模電助教版第1章常用半導(dǎo)體器件FE.ppt

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1 3場效應(yīng)晶體三極管 FET P451 3 1絕緣柵場效應(yīng)管 IGFET FET分 1 IGFET 1 NMOS 增強(qiáng)型 6種管子 又稱 MOSFET 耗盡型2 PMOS 增強(qiáng)型 耗盡型2 JFET 1 N溝道2 P溝道 1 3場效應(yīng)晶體三極管 FET P451 3 1絕緣柵場效應(yīng)管 IGFET FET分 1 IGFET 1 NMOS 增強(qiáng)型 6種管子 又稱 MOSFET 耗盡型2 PMOS 增強(qiáng)型 耗盡型2 JFET 1 N溝道2 P溝道 s Source源極d Drain漏極g Gate柵極B Base襯底 Metal Oxide Semiconductor FieldEffectTransistor InsultedGateType JunctionType SiP襯底 一 NMOS N N Al極sgdSiO2B 1 3場效應(yīng)晶體三極管 FET P451 3 1絕緣柵場效應(yīng)管 IGFET 1 結(jié)構(gòu) 三區(qū) 三極 兩結(jié) UDS 1 3場效應(yīng)晶體三極管 FET P451 3 1絕緣柵場效應(yīng)管 IGFET 一 NMOS 1 結(jié)構(gòu) 2 工作機(jī)理 定性分析 縱向電場 垂直電場 橫向電場表面場效應(yīng)器件 體內(nèi)場效應(yīng)器件 VDD UDS Rd 1 3場效應(yīng)晶體三極管 FET P451 3 1絕緣柵場效應(yīng)管 IGFET 一 NMOS 1 結(jié)構(gòu) 2 工作機(jī)理 定性分析 柵極電壓的控制作用 UGS UDS 0 開啟電壓UGS th 或UT 反型層 N型 漏源電壓UDS對導(dǎo)電溝道的影響UDS 0時(shí) UDS 0時(shí)預(yù)夾斷 縱向電場 垂直電場 橫向電場表面場效應(yīng)器件 體內(nèi)場效應(yīng)器件 VDD UDS ID Rd 1 3場效應(yīng)晶體三極管 FET P451 3 1絕緣柵場效應(yīng)管 IGFET 一 NMOS 1 結(jié)構(gòu) 2 工作機(jī)理 定性分析 柵極電壓的控制作用 UGS UDS 0 開啟電壓UGS th 或UT 反型層 N型 漏源電壓UDS對導(dǎo)電溝道的影響UDS 0時(shí) UDS 0時(shí)預(yù)夾斷 縱向電場 垂直電場 橫向電場表面場效應(yīng)器件 體內(nèi)場效應(yīng)器件 VDD UDS ID Rd 1 3場效應(yīng)晶體三極管 FET P451 3 1絕緣柵場效應(yīng)管 IGFET 一 NMOS 1 結(jié)構(gòu) 2 工作機(jī)理 定性分析 柵極電壓的控制作用 UGS UDS 0 開啟電壓UGS th 或UT 反型層 N型 漏源電壓UDS對導(dǎo)電溝道的影響UDS 0時(shí) UDS 0時(shí)預(yù)夾斷 縱向電場 垂直電場 橫向電場表面場效應(yīng)器件 體內(nèi)場效應(yīng)器件 VDD UDS ID Rd 1 3場效應(yīng)晶體三極管 FET P451 3 1絕緣柵場效應(yīng)管 IGFET 一 NMOS 1 結(jié)構(gòu) 2 工作機(jī)理 定性分析 柵極電壓的控制作用 UGS UDS 0 開啟電壓UGS th 或UT 反型層 N型 漏源電壓UDS對導(dǎo)電溝道的影響UDS 0時(shí) UDS 0時(shí)預(yù)夾斷 縱向電場 垂直電場 橫向電場表面場效應(yīng)器件 體內(nèi)場效應(yīng)器件 VDD UDS ID Rd 輸出特性曲線ID f UDS UGS C 轉(zhuǎn)移特性曲線ID f UGS UDS C 1 3場效應(yīng)晶體三極管 FET P451 3 1絕緣柵場效應(yīng)管 IGFET 3 伏安特性曲線 定量分析 一 NMOS 1 結(jié)構(gòu) 2 工作機(jī)理 定性分析 縱向電場 垂直電場 橫向電場表面場效應(yīng)器件 體內(nèi)場效應(yīng)器件 漏極特性曲線 ID mA UDS