模拟第3章晶体管电路

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3.1.1 场效应管3.1.2 场效应管及放大电路    引 言1 结型场效应管2 MOS 场效应管3 场效应管的主要参数 引 言场效应管 FET (Field Effect Transistor)类型: 结型 JFET (Junction Field Effect Transistor) 绝缘栅型 IGFET(Insulated Gate FET)特点: 1. 单极性器件(一种载流子导电) 2. 输入电阻高 (107 ? 1015 ?,IGFET 可高达 1015 ?) 3. 工艺简单、易集成、功耗小、 体积小、成本低1 结型场效应管 1. 结构与符号 N 沟道 JFET P 沟道 JFET 2. 工作原理(1)UGS对ID的控制作用 2.UDS对ID的影响3.UDS和UGS共同作用 沟道楔型 uGS ? 0,uDS > 0 耗尽层刚相碰时称预夹断。 此时 uGD = UGS(off); 当 uDS ?,预夹断点下移。3. 转移特性和输出特性 iD 0 V iD IDSS – 1 V – 2 V UGS(off) uGS = – 3 V uGS O O uDS – 3 V 当 UGS(off) ? uGS ? 0 时, uGS 2 iD ? IDSS (1? ) UGS(off)2 MOS 场效应管 增强型 N沟道绝缘栅场效 MOS 场 应管 耗尽型 效应管 (绝缘栅 增强型 场效应管) P沟道绝缘栅场效 应管 耗尽型 一、增强型 N 沟道 MOSFET D (Mental Oxide Semi— FET) B1. 结构与符号 S — 源极 Source G G — 栅极 Gate S S G D D — 漏极 Drain N+ N+ 用扩散的方法 在硅片表面生一 耗 P 型衬底 (掺杂浓度低) 尽 制作两个 N 区 层薄 SiO2 绝缘层 层 B 用金属铝引出 在绝缘层上喷金 源极 S 和漏极 D 属铝引出栅极 G2. 工作原理 反型层 (沟道) ) 对导电沟道的影响 ( ) 1 uGS uDS = 0 ) 对导电沟道的影响 ( )1 uGS uDS = 0a. 当 UGS = 0 ,DS 间为两个背对背的 PN 结;b. 当 0 < UGS < UGS(th)(开启电压)时,GB 间的垂 直电场吸引 P 区中电子形成离子区(耗尽层);c. 当 uGS ? UGS(th) 时,衬底中电子被吸引到表面, 形成导电沟道。 uGS 越大沟道越厚。2) uDS 对 iD的影响(uGS > UGS(th))   DS 间的电位差使 沟道呈楔形,uDS?, 靠近漏极端的沟道厚 度变薄。 预夹断(UGD = UGS(th)):漏极附近反型层消失。 预夹断发生之前: uDS? iD?。 预夹断发生之后:uDS? iD 不变。3. 转移特性曲线 iD ? f (uGS ) UDS iD /mA 4 U = 10 V 3 DS 2 当 时: 开启电压 uGS > UGS(th) 1 UGS (th) u u /V ? GS ? 2 O 2 4 6 GS iD IDO ( 1) UGS(th) uGS = 2UGS(th) 时的 iD 值4. 输出特性曲线 iD /mA ? 可 8 V iD f (uDS ) U 变 GS 电 放恒 大饱流区和区区6 V 阻 4 V 区 uGS = 2 V O 截止区 uDS /V 可变电阻区 uDS < uGS ? UGS(th) uDS?? iD ?,直到预夹断 饱和(放大区) uDS?,iD 不变 ?uDS 加在耗尽层上,沟道电阻不变 截止区 uGS ? UGS(th) 全夹断 iD = 0 二、耗尽型 N 沟道 MOSFET D B G S Sio2 绝缘层中掺入正离子在 uGS = 0 时已形成 沟道;在 DS 间加正电压时形成 iD, uGS ? UGS(off) 时,全夹断。 i /mA iD /mA D 2 V 0 V I ? 2 V 夹断 DSS u = ? 4 V 电压 GS 饱和漏O u /V U O uGS /V DS GS(off) 极电流 输出特性 转移特性 u i ? I (1 ? GS )2 当 uGS ? UGS(off) 时, D DSS UGS(off)三、P 沟道 MOSFET 增强型 耗尽型 D D B B G G S S FET 符号、特性的比较 D iD /mA D i iD D B B UGS(th)G G S S – 2 O 2 u /VN 沟道增强型 P 沟道增强型 GS iD /mA D i D D iD UGS(off) IDSS B B G G uGS /V S S – 5 O 5 N 沟道耗尽型 P 沟道耗尽型 iD /mA D u = 2 V –2 V GS i 0 V 0 V D – 2 V 2 V G – 5 V 5 V S N 沟道结型 O uDS /V i /mA
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