2022-2023学年高二物理竞赛课件：N 沟道耗尽型 MOS 场效应管 (1)

N 沟道耗尽型 MOS 场效应管 2 N 沟道耗尽型 MOS 场效应管 P型衬底 N+ N+ B G S D ++++++ 　　制造过程中预先在二氧化硅的绝缘层中掺入正离子，这些正离子电场在 P 型衬底中“感应”负电荷，形成“反型层”。即使 UGS = 0 也会形成 N 型导电沟道。 ++++++ ++++++ 　　UGS = 0，UDS > 0，产生较大的漏极电流； 　　UGS < 0，绝缘层中正离子感应的负电荷减少，导电沟道变窄，ID 减小； 　　UGS = - UP , 感应电荷被“耗尽”，ID  0。 UP 称为夹断电压 图 5.1.13 3 N 沟道耗尽型 MOS 管特性 工作条件： UDS > 0； UGS 正、负、零均可。 ID/mA UGS /V O UP (a)转移特性 IDSS 图 5.1.15　MOS 管的符号 S G D B S G D B (b)漏极特性 ID/mA UDS /V O +1V UGS=0 -3 V -1 V -2 V 4 3 2 1 5 10 15 20 图 5.1.14　特性曲线 N 沟道增强型 MOS 场效应管 N 沟道耗尽型 MOS 管 4 二、交流参数 1. 低频跨导 gm 2. 极间电容 用以描述栅源之间的电压 UGS 对漏极电流 ID 的控制作用。 单位：ID 毫安(mA)；UGS 伏(V)；gm 毫西门子(mS) 这是场效应管三个电极之间的等效电容，包括 CGS、CGD、CDS。 极间电容愈小，则管子的高频性能愈好。一般为几个皮法。 5 三、极限参数 1. 漏极最大允许耗散功率 PDM 2. 漏源击穿电压 U(BR)DS 3. 栅源击穿电压U(BR)GS 由场效应管允许的温升决定。漏极耗散功率转化为热能使管子的温度升高。 当漏极电流 ID 急剧上升产生雪崩击穿时的 UDS 。 场效应管工作时，栅源间 PN 结处于反偏状态，若UGS > U(BR)GS ，PN 将被击穿，这种击穿与电容击穿的情况类似，属于破坏性击穿。 6 种 类 符 号 转移特性 漏极特性 结型 N 沟道 耗尽型 结型 P 沟道 耗尽型 绝缘 栅型 N 沟道 增强型 S G D S G D ID UGS= 0V + UDS + + o S G D B UGS ID O UT 表 5-1　各类场效应管的符号和特性曲线 + UGS = UT UDS ID + + + O ID UGS= 0V - - - UDS O UGS ID UP IDSS O UGS ID /mA UP IDSS O 7 种 类 符 号 转移特性 漏极特性 绝缘 栅型 N 沟道 耗尽型 绝缘 栅型 P 沟道 增强型 耗尽型 ID S G D B UDS ID _ UGS=0 + _ _ O ID UGS UP IDSS O S G D B ID S G D B ID ID UGS UT O ID UGS UP IDSS O _ ID UGS=UT UDS _ o _ UGS= 0V + _ ID UDS o + 8 双极型三极管 场效应管 类　型 ＮＰＮ 型／ＰＮＰ 型 Ｎ沟道结型／Ｐ沟道结型 Ｎ沟道绝缘栅增强型／Ｐ沟道绝缘栅增强型 Ｎ沟道绝缘栅耗尽型／Ｐ沟道绝缘栅耗尽型 各极对应关系 发射极ｅ 源极ｓ 集电极ｃ 漏极ｄ 基极ｂ 栅极ｇ 使用方法 集电极ｃ、发射极ｅ不可倒置使用 漏极ｄ、源极ｓ一般可倒置使用 载流子 两种载流子参与导电 一种载流子参与导电 表 5-2　双极型三极管和场效应管性能比较 9 双极型三极管 场效应管 控制特性 基极电流控制集电极电流，用β 描述控制关系 栅源电压控制漏极电流，用跨导ｇｍ描述控制关系 噪声 较大 较小 温度特性 受温度影响较大 较小，具有零温度系数点 输入电阻 较小，几十到几千欧姆 很大，几兆欧姆以上 静电影响 不受静电影响 易受静电影响 集成工艺 不易大规模集成 适宜大规模和超大规模集成 表 5-2　双极型三极管和场效应管性能比较（续） 10 　场效应管的主要参数 一、直流参数 饱和漏极电流 IDSS 2. 夹断电压 UP 3. 开启电压 UT 4. 直流输入电阻 RGS 为耗尽型场效应管的一个重要参数。 为增强型场效应管的一个重要参数。 为耗尽型场效应管的一个重要参数。 　　输入电阻很高。结型场效应管一般在 107  以上，绝缘栅场效应管更高，一般大于 109 。 11 一、静态分析 VDD + uO  iD VT ~ +  uI VGG RG S D G RD 图 5.2.2　共源极放大电路原理电路 两种方法 近似估算法 图解法 (一)