tceic.com
学霸学习网 这下你爽了
当前位置:首页 >> 电子/电路 >>

MOS管工作原理_图文

第三章 场效应管放大器
3.1 场效应管
? 绝缘栅场效应管

?

结型场效应管

3.2 场效应管放大电路
?
? ?

效应管放大器的静态偏置
效应管放大器的交流小信号模型 效应管放大电路

3.1 场效应管
BJT是一种电流控制元件(iB~ iC),工作时,多数载流 子和少数载流子都参与运行,所以被称为双极型器件。 场效应管(Field Effect Transistor简称FET)是一种 电压控制器件(uGS~ iD) ,工作时,只有一种载流子参与 导电,因此它是单极型器件。 FET因其制造工艺简单,功耗小,温度特性好,输入 电阻极高等优点,得到了广泛应用。 绝缘栅场效应管
增强型
耗尽型

FET分类:
结型场效应管

N沟道 P沟道

N沟道 P沟道 N沟道 P沟道

一. 绝缘栅场效应管
绝缘栅型场效应管 ( Metal Oxide Semiconductor FET), 简称MOSFET。分为: - 漏极d 源极s 栅极g 增强型 ? N沟道、P沟道 耗尽型 ? N沟道、P沟道

1.N沟道增强型MOS管 (1)结构 4个电极:漏极D, 源极S,栅极G和 衬底B。
g

N+

N+

P衬底

- d s
衬底 b

-

符号:

b

(2)工作原理
①栅源电压uGS的控制作用 当uGS=0V时,漏源之间相当两个背靠背的 二极管,在

d、s之间加上电压也不会形成电流,即管子截止。
当uGS>0V时→纵向电场 →将靠近栅极下方的空穴向 下排斥→耗尽层。 再增加uGS→纵向电场↑
-

s
-

s

VDD VDD

VGG

g

g

-dd id
二氧化硅 二氧化硅

→将P区少子电子聚集到
P区表面→形成导电沟道, 如果此时加有漏源电压, 就可以形成漏极电流id。

N ++ N P衬底 P衬底

N++ N

b

b

定义:
开启电压( UT)——刚刚产生沟道所需的

栅源电压UGS。
N沟道增强型MOS管的基本特性: uGS < UT,管子截止, uGS >UT,管子导通。

uGS 越大,沟道越宽,在相同的漏源电压uDS作
用下,漏极电流ID越大。

②转移特性曲线: iD=f(uGS)?u

DS

=const

可根据输出特性曲线作出移特性曲线。 例:作uDS=10V的一条转移特性曲线:
i D (mA) i D (mA)

4 3 2 1

uGS= 6V uGS= 5V uGS= 4V uGS= 3V
u

4 3 2 1
DS

10V

(V)

u

2

4

6

GS

(V)

UT

一个重要参数——跨导gm:
gm=?iD/?uGS? u
DS=const

(单位mS)

gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。 在转移特性曲线上, gm为的曲线的斜率。 在输出特性曲线上也可求出gm。
i D (mA) i D (mA)

4 3

uGS=6V
=5V

4 3 2 1
u
DS

△ iD

2 1 10V

△ uGS
=3V

△ iD △ uGS
u

(V)

2

4

6

GS

(V)

2.N沟道耗尽型MOSFET
在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以当 uGS=0时,这些正离子已经感应出反型层,形成了沟道。

特点:
当uGS=0时,就有沟道, 加入uDS,就有iD。 当uGS>0时,沟道增宽, iD进一步增加。 当uGS<0时,沟道变窄, iD减小。 定义:

源极s

-

栅极g

漏极d

- d
N

N+

+++ ++++++ +++
g

P衬底

s

b

衬底 b

-

夹断电压( UP)——沟道刚刚消失所需的栅源电压uGS。

3、P沟道耗尽型MOSFET

P沟道MOSFET的工作原理与N沟道
MOSFET完全相同,只不过导电的载流 子不同,供电电压极性不同而已。这如 同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。

