源电压UDS的作用下，漏、源间有电流，其电流称为原始导电沟道形成的漏极电流，用IDSS表示。2.当UGS为负时(外加反向电压)，由于沟道中感应的电子数减少，沟道电阻增大，使漏极电流减小。当UGS=UGS（off)时，沟道完全被夹断，ID=03.当UGS为正时，沟道中感应的负电荷(电子)增多，沟道电阻减小，则漏极电流增大。由此可见耗尽型绝缘栅场效应管，由于存在原始电子沟道，不论栅源电压为零、为正或为负均可工作，这是该管的重要特点。结构图2OSiDSGNN栅极P型硅衬底源极漏极正离子N型导电沟道-3V-2V-1VUGs=0V1VUDs(V)ID(mA)ID(mA)UGs(V)UGs(off)IDSS01234551015200特性曲线N沟道耗尽型绝缘栅场效应管特性曲线(a)输出特性曲线(b)转移特性曲线时当0)(GSoffGSuu2)()1(offGSGSDSSDuuII本章作业P199•4.2,4.3(b),(c)4.5,4.6,4.7,•4.8,4.10,4.11,4.13,4.15