UGS UGS th 46V3可變電阻區(qū)恒流區(qū)5V2UGS 4V13VUGS th 2V0410截止區(qū)20UDS V VDD UDS ID Rd 3 伏安特性曲線 定量分析 一 NMOS 1 結(jié)構(gòu) 2 工作機(jī)理 定性分析 輸出特性曲線ID f UDS UGS C 轉(zhuǎn)移特性曲線ID f UGS UDS C 非飽和區(qū) ID mA UDS UGS UGS th 46V3可變電阻區(qū)恒流區(qū)5V2UGS 4V13VUGS th 2V0410截止區(qū)20UDS V VDD UDS ID Rd 3 伏安特性曲線 定量分析 一 NMOS 1 結(jié)構(gòu) 2 工作機(jī)理 定性分析 輸出特性曲線ID f UDS UGS C 轉(zhuǎn)移特性曲線ID f UGS UDS C ID mA UDS UGS UGS th 46V3可變電阻區(qū)恒流區(qū)5V2UGS 4V13VUGS th 2V0410截止區(qū)20UDS V VDD UDS ID Rd 3 伏安特性曲線 定量分析 一 NMOS 1 結(jié)構(gòu) 2 工作機(jī)理 定性分析 輸出特性曲線ID f UDS UGS C 轉(zhuǎn)移特性曲線ID f UGS UDS C 放大區(qū) 飽和區(qū) ID mA UDS UGS UGS th 46V3可變電阻區(qū)恒流區(qū)5V2UGS 4V13VUGS th 2V0410截止區(qū)20UDS V VDD UDS ID Rd 3 伏安特性曲線 定量分析 一 NMOS 1 結(jié)構(gòu) 2 工作機(jī)理 定性分析 輸出特性曲線ID f UDS UGS C 轉(zhuǎn)移特性曲線ID f UGS UDS C 放大區(qū) 飽和區(qū) 夾斷區(qū) ID mA UDS 10V420UGS th 246UGS V ID mA UDS UGS UGS th 46V3可變電阻區(qū)恒流區(qū)5V2UGS 4V13VUGS th 2V0410截止區(qū)20UDS V 3 伏安特性曲線 定量分析 一 NMOS 1 結(jié)構(gòu) 2 工作機(jī)理 定性分析 輸出特性曲線ID f UDS UGS C 轉(zhuǎn)移特性曲線ID f UGS UDS C 單位mS S 西門子 Al極sgdSiO2B SiP襯底 二 N溝道耗盡型MOS管P49結(jié)構(gòu) 工作機(jī)理 定性分析 伏安特性曲線 定量分析 夾斷電壓UGS off 或UP 飽和漏極電流IDSS UGS 0V時(shí) N N 1 3場效應(yīng)晶體三極管 FET P451 3 1絕緣柵場效應(yīng)管 IGFET 一 NMOS Al極sgdSiO2B SiP襯底 二 N溝道耗盡型MOS管P49結(jié)構(gòu) 工作機(jī)理 定性分析 伏安特性曲線 定量分析 夾斷電壓UGS off 或UP 飽和漏極電流IDSS UGS 0V時(shí) N N 1 3場效應(yīng)晶體三極管 FET P451 3 1絕緣柵場效應(yīng)管 IGFET 一 NMOS Al極sgdSiO2B SiP襯底 二 N溝道耗盡型MOS管P49結(jié)構(gòu) 工作機(jī)理 定性分析 伏安特性曲線 定量分析 夾斷電壓UGS off 或UP 飽和漏極電流IDSS UGS 0V時(shí) N N 1 3場效應(yīng)晶體三極管 FET P451 3 1絕緣柵場效應(yīng)管 IGFET 一 NMOS 三 P溝道MOS場效應(yīng)管 1 3場效應(yīng)晶體三極管 FET P451 3 1絕緣柵場效應(yīng)管 IGFET FET分 1 IGFET 1 NMOS 增強(qiáng)型 6種管子 又稱 MOSFET 耗盡型2 PMOS 增強(qiáng)型 耗盡型2 JFET 1 N溝道2 P溝道 s Source源極d Drain漏極g Gate柵極B Base襯底 Metal Oxide Semiconductor FieldEffectTransistor InsultedGateType JunctionType 1 3場效應(yīng)晶體三極管 FET P451 3 1絕緣柵場效應(yīng)管 IGFET FET分 1 IGFET 1 NMOS 增強(qiáng)型 