低频电子线路答案.ppt

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1、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3.1MOS场效应管P沟道N沟道P沟道N沟道MOSFET增强型(EMOS)耗尽型(DMOS)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流子性质不同，因此导致加在各极上的电压极性相反。N+N+P+P+PBSGD增强型MOS场效应管N沟

2、道EMOSFET结构示意图源极漏极衬底极SiO2绝缘层金属栅极P型硅衬底SGBD电路符号l沟道长度W沟道宽度N沟道EMOS管外部工作条件vDS>0(形成漏极流向源极的电流)B接电路最低电位或与S极相连(保证源、漏与衬PN结反偏)vGS>0(形成导电沟道)PP+N+N+SGDBvDS-+-+vGSN沟道EMOS管工作原理栅-衬之间相当于以SiO2为介质的平板电容器。N沟道EMOSFET沟道形成原理假设vDS=0，讨论vGS作用PP+N+N+SGDBvDS=0-+vGS形成空间电荷区并与PN结相通vGS衬底表面层中负离子、电子vGS

3、开启电压VGS(th)形成N型导电沟道表面层n>>pvGS越大，反型层中n越多，导电能力越强。反型层单位面积栅电容：沟道中导电载流子浓度：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+SGDBvDS-+vGS-+PP+N+N+SGDBvDS-+vGS-+当vDS增加到使vGD=VGS(th)时→A点出现预夹断若vDS继

4、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+SGDBvDS-+vGS-+APP+N+N+SGDBvDS-+vGS-+AvDS→iD基本维持不变。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。MOS管仅依靠一种载流子(多子)导电，故称单极型器件。三

5、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：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，它们之间可以相互转换。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

6、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

7、S=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：饱和区(放大区)对应三极管的放大区。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。iD随温度升高而下降的负温度特性，与三极管相反，有利于提高管子的热稳定性。截止区特点：相当于MOS管三个电极断开。iD/mAvDS/VOvDS=

8、vGS–VGS(th)vGS=5V3.5V4V4.5V沟道未形成时的工作区条件：vGS