绝缘栅场效应晶体管工作原理及特性

绝缘栅场效应晶体管工作原理及特性
绝缘栅场效应晶体管工作原理及特性

绝缘栅场效应晶体管工作原理及特性

场效应管(MOSFET是一种外形与普通晶体管相似,但控制特性不同的半导体器件。它的

输入电阻可高达1015W而且制造工艺简单,适用于制造大规模及超大规模集成电路。场效应管也称为MOS t,按其结构不同,分为结型场效应晶体管和绝缘栅场效应晶体管两种类型。在本文只简单介绍后一种场效应晶体管。

绝缘栅场效应晶体管按其结构不同,分为N沟道和P沟道两种。每种又有增强型和耗尽

型两类。下面简单介绍它们的工作原理。

1、增强型绝缘栅场效应管

2、图6-38是N沟道增强型绝缘栅场效应管示意图。

在一块掺杂浓度较低的P型硅衬底上,用光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的N+区, 并用金属铝引出两个电极,称为漏极D和源极S如图6-38(a)所示。然后在半导体表面覆盖

一层很薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层,在漏-源极间的绝缘层上再装一个铝电极,称为栅极G

另外在衬底上也引出一个电极B,这就构成了一个N沟道增强型MOS f。它的栅极与其他电

极间是绝缘的。图6-38(b)所示是它的符号。其箭头方向表示由P(衬底)指向N(沟道)。

源极s tiffiG m

引纯

? N旳道增强型场效应管紡拘示胃图低州沟道壇强型场效应管符号

图6-38 N沟道增强型场效应管

场效应管的源极和衬底通常是接在一起的(大多数场效应管在出厂前已联结好)。从图6-39(a)

可以看出,漏极D和源极S之间被P型存底隔开,则漏极D和源极S之间是两个背靠背的PN结。当栅-源电压UGS=0寸,即使加上漏-源电压UDS而且不论UDS的极性如何,总有一个PN结处于

反偏状态,漏-源极间没有导电沟道,所以这时漏极电流ID - 0。

若在栅-源极间加上正向电压,即UGS> 0,则栅极和衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场,这个电场能排斥空穴而吸引电子,因而使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥,剩下不能移动的受主离子(负离子),形成耗尽层,同

时P衬底中的电子(少子)被吸引到衬底表面。当UGS数值较小,吸引电子的能力不强时,漏-源极之间仍无导电沟道出现,如图6-39(b)所示。UGS增加时,吸引到P衬底表面层的电子

就增多,当UGS达到某一数值时,这些电子在栅极附近的P衬底表面便形成一个N型薄层,

且与两个N+区相连通,在漏-源极间形成N型导电沟道,其导电类型与P衬底相反,故又称

为反型层,如图6-39(c)所示。UGS越大,作用于半导体表面的电场就越强,吸引到P衬底

i 1

计底引红

G 〕即掏?.首増歸犁捕效应胃导申沟i 首肘导诵 图

6-39 N 沟道增强型场效应管的沟道形成图

由上述分析可知,N 沟道增强型场效应管在 UGSc UT 时,不能形成导电沟道,场效应管 处于

截止状态。只有当 UG2UT 时,才有沟道形成,此时在漏 -源极间加上正向电压 UDS 才有漏极电流ID 产生。而且UGS 曽大时,沟道变厚,沟道电阻减小,

ID 增大。这是N 沟道

增强型场效应管的栅极电压控制的作用,因此,场效应管通常也称为压控三极管。

N 沟道增强型场效应管的输出特性曲线和转移特性曲线如图

6-40和图6-41所示。

图6-40 N 沟道增强型场效应管的输出特性曲线

表面的电子就越多,导电沟道越厚,沟道电阻越小。我们把开始形成沟道时的栅 称为开启电压,用 UT 表示。

-源极电压

%

|| |F ------

P

!_

]衬底亍I 维~

(a) K 轲道増運型场如諦极和衬底的联結

------------- 甘衬庇引线

⑹冋祠逍増祖药沁育旳电境

1J

VS/VSS L XZ.

N .

2 ?耗尽型绝缘栅场效应管

从结构上看,N沟道耗尽型场效应管与N沟道增强型场效应管基本相似,其区别仅在于当栅-源极间电压UGS= 0时,耗尽型场效应管中的漏-源极间已有导电沟道产生,而增强型MOSf要在UGS^U T时才出现导电沟道。原因是制造N沟道耗尽型场效应管时,在SiO2绝

缘层中掺入了大量的碱金属正离子Na+或K+(制造P沟道耗尽型场效应管时掺入负离子),如

图6-42(a)所示,因此即使UGS=0在这些正离子产生的电场作用下,漏-源极间的P型衬底

表面也能感应生成N沟道(称为初始沟道),只要加上正向电压UDS就有电流ID。如果加上正的UGS栅极与N沟道间的电场将在沟道中吸引来更多的电子,沟道加宽,沟道电阻变小,ID增大。反之,UGS为负时,沟道中感应的电子减少,沟道变窄,沟道电阻变大,ID减小。当UGS负向增加到某一数值时,导电沟道消失,ID趋于零,该管截止,故称为耗尽型。沟

道消失时的栅-源电压称为夹断电压,用UP表示,为负值。在UGS=0 UGS>0 UP

情况下均能实现对ID的控制,而且仍能保持栅-源极间有很大的绝缘电阻,使栅极电流下均能实现对ID的控制,而且仍能保持栅-源极间有很大的绝缘电阻,使栅极电流为零。这是耗

尽型场效应管的一个重要特点。

图6-42 N沟道耗尽型场效应管

耗尽层N型沟道(初始沟道)

I1

■J1) N徇道耗尽型场效应管结梅示富圈(h)尽型场效应菅符号

图6-42(b)是N沟道耗尽型场效应管的代表符号。图6-43是N沟道耗尽型场效应管的

输出特性曲线,图6-44是N沟道耗尽型场效应管的转移特性曲线。实验表明,耗尽型场效应管的转移特性可近似用表示

以上介绍了N沟道绝缘栅场效应增强型和耗尽型管,实际上P沟道也有增强型和耗尽型,

其符号如图6-45所示。

图6-45 P沟道绝缘栅场效应晶体管

6)P沟道增强型场效应管符号

厂?