4. MOS管的主要参数
(1)开启电压UT
(2)夹断电压UP (3)跨导gm :gm=?iD/?uGS? uDS=const (4)直流输入电阻RGS ——栅源间的等效 电阻。由于MOS管栅源间有sio2绝缘层, 输入电阻可达109~1015。

二. 结型场效应管
1. 结型场效应管的结构(以N沟为例): 两个PN结夹着一个N型沟道。 三个电极: g:栅极 d:漏极 s:源极 符号:
g

漏极d

-

栅极g

-

p+

p+

- d s N沟道

g

- d s P沟道

N

源极s

-

2. 结型场效应管的工作原理
(1)栅源电压对沟道的控制作用 在栅源间加负电压uGS ,令 uDS =0
①当uGS=0时,为平衡PN结,导电 沟道最宽。

ddd

②当│uGS│↑时,PN结反偏,耗尽层 变宽,导电沟道变窄,沟道电阻 增大。
③当│uGS│↑到一定值时 ,沟道会完 全合拢。 定义: 夹断电压UP——使导电沟道完全 合拢(消失)所需要的栅源电压 uGS。
V V VGG GG GG

g gg

+ p +p+ p

+ + p+ p p

NNN

ss s

(2)漏源电压对沟道的控制作用
在漏源间加电压uDS ,令uGS =0 由于uGS =0,所以导电沟道最宽。 ①当uDS=0时, iD=0。 ②uDS↑→iD ↑ →靠近漏极处的耗尽层加宽, 沟道变窄,呈楔形分布。

d d d id

iidd

g g

③当uDS ↑,使uGD=uG S- uDS=UP时, 在靠漏极处夹断——预夹断。
④uDS再↑,预夹断点下移。

p+ + p p+ + p
N N

p+ + p + p p+

VDD V V DD DD

预夹断前, uDS↑→iD ↑。 预夹断后, iDS↑→iD 几乎不变。

s s s

(3)栅源电压uGS和漏源电压uDS共同作用

iD=f( uGS 、uDS),可用输两组特性曲线来描绘。

3、 结型场效应三极管的特性曲线
(1)输出特性曲线: iD=f( uDS )│uGS=常数
d
id

i D (mA)

uGS=0V =0V
g
p+

p+

VDD

uu =-1V =-1V GS GS
uGS=-2V uGS=-3V

VGG

s

uDS

设:UT= -3V

四个区:
(a)可变电阻区

可变电阻区
i D (mA)

恒流区
uGS=0V

(预夹断前)。
(b)恒流区也称饱和

击穿区
uGS=-1V uGS=-2V uGS=-3V
uDS

区(预夹断 后)。
恒流区的特点: △ iD /△ uGS = gm ≈常数 即: △ iD = gm △ uGS (放大原理) (c)夹断区(截止区)。

截止区

(d)击穿区。

(2)转移特性曲线: iD=f( uGS )│uDS=常数
可根据输出特性曲线作出移特性曲线。 例:作uDS=10V的一条转移特性曲线:
i D (mA) i D (mA)

4 3 2 1

uGS= 0V uGS= -1V uGS= -2V uGS= -3V
u
DS (V)

4 3 2 1
u

10V

-4 -3 -2 -1 0

GS

(V)

4 .场效应管的主要参数
(1) 开启电压UT UT 是MOS增强型管的参数,栅源电压小于开启电压的绝对值, 场效应管不 能导通。 (2)夹断电压UP UP 是MOS耗尽型和结型FET的参数,当uGS=UP时,漏极电流为零。 (3)饱和漏极电流IDSS MOS耗尽型和结型FET, 当uGS=0时所对应的漏极电流。 (4)输入电阻RGS 结型场效应管,RGS大于107Ω,MOS场效应管, RGS可达109~1015Ω。 (5) 低频跨导gm gm反映了栅压对漏极电流的控制作用,单位是mS(毫西门子)。