6種管子 又稱 MOSFET 耗盡型2 PMOS 增強(qiáng)型 耗盡型2 JFET 1 N溝道2 P溝道 P NP dgs 一 N JFET 1 3 2結(jié)型場效應(yīng)管 JFET 1 3場效應(yīng)晶體三極管 FET 1 3 1絕緣柵場效應(yīng)管 IGFET 1 結(jié)構(gòu)2 工作機(jī)理 定性分析 dgs VGG UGS P NP 柵極電壓的控制作用 UGS UDS 0 夾斷電壓UGS off 或UP RDS 飽和漏極電流IDSS UGS 0V時(shí) 漏源電壓UDS對導(dǎo)電溝道的影響UDS 0時(shí) UDS 0時(shí)預(yù)夾斷 IG 0RGS UDS 1 3場效應(yīng)晶體三極管 FET 1 3 1絕緣柵場效應(yīng)管 IGFET 一 N JFET 1 3 2結(jié)型場效應(yīng)管 JFET 1 結(jié)構(gòu)2 工作機(jī)理 定性分析 表面場效應(yīng)器件 體內(nèi)場效應(yīng)器件 dgs VGG UGS P NP IG 0RGS UDS Rd 1 3場效應(yīng)晶體三極管 FET 1 3 1絕緣柵場效應(yīng)管 IGFET 一 N JFET 1 3 2結(jié)型場效應(yīng)管 JFET 1 結(jié)構(gòu)2 工作機(jī)理 定性分析 柵極電壓的控制作用 UGS UDS 0 夾斷電壓UGS off 或UP RDS 飽和漏極電流IDSS UGS 0V時(shí) 漏源電壓UDS對導(dǎo)電溝道的影響UDS 0時(shí) UDS 0時(shí)預(yù)夾斷 表面場效應(yīng)器件 體內(nèi)場效應(yīng)器件 IDdgs VGG UGS P NP IG 0RGS UDS Rd 1 3場效應(yīng)晶體三極管 FET 1 3 1絕緣柵場效應(yīng)管 IGFET 一 N JFET 1 3 2結(jié)型場效應(yīng)管 JFET 1 結(jié)構(gòu)2 工作機(jī)理 定性分析 柵極電壓的控制作用 UGS UDS 0 夾斷電壓UGS off 或UP RDS 飽和漏極電流IDSS UGS 0V時(shí) 漏源電壓UDS對導(dǎo)電溝道的影響UDS 0時(shí) UDS 0時(shí)預(yù)夾斷 表面場效應(yīng)器件 體內(nèi)場效應(yīng)器件 IDdgs VGG UGS P NP IG 0RGS UDS Rd 輸出特性曲線ID f UDS UGS C 轉(zhuǎn)移特性曲線ID f UGS UDS C 1 3場效應(yīng)晶體三極管 FET 1 3 1絕緣柵場效應(yīng)管 IGFET 3 伏安特性曲線 定量分析 一 N JFET 1 結(jié)構(gòu)2 工作機(jī)理 定性分析 1 3 2結(jié)型場效應(yīng)管 JFET 表面場效應(yīng)器件 體內(nèi)場效應(yīng)器件 ID mA 4IDSSUDS 10V2UGS off 4 20UGS V ID mA UDS UGS UGS off 4UGS 0V3可變電阻區(qū)恒流區(qū) 1V2 2V1 3VUGS off 4V0410截止區(qū)20UDS V 3 伏安特性曲線 定量分析 一 N JFET 1 結(jié)構(gòu)2 工作機(jī)理 定性分析 輸出特性曲線ID f UDS UGS C 轉(zhuǎn)移特性曲線ID f UGS UDS C 單位mS 一 主要參數(shù)開啟電壓UGS th 或UT 夾斷電壓UGS off 或UP 飽和漏極電流IDSS UGS 0V時(shí) 輸入電阻RGS 低頻跨導(dǎo)gm ID UGS二 場效應(yīng)的主要特點(diǎn)輸入電阻RGS 保護(hù)措施 電壓控制型放大器件 VCCS 單極型電子器件 R 1 3 3場效應(yīng)管的主要參數(shù)和特點(diǎn) 1 3場效應(yīng)晶體三極管 FET 1 3 1絕緣柵場效應(yīng)管 IGFET 1 3 2結(jié)型場效應(yīng)管 JFET 直流參數(shù) 交流參數(shù) 極限參數(shù) 例 共源極放大電路 分析iD uDS 1 3 4NMOS應(yīng)用 圖解法 分析 1 3場效應(yīng)晶體三極管 FET 1 3 1絕緣柵場效應(yīng)管 