◎衬底

Qjo -------- -----

站S

(b) P沟道耗尽型场效应管符号

绝缘栅场效应管还有一个表示放大能力的参数,

即跨导,用符号gm 表示。 漏一源电压UDS 为常数时,漏极电流的增量 AID 对引起这一变化的栅一源电压 值, 即

跨导是衡量场效应晶体管栅一源电压对漏极电流控制能力的一个重要参数,

卩 A/V 或 mA/U

(6-23)

跨导gm 是当

AUDS 的比

它的单位是

场效应晶体管特性

场效应管(FET)是利用控制输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件,并以此命名。由于它仅靠半导体中的多数载流子导电,又称单极型晶体管。 工作原理场效应管工作原理用一句话说,就是“漏极-源极间流经沟道的漏极电流,用以栅极与沟道间的pn结形成的反偏的栅极电压控制漏极电流ID”。更正确地说,漏极电流ID流经通路的宽度,即沟道截面积,它是由pn结反偏的变化,产生耗尽层扩展变化控制的缘故。在VGS=0的非饱和区域,表示的过渡层的扩展因为不很大,根据漏极-源极间所加VDS的电场,源极区域的某些电子被漏极拉去,即从漏极向源极有电流漏极电流ID流动。从门极向漏极扩展的过度层将沟道的一部分构成堵塞型,漏极电流ID饱和。将这种状态称为夹断。这意味着过渡层将沟道的一部分阻挡,并不是电流被切断。 在过渡层由于没有电子、空穴的自由移动,在理想状态下几乎具有绝缘特性,通常电流也难流动。但是此时漏极-源极间的电场,实际上是两个过渡层接触漏极与门极下部附近,由于漂移电场拉去的高速电子通过过渡层。因漂移电场的强度几乎不变产生ID的饱和现象。其次,VGS向负的方向变化,让VGS=VGS(off),此时过渡层大致成为覆盖全区域的状态。而且VDS的电场大部分加到过渡层上,将电子拉向漂移方向的电场,只有靠近源极的很短部分,这更使电流不能流通。 分类场效应管分为结型场效应管(JFET)和绝缘栅场效应管(MOS管)两大类。 按沟道材料型和绝缘栅型各分N沟道和P沟道两种;按导电方式:耗尽型与增强型,结型场效应管均为耗尽型,绝缘栅型场效应管既有耗尽型的,也有增强型的。 场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管,而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型;P沟耗尽型和增强型四大类。 场效应管与双极性晶体管的比较,场效应管具有如下特点。 1. 场效应管是电压控制器件,栅极基本不取电流,它通过VGS(栅源电压)来控制ID(漏 极电流);而晶体管是电流控制器件,基极必须取一定的电流。因此,在信号源额定电流极小的情况,应选用场效应管。 2. 场效应管是多子导电,而晶体管的两种载流子均参与导电。由于少子的浓度对温度、 辐射等外界条件很敏感,因此,它的温度稳定性较好;对于环境变化较大的场合,采用场效应管比较合适。 3. 场效应管的源极和漏极在结构上是对称的,可以互换使用,耗尽型MOS 管的栅——源电压可正可负。因此,使用场效应管比晶体管灵活。 4 . 场效应管除了和晶体管一样可作为放大器件及可控开关外,还可作压控可变线性电阻使用 特点与双极型晶体管相比,(1)场效应管的控制输入端电流极小,因此它的输入电阻很大。 (2)场效应管的抗辐射能力强; (3)由于不存在杂乱运动的电子扩散引起的散粒噪声,所以噪声低。

场效应管工作原理 1

场效应管工作原理(1) 场效应晶体管(Field Effect Transistor缩写(FET))简称场效应管。一般的晶体管是由两种极性的载流子,即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电,因此称为双极型晶体管,而FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件,具有输入电阻高(108~109?)、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点,现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。 一、场效应管的分类 场效应管分结型、绝缘栅型两大类。结型场效应管(JFET)因有两个PN结而得名,绝缘栅型场效应管(JGFET)则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。目前在绝缘栅型场效应管中,应用最为广泛的是MOS场效应管,简称MOS管(即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET);此外还有PMOS、NMOS和VMOS 功率场效应管,以及最近刚问世的πMOS场效应管、VMOS功率模块等。 按沟道半导体材料的不同,结型和绝缘栅型各分沟道和P沟道两种。若按导电方式来划分,场效应管又可分成耗尽型与增强型。结型场效应管均为耗尽型,绝缘栅型场效应管既有耗尽型的,也有增强型的。 场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管。而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型;P沟耗尽型和增强型四大类。见下图。 二、场效应三极管的型号命名方法 现行有两种命名方法。第一种命名方法与双极型三极管相同,第三位字母J代表结型场效应管,O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料,D是P型硅,反型层是N沟道;C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D是结型N沟道场

场效应管特性

根据三极管的原理开发出的新一代放大元件,有3个极性,栅极,漏极,源极,它的特点是栅极的内阻极高,采用二氧化硅材料的可以达到几百兆欧,属于电压控制型器件 -------------------------------------------------------------- 1.概念: 场效应晶体管(Field Effect Transistor缩写(FET))简称场效应管.由多数载流子参与导电,也称为单极型晶体管.它属于电压控制型半导体器件. 特点: 具有输入电阻高(100000000~1000000000Ω)、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点,现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者. 作用: 场效应管可应用于放大.由于场效应管放大器的输入阻抗很高,因此耦合电容可以容量较小,不必使用电解电容器. 场效应管可以用作电子开关. 场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换.常用于多级放大器的输入级作阻抗变换.场效应管可以用作可变电阻.场效应管可以方便地用作恒流源. 2.场效应管的分类:

