最新模电-电子线路线性部分第五版-主编-冯军-谢嘉奎第三章课件教学讲义PPT课件.ppt

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1、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。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)。场效应管分类：MOS场效应管结型场效应管第3章　场效应管3.1　MOS场效应管P沟道(PMOS)N沟道(NMOS)P沟道(PMOS)N沟道(NMOS)MOSFET增强型(EMOS)耗尽型(DMOS)N沟道MOS管与P沟道M

2、OS管工作原理相似，不同之处仅在于它们形成电流的载流子性质不同，因此导致加在各极上的电压极性相反。第3章　场效应管VDS对沟道的控制(假设VGS>VGS(th)且保持不变)VDS很小时→VGDVGS。此时W近似不变，即Ron不变。由图VGD=VGS-VDS因此VDS→ID线性。若VDS→则VGD→近漏端沟道W→Ron增大。此时Ron→ID变慢。PP+N+N+SGDUVDS-+VGS-+PP+N+N+SGDUVDS-+VGS-+第3章　场效应管当VDS增加到使VGD=VGS(th)时→A点出现预

3、夹断若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：PP+N+N+SGDUVDS-+VGS-+APP+N+N+SGDUVDS-+VGS-+AVDS→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：IDVDSOVGS–VGS(th)VGS一定曲线形状类似三极管输出特性。第

4、3章　场效应管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。利用半导体表面的电场效应，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ID。MOSFET工作原理：第3章　场效应管由于MOS管栅极电流为零，故不讨论输入特性曲线。共源组态特性曲线：ID=f(VGS)VDS=常数转移特性：ID=f(VDS)VGS=常数输出特性：伏安特性+TVDSIG0VGSID+--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

5、转换。第3章　场效应管NEMOS管输出特性曲线非饱和区特点：ID同时受VGS与VDS的控制。当VGS为常数时，VDSID近似线性，表现为一种电阻特性；当VDS为常数时，VGSID，表现出一种压控电阻的特性。沟道预夹断前对应的工作区。条件：VGS>VGS(th)VDS

6、非饱和区时，ID与VDS之间呈线性关系：其中，W、l为沟道的宽度和长度。COX(=/OX,SiO2层介电常数与厚度有关)为单位面积的栅极电容量。注意：非饱和区相当于三极管的饱和区。第3章　场效应管饱和区特点：ID只受VGS控制，而与VDS近似无关，表现出类似三极管的正向受控作用。ID/mAVDS/VOVDS=VGS–VGS(th)VGS=5V3.5V4V4.5V沟道预夹断后对应的工作区。条件：VGS>VGS(th)VDS>VGS–VGS(th)考虑到沟道长度调制效应，输出特性曲线随VDS的增加略有上翘。注意

7、：饱和区(又称有源区)对应三极管的放大区。第3章　场效应管数学模型：若考虑沟道长度调制效应，则ID的修正方程：工作在饱和区时，MOS管的正向受控作用，服从平方律关系式：其中，称沟道长度调制系数，其值与l有关。通常=(0.005~0.03)V-1第3章　场效应管截止区特点：相当于MOS管三个电极断开。ID/mAVDS/VOVDS=VGS–VGS(th)VGS=5V3.5V4V4.5V沟道未形成时的工作区条件：VGS

8、雪崩击穿ID剧增。VDS沟道l对于l较小的MOS管穿通击穿。第3章　场效应管由于MOS管COX很小，因此当带电物体(或人)靠近金属栅极时，感生电荷在SiO2绝缘层中将产生很大的电压VGS(=Q/COX)，使绝缘层击穿，造成MOS管永久性损坏。MOS管保护措施：分立的MOS管：各极引线短接、烙铁外壳接地。MOS集成电路：TD2D1D1、D2一方面限制VGS间最大电压，同时对感