(6) 最大漏极功耗PDM PDM= UDS ID,与双极型三极管的PCM相当。

5 .双极型和场效应型三极管的比较
双极型三极管 载流子 多子扩散少子漂移 单极型场效应管 少子漂移

输入量 控制 输入电阻
噪声 静电影响

电流输入 电流控制电流源 几十到几千欧
较大 不受静电影响

电压输入 电压控制电流源 几兆欧以上
较小 易受静电影响

制造工艺

不宜大规模集成

适宜大规模和超大 规模集成

3. 2 场效应管放大电路
一. 直流偏置电路 保证管子工作在饱和区,输出信 号不失真 1.自偏压电路
+ VDD Rd
d

计算Q点:UGS 、 ID 、UDS
已知UP ,由
+ uo

C1 + ui


g

T
s

C2

UGS =

- IDR

Rg

ID
R

C


U GS 2 I D ? I DSS (1 ? ) UP
可解出Q点的UGS 、 ID

UGS =- IDR

再求: UDS =VDD- ID (Rd + R )

注意:该电路产生负的栅源电压,所以只能用于需要负栅源电压的电路。

2.分压式自偏压电路
UGS ? UG ? US
? Rg2 Rg1 ? Rg2 VDD ? I D R

计算Q点:

已知UP ,由

Rd Rg 1 C1 + ui Rg 2


+ VDD C2 +

UGS ?

Rg2 Rg1 ? Rg2

VDD ? I D R

d g

U GS 2 I D ? I DSS (1 ? ) UP

T
s

可解出Q点的UGS 、 ID

u o 再求: UDS =VDD- ID (Rd + R ) R C


Rg 3

该电路产生的栅源电压可正 可负,所以适用于所有的场 效应管电路。

二. 场效应管的交流小信号模型
与双极型晶体管一样,场效应管也是一种非线性器件,在交流小信号 情况下,也可以由它的线性等效电路—交流小信号模型来代替。

id
d

id
+
g

+

d

g

+ ugs


ud s
s

+

+

ugs
S


-

-

g mugs

rds u ds S

其中:gmugs是压控电流源,它体现了输入电压对输出电流的控制作用。 称为低频跨导。 rds为输出电阻,类似于双极型晶体管的rce。

三. 场效应管放大电路
1.共源放大电路
Rd Rg 1 C1 + ui Rg 2


+ VDD C2 RL

d g

T
s

+

Rg 3 R

uo -

C

分析: (1)画出共源放大电路的交流小信号等效电路。 (2)求电压放大倍数

ui ? ugs


uos ? ? gmugs ( Rd // RL )

uo Au ? ? ? gm ( Rd // RL ) ui
+ ui Rg 1 Rg 2


(3)求输入电阻

g

d

Ri ? Rg3 ? ( Rg1 // Rg2 )
(4)求输出电阻

Rg 3

+ +

ug s S

RL

g mug s Rd
RO

uo -

Ro ? Rd

Ri

2.共漏放大电路
分析:
(1)画交流小信号等效电路。 (2)电压放大倍数

C1 RS
+

Rg1

d

+ VDD T

s



ui ? ugs ? gmugs ( R // RL )

uS -

Rg3 Rg2

uo ? gm ugs ( R // RL )

uo gm ( R // RL ) Au ? ? ui 1 ? gm ( R // RL )

C2 + uo R d

RL

g

RS
+

+

?1
(3)输入电阻

ui
-

Rg3

ugs


+

g mugs
+

uS -

s

+

Rg1 Rg2

R

Ri ? Rg3 ? ( Rg1 // Rg2 )

uo RL -

Ri

(4)输出电阻
由图有 i ? iR ? gm ugs ?

u R

? gm ugs
1 ? R // gm
d

ugs ? uo
所以
Ro ? u i ?