场效应管分结型、绝缘栅型(MOS)两大类 按沟道材料:结型和绝缘栅型各分N沟道和P沟道两种. 按导电方式:耗尽型与增强型,结型场效应管均为耗尽型,绝缘栅型场效应管既有耗尽型的,也有增强型的。 场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管,而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型;P沟耗尽型和增强型四大类.见下图: 3.场效应管的主要参数: Idss —饱和漏源电流.是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中,栅极电压UGS=0时的漏源电流. Up —夹断电压.是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中,使漏源间刚截止时的栅极电压. Ut —开启电压.是指增强型绝缘栅场效管中,使漏源间刚导通时的栅极电压. gM —跨导.是表示栅源电压UGS —对漏极电流ID的控制能力,即漏极电流ID变化量与栅源电压UGS变化量的比值.gM 是衡量场效应管放大能力的重要参数. BVDS —漏源击穿电压.是指栅源电压UGS一定时,场效应管正常工作所能承受的最大漏源电压.这是一项极限参数,加在场效应管上的工作电压必须小于BVDS. PDSM —最大耗散功率,也是一项极限参数,是指场效应管性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率.使用时,场效应管实际功耗应小于PDSM并留有一定余量. IDSM —最大漏源电流.是一项极限参数,是指场效应管正常工作时,漏源间所允许通过的最大电流.场效应管的工作电流不应超过IDSM Cds---漏-源电容 Cdu---漏-衬底电容 Cgd---栅-源电容 Cgs---漏-源电容 Ciss---栅短路共源输入电容 Coss---栅短路共源输出电容 Crss---栅短路共源反向传输电容 D---占空比(占空系数,外电路参数) di/dt---电流上升率(外电路参数) dv/dt---电压上升率(外电路参数) ID---漏极电流(直流) IDM---漏极脉冲电流 ID(on)---通态漏极电流 IDQ---静态漏极电流(射频功率管)

(完整版)对场效应管工作原理的理解

如何理解场效应管的原理,大多数书籍和文章都讲的晦涩难懂,给初学的人学习造成很大的难度,要深入学习就越感到困难,本人以自己的理解加以解释,希望对初学的人有帮助,即使认识可能不是很正确,但对学习肯定有很大的帮助。 场效应管的结构 场效应管是电压控制器件,功耗比较低。而三极管是电流控制器件,功耗比较高。但场效应管制作工艺比三极管复杂,不过可以做得很小,到纳米级大小。所以在大规模集成电路小信号处理方面得到广泛的应用。对大电流功率器件处理比较困难,不过目前已经有双场效应管结构增加电流负载能力,也有大功率场管出现,大有取代三极管的趋势。场效应管具有很多比三极管优越的性能。 结型场效应管的结构 结型场效应管又叫JFET,只有耗尽型。 这里以N沟道结型场效应管为例,说明结型场效应管的结构及基本工作原理。图为N沟道结型场效应管的结构示意图。在一块N型硅,材料(沟道)上引出两个电极,分别为源极(S)和漏极(D)。在它的两边各附一小片P型材料并引出一个电极,称为栅极(G)。这样在沟道和栅极间便形成了两个PN结。当栅极开路时,沟道相当于一个电阻,其阻值随型号而不同,一般为数百欧至数千欧。如果在漏极及源极之间加上电压U Ds,就有电流流过,I D将随U DS的增大而增大。如果给管子加上负偏差U GS时,PN结形成空间电荷区,其载流子很少,因而也叫耗尽区(如图a中阴影区所示)。其性能类似于绝缘体,反向偏压越大,耗尽区越宽,沟道电阻就越大,电流减小,甚至完全截止。这样就达到了利用反向偏压所产生的电场来控制N型硅片(沟道)中的电流大小的目的。 注:实际上沟道的掺杂浓度非常小,导电能力比较低,所以有几百到几千欧导通电阻。而且是PN结工作在反向偏置的状态。刚开机时,如果负偏置没有加上,此时I D是最大的。 特点:1,GS和GD有二极管特性,正向导通,反向电阻很大 2:DS也是导通特性,阻抗比较大 3:GS工作在反向偏置的状态。 4:DS极完全对称,可以反用,即D当做S,S当做D。 从以上介绍的情况看,可以把场效应管与一般半导体三极管加以对比,即栅极相当于基极,源极相当于发射极,漏极相当于集电极。如果把硅片做成P型,而栅极做成N型,则成为P沟道结型场效应管。结型场效应管的符号如图b所示。

MOS管i-v特性

一、实验目的 分析mos晶体管i-v特性分析 二、实验要求 了解结型场效应管和MOS管的工作原理、特性曲线及主要参数 三、实验内容 1、MOS器件的结构介绍 2、MOS的工作原理 3、i-v特性曲线 图1 原理图

1.特性曲线和电流方程 输出特性曲线 与结型场效应管一样,其输出特性曲线也可分为可变电阻区、饱和区、截止 区和击穿区几部分。 转移特性曲线 转移特性曲线如图1(b)所示,由于场效应管作放大器件使用时是工作在饱和 区(恒流区),此时i D 几乎不随v DS 而变化,即不同的v DS 所对应的转移特性曲线几乎是重合的,所以可用v DS 大于某一数值(v DS >v GS -V T )后的一条转移特性曲线代替饱和区的所有转移特性曲线. i D 与v GS 的近似关系 与结型场效应管相类似。在饱和区内,i D 与v GS 的近似关系式为 ( v GS > V T ) 式中I DO 是v GS =2V T 时的漏极电流i D 。 2.参数 2 GS DO D )1(-=T V v I i

MOS管的主要参数与结型场效应管基本相同,只是增强型MOS管中不用夹断电压V P,而用开启电压V T表征管子的特性。 MOS管 1. 基本结构 原因:制造N沟道耗尽型MOS管时,在SiO2绝缘层中掺入了大量的碱金属正离子Na+或K+(制造P沟道耗尽型MOS管时掺入负离子),如图1(a)所示,因此即使v GS=0时,在这些正离子产生的电场作用下,漏-源极间的P型衬底表面也能感应生成N沟道(称为初始沟道),只要加上正向电压v DS,就有电流i D。 如果加上正的v GS,栅极与N沟道间的电场将在沟道中吸引来更多的电子,沟道加宽,沟道电阻变小,i D增大。反之v GS为负时,沟道中感应的电子减少,沟道变窄,沟道电阻变大,i D减小。当v GS负向增加到某一数值时,导电沟道消失,i D趋于零,管子截止,故称为耗尽型。沟道消失时的栅-源电压称为夹断电压,仍用V P表示。与N沟道结型场效应管相同,N沟道耗尽型MOS管的夹断电压V P也为负值,但是,前者只能在v GS<0的情况下工作。而后者在v GS=0,v GS>0,V P