IGFET 1 3 3場效應(yīng)管的主要參數(shù)和特點(diǎn) 1 3 2結(jié)型場效應(yīng)管 JFET 參考P58 60 例 共源極放大電路 分析iD uDS 1 靜態(tài)工作點(diǎn) ui 0V時(shí) 輸入靜態(tài)點(diǎn) iI iGS IGSQ 0mAuI uGS UGSQ 4 5V輸出靜態(tài)點(diǎn) iO iD IDQ uO uDS UDSQ 利用 iD f uDS uGS 4 5V uO uDS VDD iD Rd即iD uDS Rd VDD Rd 1 3 4NMOS應(yīng)用 圖解法 分析 1 靜態(tài)工作點(diǎn) ui 0V時(shí) 輸入靜態(tài)點(diǎn) iI iGS IGSQ 0mAuI uGS UGSQ 4 5V輸出靜態(tài)點(diǎn) iO iD IDQ uO uDS UDSQ 利用 iD f uDS uGS 4 5V uO uDS VDD iD Rd即iD uDS Rd VDD Rd iD mA 12V9 5VVDD Rd 2mAB6V5VIDQ 0 9mAQ4 5V UGSQ4VUGS th 3V0 26 08 210 415VAuDS V UDSQVDD 1 靜態(tài)工作點(diǎn) ui 0V時(shí) 輸入靜態(tài)點(diǎn) iI iGS IGSQ 0mAuI uGS UGSQ 4 5V輸出靜態(tài)點(diǎn) iO iD IDQ uO uDS UDSQ 利用 iD f uDS uGS 4 5V uO uDS VDD iD Rd即iD uDS Rd VDD Rd iD mA 12V9 5VVDD Rd 2mAB6V5VIDQ 0 9mAQ4 5V UGSQ4VUGS th 3V0 26 08 210 415VAuDS V UDSQVDD 故IDQ 0 9mAUDSQ 8 2V 輸出回路直流負(fù)載線 例 共源極放大電路 分析iD uDS 1 靜態(tài)工作點(diǎn) ui 0V時(shí) 輸入靜態(tài)點(diǎn) iI iGS IGSQ 0mAuI uGS UGSQ 4 5V輸出靜態(tài)點(diǎn) iO iD IDQ uO uDS UDSQ 利用 iD f uDS uGS 4 5V uO uDS VDD iD Rd即iD uDS Rd VDD Rd 1 3 4NMOS應(yīng)用 圖解法 分析 故IDQ 0 9mAUDSQ 8 2V 例 共源極放大電路 分析iD uDS 2 動(dòng)態(tài)分析 令ui 0 5sin t V 時(shí) 輸入工作點(diǎn) iI iGS 0mAuI uGS UGSQ ui 4 5 0 5sin t V 輸出工作點(diǎn) iO iD IDQ id 0 9 id mA uO uDS UDSQ uds 8 2 uds V 利用 iD f uDS uGS uI uO uDS VDD iD Rd即iD uDS Rd VDD Rd 1 3 4NMOS應(yīng)用 圖解法 分析 故IDQ 0 9mAUDSQ 8 2V iD mA 12V9 5VVDD Rd 2mAB6V5VIDQ 0 9mAQ4 5V UGSQ4VUGS th 3V0 26 08 210 415VAuDS V UDSQVDD 2 動(dòng)態(tài)分析 令ui 0 5sin t V 時(shí) 輸入工作點(diǎn) iI iGS 0mAuI uGS UGSQ ui 4 5 0 5sin t V 輸出工作點(diǎn) iO iD IDQ id 0 9 id mA uO uDS UDSQ uds 8 2 uds V 利用 iD f uDS uGS uI uO uDS VDD iD Rd即iD uDS Rd VDD Rd iD mA 12V9 5VVDD Rd 2mAB6V5VIDQ 0 9mAQ4 5V UGSQ4VUGS th 3V0 26 08 210 415VAuDS V UDSQVDD 2 動(dòng)態(tài)分析 令ui 0 5sin t V 時(shí) 輸入工作點(diǎn) iI iGS 0mAuI uGS UGSQ ui 4 5 0 5sin t V 輸出工作點(diǎn) iO iD IDQ id 0 9 id mA uO uDS UDSQ uds 8 2 uds V 利用 iD f uDS uGS