1 1 ? gm R
g

+

RS

ui
-

Rg 3

ug s
+ s



g mug s
i
+
+

Rg 1 Rg 2 Ro

R Ro

u -

本章小结
1 . FET 分为 JFET 和 MOSFET 两种,工作时只有一种

载流子参与导电,因此称为单极性型晶体管。FET是一种
压控电流型器件,改变其栅源电压就可以改变其漏极电流。 2.FET放大器的偏置电路与BJT放大器不同,主要有自 偏压式和分压式两种。 3. FET放大电路也有三种组态:共源、共漏和共栅。 电路的动态分析需首先利用FET的交流模型建立电路的交 流等效电路,然后再进行计算,求出电压放大倍数、输入 电阻、输出电阻等量。


推荐相关:

MOS管工作原理讲解_图文.ppt

MOS管工作原理讲解 - 1 5.1 金属-氧化物-半导体(MOS)场效应管 5

MOS管工作原理_图文.ppt

MOS管工作原理 - 第三章 场效应管放大器 3.1 场效应管 ? 绝缘栅场效应

MOS管电路工作原理及详解_图文.ppt

MOS管电路工作原理及详解 - 电路符号 电路符号篇 电路符号 开始之前,一个小

MOS管工作原理详解_图文.ppt

MOS管工作原理详解 - 详细分析MOS管工作原理并举例说明如何应用... MOS管工作原理详解_信息与通信_工程科技_专业资料。详细分析MOS管工作原理并举例说明如何应用 ...

最经典MOS管电路工作原理及详解没有之一_图文.pdf

最经典MOS管电路工作原理及详解没有之一 - 帮助初学MOS管的同学,详细深入地

MOS管演示文档《MOS管电路工作原理及详解》超详细1_图文.ppt

MOS管演示文档《MOS管电路工作原理及详解》超详细1 - 电路符号 电路符号篇

详细讲解MOS管工作原理_图文.pdf

详细讲解MOS管工作原理 - 详细讲解 MOSFET 管驱动电路 在使用 MOS

MOS管电路工作原理精讲PPT_图文.ppt

MOS管电路工作原理精讲PPT_电子/电路_工程科技_专业资料。MOS管 工作原理 深入讲解 电路符号 1.电路符号 篇 电路符号 开始之前,一个小测试:请回答: 哪个脚是S...

MOS管原理_非常详细_图文.ppt

MOS管原理_非常详细 - MOS管的那些事儿 2012.11.15 呵呵,让我

MOS管电路工作原理及详解_图文.ppt

MOS管电路工作原理及详解 - 电路符号 电路符号篇 电路符号 开始之前,一个小

MOS管工作原理讲解_图文.ppt

MOS管工作原理讲解 - 5.1 金属-氧化物-半导体(MOS)场效应管 5.2

MOS管工作原理_图文.ppt

MOS管工作原理 - CTGU Fundamental of Electroni

MOS管工作原理讲解_图文.ppt

MOS管工作原理讲解 - 1 5.1 金属-氧化物-半导体(MOS)场效应管 5

6-MOS管工作原理_图文.ppt

6-MOS管工作原理 - 第6章 MOS管工作原理 主讲教师:任建 6.0 MO

MOS管电路工作原理及详解_图文.pdf

发布评论 用户评价 这篇文档有word格式吗?MOS管电路工作原理及详解 2018-06-26 07:54:12 谢谢!,MOS管电路工作原理及详解 2018-06-26 05:04:49 文档...

MOS管工作原理讲解_图文.ppt

MOS管工作原理讲解 - 5 场效应管放大电路 1 5.1 金属-氧化物-半导体

MOS管电路工作原理及详解23753_图文.ppt

MOS管电路工作原理及详解23753 - 电路符号 电路符号篇 电路符号 开始之

MOS管工作原理讲解优质资料_图文.ppt

MOS管工作原理讲解优质资料 - 1 5.1 金属-氧化物-半导体(MOS)场效

MOS管工作原理详细讲解_图文.pdf

MOS管工作原理详细讲解_信息与通信_工程科技_专业资料。 您的评论 发布评论 用户评价 good,MOS管工作原理详细讲解 2018-06-29 13:10:13 这篇文档有word格式...

三极管MOS管工作原理及详解---文本资料_图文.ppt

三极管MOS管工作原理及详解---文本资料 - 1.3.1 概述 半导体三极管,

网站首页 | 网站地图
All rights reserved Powered by 学霸学习网 www.tceic.com
copyright ©right 2010-2021。
文档资料库内容来自网络,如有侵犯请联系客服。zhit325@126.com