三极管的工作原理

三极管的工作原理集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#

项目一三极管的工作原理 三极管,全称应为半导体三极管,也称晶体管、晶体三极管,是一种电流控制电流的半导体器件其作用是把微弱信号放大成辐值较大的电信号,也用作无触点开关。晶体三极管,是半导体基本元器·件之一,具有电流放大作用,是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结,两个PN结把整块半导体分成三部分,中间部分是基区,两侧部分是发射区和集电区,排列方式有PNP和NPN两种。三极管是电流放大器件,有三个极,分别叫做集电极C,基极B,发射极E。分成NPN 和PNP两种。我们仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。下图是各种常用三极管的实物图和符号。 一、三极管的电流放大作用 下面的分析仅对于NPN型硅三极管。如上图所示,我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib;把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流 Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的,所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用就是:集电极电流受基极电流的控制(假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话),并且基极电流很小的变化,会引起集电极电流很大的变化,且变化满足一定的比例关系:集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍,即电流变化被放大了β倍,所以我们把β叫做三极管的放大倍数(β一般远大于1,例如几十,几百)。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间,这就会引起基极电流Ib的变化,Ib的变化被放大后,导致了Ic很大的变化。如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的,那么根据电压计算公式 U=R*I 可以算得,这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来,就得到了放大后的电压信号了。 二、三极管的偏置电路 三极管在实际的放大电路中使用时,还需要加合适的偏置电路。这有几个原因。首先是由于三极管BE结的非线性(相当于一个二极管),基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生(对于硅管,常取)。当基极与发射极之间的电压小于时,基极电流就可以认为是0。但实际中要放大的信号往往远比要小,如果不加偏置的话,这么小的信号就不足以引起基极电流的改变(因为小于时,基极电流都是0)。如果我们事先在三极管的基 极上加上一个 合适的电流 (叫做偏置电 流,上图中那 个电阻Rb就 是用来提供这 个电流的,所 以它被叫做基 极偏置电 阻),那么当 一个小信号跟 这个偏置电流 叠加在一起 时,小信号就

场效应管工作原理

场效应管工作原理 MOS场效应管电源开关电路。 这是该装置的核心,在介绍该部分工作原理之前,先简单解释一下MOS 场效应管的工作原理。 MOS 场效应管也被称为MOS FET,既Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor(金属氧化物半导体场效应管)的缩写。它一般有耗尽型和增强型两种。本文使用的为增强型MOS场效应管,其内部结构见图5。它可分为NPN型PNP 型。NPN型通常称为N沟道型,PNP型也叫P沟道型。由图可看出,对于N沟道的场效应管其源极和漏极接在N型半导体上,同样对于P沟道的场效应管其源极和漏极则接在P型半导体上。我们知道一般三极管是由输入的电流控制输出的电流。但对于场效应管,其输出电流是由输入的电压(或称电场)控制,可以认为输入电流极小或没有输入电流,这使得该器件有很高的输入阻抗,同时这也是我们称之为场效应管的原因。

为解释MOS场效应管的工作原理,我们先了解一下仅含有一个P—N结的二极管的工作过程。如图6所示,我们知道在二极管加上正向电压(P端接正极,N端接负极)时,二极管导通,其PN结有电流通过。这是因为在P型半导体端为正电压时,N型半导体内的负电子被吸引而涌向加有正电压的P型半导体端,而P 型半导体端内的正电子则朝N型半导体端运动,从而形成导通电流。同理,当二极管加上反向电压(P端接负极,N端接正极)时,这时在P型半导体端为负电压,正电子被聚集在P型半导体端,负电子则聚集在N型半导体端,电子不移动,其PN结没有电流通过,二极管截止。 对于场效应管(见图7),在栅极没有电压时,由前面分析可知,在源极与漏极之间不会有电流流过,此时场效应管处与截止状态(图7a)。当有一个正电压加在N沟道的MOS场效应管栅极上时,由于电场的作用,此时N型半导体的源极和漏极的负电子被吸引出来而涌向栅极,但由于氧化膜的阻挡,使得电子聚集在

绝缘栅场效应晶体管工作原理及特性

绝缘栅场效应晶体管工作原理及特性 场效应管(MOSFET是一种外形与普通晶体管相似,但控制特性不同的半导体器件。它的 输入电阻可高达1015W而且制造工艺简单,适用于制造大规模及超大规模集成电路。场效应管也称为MOS t,按其结构不同,分为结型场效应晶体管和绝缘栅场效应晶体管两种类型。在本文只简单介绍后一种场效应晶体管。 绝缘栅场效应晶体管按其结构不同,分为N沟道和P沟道两种。每种又有增强型和耗尽 型两类。下面简单介绍它们的工作原理。 1、增强型绝缘栅场效应管 2、图6-38是N沟道增强型绝缘栅场效应管示意图。 在一块掺杂浓度较低的P型硅衬底上,用光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的N+区, 并用金属铝引出两个电极,称为漏极D和源极S如图6-38(a)所示。然后在半导体表面覆盖 一层很薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层,在漏-源极间的绝缘层上再装一个铝电极,称为栅极G 另外在衬底上也引出一个电极B,这就构成了一个N沟道增强型MOS f。它的栅极与其他电 极间是绝缘的。图6-38(b)所示是它的符号。其箭头方向表示由P(衬底)指向N(沟道)。 源极s tiffiG m 引纯 ? N旳道增强型场效应管紡拘示胃图低州沟道壇强型场效应管符号 图6-38 N沟道增强型场效应管 场效应管的源极和衬底通常是接在一起的(大多数场效应管在出厂前已联结好)。从图6-39(a) 可以看出,漏极D和源极S之间被P型存底隔开,则漏极D和源极S之间是两个背靠背的PN结。当栅-源电压UGS=0寸,即使加上漏-源电压UDS而且不论UDS的极性如何,总有一个PN结处于 反偏状态,漏-源极间没有导电沟道,所以这时漏极电流ID - 0。 若在栅-源极间加上正向电压,即UGS> 0,则栅极和衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场,这个电场能排斥空穴而吸引电子,因而使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥,剩下不能移动的受主离子(负离子),形成耗尽层,同 时P衬底中的电子(少子)被吸引到衬底表面。当UGS数值较小,吸引电子的能力不强时,漏-源极之间仍无导电沟道出现,如图6-39(b)所示。UGS增加时,吸引到P衬底表面层的电子 就增多,当UGS达到某一数值时,这些电子在栅极附近的P衬底表面便形成一个N型薄层, 且与两个N+区相连通,在漏-源极间形成N型导电沟道,其导电类型与P衬底相反,故又称 为反型层,如图6-39(c)所示。UGS越大,作用于半导体表面的电场就越强,吸引到P衬底