uI uO uDS VDD iD Rd即iD uDS Rd VDD Rd uGS uI V 12V iD mA t t t 1 2mA0 6mA 2 2 0 3 0 5 iD mA 12V9 5VVDD Rd 2mAB6V5VIDQ 0 9mAQ4 5V UGSQ4VUGS th 3V0 26 08 210 415VAuDS V UDSQVDD 2 動(dòng)態(tài)分析 令ui 0 5sin t V 時(shí) 輸入工作點(diǎn) iI iGS 0mAuI uGS UGSQ ui 4 5 0 5sin t V 輸出工作點(diǎn) iO iD IDQ id 0 9 id 0 9 0 3sin t mA uO uDS UDSQ uds 8 2 uds 8 2 2 2sin t V 利用 iD f uDS uGS uI uO uDS VDD iD Rd即iD uDS Rd VDD Rd uGS uI V 12V iD mA t t t 1 2mA0 6mA 2 2 0 3 0 5 iD mA 12V9 5VVDD Rd 2mAB6V5VIDQ 0 9mAQ4 5V UGSQ4VUGS th 3V0 26 08 210 415VAuDS V UDSQVDD 2 動(dòng)態(tài)分析 令ui 0 5sin t V 時(shí) 輸入工作點(diǎn) iI iGS 0mAuI uGS UGSQ ui 4 5 0 5sin t V 輸出工作點(diǎn) iO iD IDQ id 0 9 id mA uO uDS UDSQ uds 8 2 uds V 利用 iD f uDS uGS uI uO uDS VDD iD Rd即iD uDS Rd VDD Rd uGS uI V 12V iD mA t t t 1 2mA0 6mA 2 2 0 3 iD mA 12V9 5VVDD Rd 2mAB6V5VIDQ 0 9mAQ4 5V UGSQ4VUGS th 3V0 26 08 210 415VAuDS V UDSQVDD 2 動(dòng)態(tài)分析 令ui 0 5sin t V 時(shí) 輸入工作點(diǎn) iI iGS 0mAuI uGS UGSQ ui 4 5 0 5sin t V 利用 iD f uDS uGS uI uO uDS VDD iD Rd即iD uDS Rd VDD Rd uGS uI V 12V iD mA t t t 1 2mA0 6mA 2 2 0 3 ui 5sin t V 時(shí)大信號(hào)非線性失真 截止區(qū) 縮頂 可變電阻區(qū) 削頂最大不失真輸出幅度 Q中點(diǎn) iD mA 12V9 5VVDD Rd 2mAB6V5VIDQ 0 9mAQ4 5V UGSQ4VUGS th 3V0 26 08 210 415VAuDS V UDSQVDD 3 電子開關(guān)iI iGS 0mAuI uGS 方波時(shí) 利用 iD f uDS uGS uI uO uDS VDD iD Rd即iD uDS Rd VDD Rd uGS uI V 12V iD mA t t t 1 2mA0 6mA 2 2 0 3 反相器 電子開關(guān) 1 3場效應(yīng)晶體三極管 FET 1 3 1絕緣柵場效應(yīng)管 IGFET 例 共源極放大電路 分析iD uDS 1 3 4NMOS應(yīng)用 圖解法 分析 1 3 3場效應(yīng)管的主要參數(shù)和特點(diǎn) 1 3 2結(jié)型場效應(yīng)管 JFET 參考P58 60 反相器 電子開關(guān) 1 3場效應(yīng)晶體三極管 FET 1 3 1絕緣柵場效應(yīng)管 IGFET 例 共源極放大電路 分析iD uDS 1 3 4NMOS應(yīng)用 圖解法 分析 1 3 3場效應(yīng)管的主要參數(shù)和特點(diǎn) 1 3 2結(jié)型場效應(yīng)管 JFET 參考P58 60 15 7 5 d s g 反相器 電子開關(guān) 例 共源極放大電路 分析iD uDS 1 3 4NMOS應(yīng)用 圖解法 分析 1 3場效應(yīng)晶體三極管 FET 1 3 1絕緣柵場效應(yīng)管 IGFET 1 3 3場效應(yīng)管的主要參數(shù)和特點(diǎn) 1 3 2結(jié)型場效應(yīng)管 JFET 參考P58 60