模电_电子线路线性部分第五版_主编_冯军_谢嘉奎第三章课件

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1、第3章场效应管概述3.1MOS场效应管3.2结型场效应管3.3场效管应用原理第3章场效应管概述场效应管是另一种具有正向受控作用的半导体器件。它体积小、工艺简单，器件特性便于控制，是目前制造大规模集成电路的主要有源器件。MOS场效应管场效应管分类：结型场效应管场效应管与三极管主要区别：•场效应管输入电阻远大于三极管输入电阻。•场效应管是单极型器件(三极管是双极型器件)。第3章场效应管3.1MOS场效应管N沟道(NMOS)增强型(EMOS)P沟道(PMOS)MOSFETN沟道(NMOS)耗尽型(DMOS)P沟道(PMOS)N沟道MOS管与P沟道MOS管工作原理相似，不同之处仅在于它们形成电流的载

2、流子性质不同，因此导致加在各极上的电压极性相反。第3章场效应管3.1.1增强型MOS场效应管qN沟道EMOSFET结构示意图源极金属栅极衬底极漏极USGD沟道电路符号W宽度D++++SiO2PNNP绝缘层UlGP型硅SP衬底沟道长度第3章场效应管qN沟道EMOS管工作原理ØN沟道EMOS管外部工作条件•VDS>0(保证栅漏PN结反偏)。•U接电路最低电位或与S极相连(保证源衬PN结反偏)。•VGS>0(形成导电沟道)VDS-+栅-衬之间相当于VGSS-+GD以SiO2为介质的U平板电容器。P+N+N+P第3章场效应管ØN沟道EMOSFET沟道形成原理•假设VDS=0，讨论VGS作用VDS=0

3、VGSVGS反型层S-+GD衬底表面层中U负离子、电子P+N+N+形成空间电荷区P并与PN结相通VGS开启电压VGS(th)表面层n>>p形成N型导电沟道VGS越大，反型层中n越多，导电能力越强。第3章场效应管•VDS对沟道的控制(假设VGS>VGS(th)且保持不变)VDSVDS-+-+VGSVGSS-+GDS-+GDUUP+N+N+P+N+N+PP由图VGD=VGS-VDS§VDS很小时→VGDVGS。此时W近似不变，即Ron不变。因此V→I线性。DSD§若VDS→则VGD→近漏端沟道W→Ron增大。此时Ron→ID变慢。第3章场效应管§当VDS增加到使VGD=

4、VGS(th)时→A点出现预夹断VDSVDS-+-+VGSVGSS-+GDS-+GDUUP+N+N+P+N+N+AAPP§若VDS继续→A点左移→出现夹断区此时VAS=VAG+VGS=-VGS(th)+VGS(恒定)若忽略沟道长度调制效应，则近似认为l不变(即Ron不变)。因此预夹断后：VDS→ID基本维持不变。第3章场效应管§若考虑沟道长度调制效应则VDS→沟道长度l→沟道电阻Ron略。因此VDS→ID略。由上述分析可描绘出ID随VDS变化的关系曲线：IDVGS一定OVDSVGS–VGS(th)曲线形状类似三极管输出特性。第3章场效应管MOSFET工作原理：利用半导体表面的电

5、场效应，通过栅源电压VGS的变化，改变感生电荷的多少，从而改变感生沟道的宽窄，控制漏极电流I。D•MOS管仅依靠一种载流子(多子)导电，故称单极型器件。•三极管中多子、少子同时参与导电，故称双极型器件。第3章场效应管q伏安特性ID由于MOS管栅极电+流为零，故不讨论输入特IG0TVDS性曲线。+VGS--共源组态特性曲线：输出特性：ID=f(VDS)VGS=常数转移特性：ID=f(VGS)VDS=常数转移特性与输出特性反映场效应管同一物理过程，它们之间可以相互转换。第3章场效应管ØNEMOS管输出特性曲线q非饱和区ID/mAVDS=VGS–VGS(th)沟道预夹断前对应的工作区。VGS=5

6、VV>VGSGS(th)条件：4.5VV

7、量。此时MOS管可看成阻值受V控制的线性电阻器：GSl1RonCWVVnOXGSGS(th)注意：非饱和区相当于三极管的饱和区。第3章场效应管q饱和区ID/mAVDS=VGS–VGS(th)沟道预夹断后对应的工作区。VGS=5VVGS>VGS(th)4.5V条件：V>V–V4VDSGSGS(th)3.5V特点：OVDS/VI只受V控制，而与V近似无关，表现出类似DGSDS三极管的正向受控