场效应管工作原理

场效应管工作原理

场效应管工作原理 场效应晶体管(Field Effect Transistor缩写(FET))简称场效应管。一般的晶体管是由两种极性的载流子,即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电,因此称为双极型晶体管,而FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件,具有输入电阻高(108~109Ω)、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点,现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。 一、场效应管的分类 场效应管分结型、绝缘栅型两大类。结型场效应管(JFET)因有两个PN结而得名,绝缘栅型场效应管(JGFET)则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。目前在绝缘栅型场效应管中,应用最为广泛的是MOS场效应管,简称MOS管(即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET);此外还有PMOS、NMOS和VMOS功率场效应管,以及最近刚问世的πMOS场效应管、VMOS功率模块等。 按沟道半导体材料的不同,结型和绝缘栅型各分沟道和P沟道两种。若按导电方式来划分,场效应管又可分成耗尽型与增强型。结型场效应管均为耗尽型,绝缘栅型场效应管既有耗尽型的,也有增强型的。 场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管。而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型;P沟耗尽型和增强型四大类。见下图。 二、场效应三极管的型号命名方法 现行有两种命名方法。第一种命名方法与双极型三极管相同,第三位字母J代表结型场效应管,O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料,D是P型硅,反型层是N沟道;C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D

绝缘栅型场效应管之图解

绝缘栅型场效应管之图解 绝缘栅型场效应管之图解 绝缘栅型场效应管是一种利用半导体表面的电场效应,由感应电荷的多少改变导电沟道来控制漏极电流的器件,它的栅极与半导体之间是绝缘的,其电阻大于1000000000Ω。 增强型:VGS=0时,漏源之间没有导电沟道,在VDS作用下无iD。耗尽型:VGS=0时,漏源之间有导电沟道,在VDS作用下iD。 1. 结构和符号(以N沟道增强型为例) 在一块浓度较低的P型硅上扩散两个浓度较高的N型区作为漏极和源极,半导体表面覆盖二氧化硅绝缘层并引出一个电极作为栅极。 N沟道绝缘栅型场效应管结构动画 其他MOS管符号

2. 工作原理(以N沟道增强型为例) (1) VGS=0时,不管VDS极性如何,其中总有一 个PN结反偏,所以不存在导电沟道。 VGS =0, ID =0 VGS必须大于0 管子才能工作。 (2) VGS>0时,在Sio2介质中产生一个垂直于半导体表面的电场,排斥P区多子空穴而吸引少子电子。当VGS达到一定值时P区表面将形成反型层把两侧的N 区沟通,形成导电沟道。 VGS >0→g吸引电子→反型层→导电沟道 VGS↑→反型层变厚→ VDS ↑→ID↑

(3) VGS≥VT时而VDS较小时: VDS↑→ID ↑ VT:开启电压,在VDS作用下开始导电时的VGS° VT = VGS —VDS

3. 特性曲线(以N沟道增强型为例) 场效应管的转移特性曲线动画 4.其它类型MOS管 (1)N沟道耗尽型:制造时在栅极绝缘层中掺有大量的正离子,所以即使在VGS=0时,由于正离子的作用,两个N区之间存在导电沟道(类似结型场效应管)。

MOS 场效应管的工作原理及特点

MOS 场效应管的工作原理及特点 场效应管是只有一种载流子参与导电,用输入电压控制输出电流的半导体器件。有N沟道器件和P 沟道器件。有结型场效应三极管JFET(Junction Field Effect Transister)和绝缘栅型场效应三极管IGFET( Insulated Gate Field Effect Transister) 之分。IGFET也称金属-氧化物-半导体三极管MOSFET (Metal Oxide SemIConductor FET)。 MOS场效应管 有增强型(Enhancement MOS 或EMOS)和耗尽型(Depletion)MOS或DMOS)两大类,每一类有N沟 道和P沟道两种导电类型。场效应管有三个电极: D(Drain) 称为漏极,相当双极型三极管的集电极; G(Gate) 称为栅极,相当于双极型三极管的基极; S(Source) 称为源极,相当于双极型三极管的发射极。 增强型MOS(EMOS)场效应管 道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构,它是在P型半导体上生成一层SiO2 薄膜绝缘层,然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区,从N型区引出电极,一个是漏极D,一个是源极S。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。P型半导体称为衬底(substrat),用符号B表示。 一、工作原理 1.沟道形成原理

当Vgs=0 V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,不会在D、S间形成电流。当栅极加有电压时,若0<Vgs<Vgs(th)时(VGS(th) 称为开启电压),通过栅极和衬底间的电容作用,将靠近栅极下方的P型半导体中的空穴向下方排斥,出现了一薄层负离子的耗尽层。耗尽层中的少子将向表层运动,但数量有限,不足以形成沟道,所以仍然不足以形成漏极电流ID。 进一步增加Vgs,当Vgs>Vgs(th)时,由于此时的栅极电压已经比较强,在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子,可以形成沟道,将漏极和源极沟通。如果此时加有漏源电压,就可以形成漏极电流ID。在栅极下方形成的导电沟道中的电子,因与P型半导体的载流子空穴极性相反,故称为反型层(inversion layer)。随着Vgs的继续增加,ID将不断增加。 在Vgs=0V时ID=0,只有当Vgs>Vgs(th)后才会出现漏极电流,这种MOS管称为增强型MOS管。 VGS对漏极电流的控制关系可用iD=f(vGS)|VDS=const这一曲线描述,称为转移特性曲线,见图。 转移特性曲线斜率gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。gm 的量纲为mA/V,所以gm也 称为跨导。 跨导的定义式如下: gm=△ID/△VGS| (单位mS) 2.Vds对沟道导电能力的控制 当Vgs>Vgs(th),且固定为某一值时,来分析漏源电压Vds对漏极电流ID的影响。Vds的不同变化对沟 道的影响如图所示。 根据此图可以有如下关系 VDS=VDG+VGS= —VGD+VGS VGD=VGS—VDS 当VDS为0或较小时,相当VGD>VGS(th),沟道呈斜线分布。在紧靠漏极处,沟道达到开启的程度以上,

绝缘栅型场效应管之图解

绝缘栅型场效应管之图解 绝缘栅型场效应管之图解 N 沟道绝缘栅型场效应管结构动画 其他MOS 管符号 绝缘栅型场效应管是一种利用半导体表面的电场效应,由感应电荷的多少改变导 电沟道来控制漏极电流的器件,它的栅极与半导体之间是绝缘的,其电阻大于 增强型:VGS=0时,漏源之间没有导电沟道, 漏源之间有导电沟道,在 VDS 作用下iD 。 1.结构和符号(以 在一块浓度较低的 覆盖二氧化硅绝缘层并引出一个电极作为栅极。 N 沟道增强型为例) P 型硅上扩散两个浓度较高的 P 衬底 00 Qo 在VDS 作用下无iD o 耗尽型:VGS=0时, N 型区作为漏极和源极,半导体表面 D W S N 沟ifi 箭头 问里 衬 底斷开 S 心 1 I

衬底 S N沟道 衬底 2.工作原理(以N沟道增强型为例) (1) VGS=0时,不管VDS极性如何,其中总有一个PN结反偏,所以不存在导电沟道。 VGS =0 ID =0 VGS必须大于0 管子才能工作。 (2) VGS>0时,在Sio2介质中产生一个垂直于半导 体表面的电场,排斥P区多子空穴而吸引少子电子。

T|l 戶 -iH Vos g TTI d n - VGS 达到一定值时P 区表面将形成反型层把两侧的 沟通,形成导电沟道。 VGS >A g 吸引电子7反型层7导电沟道 VGSf f 反型层变厚7 VDS ID ?

⑶VGS> VT时而VDS较小时: VDS— ID t VT:开启电压,在VDS作 用下开始导电时的VGS VT = VGS —VDS V DS V GS V GS

3. 特性曲线(以N 沟道增强型为例) 场效应管的转移特性曲线动画 g =丿着-1)2 Aa (j 是%卅=2齐?|【寸的//丫 4. 其它类型MOS 管 制造时在栅极绝缘层中掺有大量的正离子, 所以即使在VGS=0时, N 区之间存在导电沟道(类似结型场效应管)。 4/D 4- 2- K 夹端轨迹 \bs-6V 壯严厲V s ■ ■ _ _2y ; n I I I I I ■ 2 4 6 8 iO 12 (1) N 沟道耗尽 型: 由于正离子的作用, PN 结 衬底 -4 J Vbs=5 I ! ^GS g

-放大电路的组成及工作原理

2.4 放大电路的组成及工作原理 参考教材:《模拟电子技术基础》孙小子张企民主编西安:西安电子科技大学出版社 一、教学目标及要求 1、通过本次课的教学,使学生了解晶体管组成的基本放大电路的三种类型, 掌握放大电路的组成元器件及各元器件的作用,理解放大电路的工作原理。 2、通过本节课的学习,培养学生定性分析学习意识,使学生掌握理论结合生 活实际的分析能力。 二、教学重点 1、共发射极放大电路的组成元器件及各元器件作用; 2、共发射极放大电路的工作原理。 三、教学难点 1、共发射极放大电路的组成元器件及各元器件作用; 2、共发射极放大电路的工作原理。 四、教学方法及学时 1、讲授法 2、1个学时 五、教学过程 (一)导入新课 同学们,上节课我们已经学习了晶体管内部载流子运动的特性以及由此引起的晶体管的一些外部特性,比如说晶体管的输入输出特性等,在这里,我要强调一下,我们需要把更多的注意力放在关注晶体管的外部特性上,而没有必要细究内部载流子的特点。由晶体管的输出特性,我们知道,当晶体管的外部工作条件不同时,晶体管可以工作在三个不同的区间。分别为:放大区、截止区、饱和区,其中放大区是我们日常生活中较为常用的一种工作区间。大家是否还记得,晶体管工作在放大区时所需要的外部条件是什么吗(发射结正偏,集电结反偏)?这节课,我们将要进入一个晶体管工作在放大区时,在实际生活中应用的新内容学习。 2.4放大器的组成及工作原理 一、放大的概念 放大:利用一定的外部工具,使原物体的形状或大小等一系列属性按一定的比例扩大的过程。日常生活中,利用扩音机放大声音,是电子学中最常见的放大。其原理框图为: 声音声音 扩音器原理框图 由此例子,我们知道,放大器大致可以分为:输入信号、放大电路、直流电源、输出信号等四部分,它主要用于放大小信号,其输出电压或电流在幅度上得到了放大,输出信号的能量得到了加强。对放大电路的基本要求:一是信号不失真,二是要放大。

MOS管特性(经典)

MOS管开关 在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候,大部分人都会考虑MOS的导通电阻,最大电压等,最大电流等,也有很多人仅仅考虑这些因素。这样的电路也许是可以工作的,但并不是优秀的,作为正式的产品设计也是不允许的。 下面是我对MOSFET及MOSFET驱动电路基础的一点总结,其中参考了一些资料,非全部原创。包括MOS管的介绍,特性,驱动以及应用电路。 1,MOS管种类和结构 MOSFET管是FET的一种(另一种是JFET),可以被制造成增强型或耗尽型,P沟道或N沟道共4种类型,但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管,所以通常提到NMOS,或者PMOS指的就是这两种。 至于为什么不使用耗尽型的MOS管,不建议刨根问底。 对于这两种增强型MOS管,比较常用的是NMOS。原因是导通电阻小,且容易制造。所以开关电源和马达驱动的应用中,一般都用NMOS。下面的介绍中,也多以NMOS为主。

MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在,这不是我们需要的,而是由于制造工艺限制产生的。寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些,但没有办法避免,后边再详细介绍。 在MOS管原理图上可以看到,漏极和源极之间有一个寄生二极管。这个叫体二极管,在驱动感性负载(如马达),这个二极管很重要。顺便说一句,体二极管只在单个的MOS管中存在,在集成电路芯片内部通常是没有的。 2,MOS管导通特性 导通的意思是作为开关,相当于开关闭合。 NMOS的特性,Vgs大于一定的值就会导通,适合用于源极接地时的情况(低端驱动),只要栅极电压达到4V或10V就可以了。 PMOS的特性,Vgs小于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC 时的情况(高端驱动)。但是,虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换种类少等原因,在高端驱动中,通常还是使用NMOS。 3,MOS开关管损失

场效应管工作原理

场效应管工作原理 这是该装置的核心,在介绍该部分工作原理之前,先简单解释一下MOS 场效应管的工作原理。MOS 场效应管也被称为MOS FET,既Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (金属氧化物半导体场效应管)的缩写。它一般有耗尽型和增强型两种。本文使用的为增强型MOS场效应管,其内部结构见图5。它可分为NPN型PNP型。NPN型通常称为N沟道型,PNP型也叫P 沟道型。由图可看出,对于N沟道的场效应管其源极和漏极接在N 型半导体上,同样对于P沟道的场效应管其源极和漏极则接在P 型半导体上。我们知道一般三极管是由输入的电流控制输出的电流。但对于场效应管,其输出电流是由输入的电压(或称电场)控制,可以认为输入电流极小或没有输入电流,这使得该器件有很高的输入阻抗,同时这也是我们称之为场效应管的原因。为解释MOS场效应管的工作原理,我们先了解一下仅含有一个P 饱和漏源电流。是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中,栅极电压U GS=0时的漏源电流。 2、UP 开启电压。是指增强型绝缘栅场效管中,使漏源间刚导通时的栅极电压。 4、gM 对漏极电流I D的控制能力,即漏极电流I D变化量与栅源电压UGS变化量的比值。gM 是衡量场效应管放大能力的重要参数。

5、BUDS 最大耗散功率。也是一项极限参数,是指场效应管性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率。使用时,场效应管实际功耗应小于PDSM并留有一定余量。 7、IDSM UGS=0时的漏极电流。UP —夹断电压,使ID=0对应的UGS的值。P沟道场效应管的工作原理与N沟道类似。我们不再讨论。下面我们看一下各类绝缘栅场效应管(MOS场效应管)在电路中的符号。§3 场效应管的主要参数场效应管主要参数包括直流参数、交流参数、极限参数三部分。 一、直流参数 1、饱合漏极电流IDSSIDSS是耗尽型和结型场效应管的一个重要参数。定义:当栅、源极之间的电压UGS=0,而漏、源极之间的电压UDS大于夹断电压UP时对应的漏极电流。 2、夹断电压UPUP也是耗尽型和结型场效应管的重要参数。定义:当UDS一定时,使ID减小到某一个微小电流(如1μA, 50μA)时所需UGS的值。 3、开启电压UTUT是增强型场效应管的重要参数。定义:当UDS一定时,漏极电流ID达到某一数值(如10μA)时所需加的UGS 值。 4、直流输入电阻RGSRGS是栅、源之间所加电压与产生的栅极电流之比,由于栅极几乎不索取电流,因此输入电阻很高,结型为106Ω以上,MOS管可达1010Ω以上。 二、交流参数

绝缘栅型场效应管

绝缘栅型场效应管 绝缘栅型场效应管(Insulated Gate Field Effect Transistor,IGFET)的栅极与源极、栅极与漏极之间均采用SiO2绝缘层隔离,因此而得名。又因为栅极为金属铝,故又称为MOS(Metal-Oxide-Semicondutor)管。 a. N沟道增强型MOS管结构示意图 b. 符号 (符号中的箭头表示从P区(衬底)指向N区(N沟道),虚线表示增强型。) 与结型场效应管相同,MOS管也有N沟道和P沟道两类,但每一类又分为增强型和耗尽型两种。因此MOS管分为四种类型:N沟道增强型、N沟道耗尽型管、P沟道增强型管和P沟道耗尽型管。(凡栅-源电压U GS为零时漏极电流也为零的管子,均属于增强型管;凡栅-源电压U GS为零漏极电流部位零的管子均属于耗尽型管。) 一、N沟道增强型MOS管 N沟道增强型MOS管结构和符号如上图所示,它一块低掺杂的P型硅片为衬底,利用扩散工艺制作两上高掺杂的N+ 区,并引出两个电极,分别为源极s和漏极d,半导体之上制作一层SiO2绝缘层,再在SiO2之上制作一层金属铝,引出电极,作为栅极g。通常衬底与源极接在一起使用。这样,栅极和衬底各相当于一个极板,中间是绝缘层,形成电容。 当栅-源电压变化时,将改变衬底靠近绝缘层处感应电荷的多少,从而控制漏极电流的大小。

1、工作原理 ①栅-源电压U GS的控制作用 ①当U GS=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。 ②当U DS=0且U GS>0V时(由于SiO2的存在,栅极电流为零,但是栅极金属层将聚集正电荷)→纵向电场→将靠近栅极下方的空穴向下排斥(使之剩下不能移动的负离子区)→耗尽层。 ③再增加U GS →纵向电场↑→耗尽层增宽→将P区少子电子聚集到P区表面(耗尽层与绝缘层之间) →形成一个N型薄层,称为反型层,整个反型层就构成漏-源之间的导电沟道,如果此时加有漏源电压,就可以形成漏极电流i d。 使沟道刚刚形成的栅-源电压称为开启电压U GS(th)。U GS越大,反型层越厚,导电沟道电阻越小。 N沟道增强型MOS管的基本特性: U GS<U GS(th),管子截止, U GS >U GS(th),管子导通。 U GS越大,沟道越宽,在相同的漏源电压U GS 作用下,漏极电流I D越大。

晶体管结构与工作原理

晶体三极管知识 晶体三极管作为重要的半导体器件,其基本结构和工作原理需要掌握。下面具体介绍。 三极管的基本结构是两个反向连结的pn接面,如图1所示,可有pnp和npn 两种组合。三个接出来的端点依序称为射极( emitter, E )、基极(base, B)和集极(collector, C),名称来源和它们在三极管操作时的功能有关。图中也显示出 npn与pnp三极管的电路符号,射极特别被标出,箭号所指的极为n型半导体, 和二极体的符号一致。在没接外加偏压时,两个pn接面都会形成耗尽区,将中 性的p型区和n型区隔开。 (a) (b) 图1 pnp(a)与npn(b)三极管的结构示意图与电路符号。 三极管的电特性和两个pn接面的偏压有关,工作区间也依偏压方式来分类,这里 我们先讨论最常用的所谓 "正向活性区” (forwad active),在此区EB极间的pn接面维持在正向偏压,而BC极间的pn接面则在反向偏压,通常用作放大器的三极管都以此方式偏压。图2(a)为一pnp三极管在此偏压区的示意图。EB接面的空乏 区由于在正向偏压会变窄,载体看到的位障变小,射极的电洞会注入到基极,基极的电子也会注入到射极;而BC接面的耗尽区则会变宽,载体看到的位障变大,故本身是不导通的。图2(b)画的是没外加偏压,和偏压在正向活性区两种情形 下,电洞和电子的电位能的分布图。 三极管和两个反向相接的pn二极管有什么差别呢?其间最大的不同部分就在 于三极管的两个接面相当接近。以上述之偏压在正向活性区之pnp三极管为例, 射极的电洞注入基极的n型中性区,马上被多数载体电子包围遮蔽,然后朝集电极 方向扩散,同时也被电子复合。当没有被复合的电洞到达BC接面的耗尽区时, 会被此区内的电场加速扫入集电极,电洞在集电极中为多数载体,很快藉由漂移电流到达连结外部的欧姆接点,形成集电极电流IC。IC的大小和BC间反向偏压的大小 关系不大。基极外部仅需提供与注入电洞复合部分的电子流IBrec,与由基极注入 射极的电子流InB? E (这部分是三极管作用不需要的部分) 。InB? E在射极与与电 洞复合,即InB? E=I Erec o pnp三极管在正向活性区时主要的电流种类可以清楚地在图3(a)中看出。

MOS绝缘栅型场效应管之图解

绝缘栅型场效应管之图解 绝缘栅型场效应管是一种利用半导体表面的电场效应,由感应电荷的多少改变导电沟道来控制漏极电流的器件,它的栅极与半导体之间是绝缘的,其电阻大于1000000000Ω。 增强型:VGS=0时,漏源之间没有导电沟道,在VDS作用下无iD。耗尽型:VGS=0时,漏源之间有导电沟道,在VDS作用下iD。 1. 结构和符号(以N沟道增强型为例) 在一块浓度较低的P型硅上扩散两个浓度较高的N型区作为漏极和源极,半导体表面覆盖二氧化硅绝缘层并引出一个电极作为栅极。 N沟道绝缘栅型场效应管结构动画 其他MOS管符号

2. 工作原理(以N沟道增强型为例) (1) VGS=0时,不管VDS极性如何,其中总有一个PN结反偏,所以不存在导电沟道。 VGS =0, ID =0 VGS必须大于0管子才能工作。 (2) VGS>0时,在Sio2介质中产生一个垂直于半导体表面的电场,排斥P区多子空穴而吸引少子电子。当VGS达到一定值时P区表面将形成反型层把两侧的N区沟通,形成导电沟道。 VGS >0→g吸引电子→反型层→导电沟道 VGS↑→反型层变厚→ VDS ↑→ID↑

(3) VGS≥VT时而VDS较小时:VDS↑→ID ↑ VT:开启电压,在VDS作用下开始导电时的VGS°,VT = VGS —VDS (4) VGS>0且VDS增大到一定值后,靠近漏极的沟道被夹断,形成夹断区。 VDS↑→ID 不变

3、NMOS和PMOS 在实际项目中,我们基本都用增强型mos管,分为N沟道和P沟道两种。 我们常用的是NMOS,因为其导通电阻小,且容易制造。在MOS管原理图上可以看到,漏极和源极之间有一个寄生二极管。这个叫体二极管,在驱动感性负载(如马达),这个二极管很重要。顺便说一句,体二极管只在单个的MOS管中存在,在集成电路芯片内部通常是没有的。 3.1.导通特性 NMOS的特性,Vgs大于一定的值就会导通,适合用于源极接地时的情况(低端驱动),只要栅极电压达到4V 或10V就可以了。 PMOS的特性,Vgs小于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。但是,虽然PMOS 可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换种类少等原因,在高端驱动中,通常还是使用NMOS。

单结晶体管工作原理

单结晶体管工作原理 双基极二极管又称为单结晶体管,它的结构如图1所示。在一片高电阻率的N型硅片一侧的两端各引出一个电极,分别称为第一基极B1和第二基极B2。而在硅片是另一侧较靠近B2处制作一个PN结,在P型硅上引出一个电极,称为发射极E。两个基极之间的电阻为RBB,一般在2~15kW之间,RBB一般可分为两段,RBB = RB1+ RB2,RB1是第一基极B1至PN结的电阻;RB2是第一基极B2至PN结的电阻。双基极二极管的符号见图1的右侧。 图 1 双基极二极管的结构与符号等效电路 将双基极二极管按图2(a)接于电路之中,观察其特性。首先在两个基极之间加电压UBB,再在发射极E和第一基极B1之间加上电压UE,UE可以用电位器RP进行调节。这样该电路可以改画成图2(b)的形式,双基极二极管可以用一个PN结和二个电阻RB1、RB2组成的等效电路替代。 当基极间加电压UBB时,RB1上分得的电压为 式中称为分压比,与管子结构有关,约在0.5~0.9之间。

2.当UE=UBB+UD时,单结晶体管内在PN结导通,发射极电流IE突然增大。把这个突变点称为峰点P。对应的电压UE和电流IE分别称为峰点电压UP和峰点电流IP。显然,峰点电压 Up=UBB+UD T58838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸 式中UD为单结晶体管中PN结的正向压降,一般取UD=0.7V。T58838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸 在单结晶体管中PN结导通之后,从发射区(P区)向基压(N区)发射了大量的空穴型载流子,IE增长很快,E和B1之间变成低阻导通状态,RB1迅速减小,而E和B1之间的电压UE也随着下降。这一段特性曲线的动态电阻为负值,因此称为负阻区。而B2的电位高于E的电位,空穴型载流子不会向B2运动,电阻RB2基本上不变。T58838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸 当发射极电流IE增大到某一数值时,电压UE下降到最低点。特性由线上的这一点称为谷点V。与此点相对应的是谷点电压UV和谷点电流IV。此后,当调节RP使发射极电流继续增大时,发射极电压略有上升,但变化不大。谷点右边的这部分特性称为饱和区。T58838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸 综上所述,单结晶体管具有以下特点:T58838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸 (1)当发射极电压等于峰点电压UP时,单结晶体管导通。导通之后,当发射极电压小于谷点电压UV时,单结晶体管就恢复截止。T58838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸 (2)单结晶体管的峰点电压UP与外加固定电压UBB及其分压比有关。而分压比是由管子结构决定的,可以看做常数。T58838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸 对于分压比不同的管子,或者外加电压UBB的数值不同时,峰值电压UP也就不同。(3)不同单结晶体管的谷点电压UV和谷点电流IV都不一样。谷点电压大约在2~5V之间。

相关文档
最新文档