由案例談專利侵權(quán)案件的審理 - 復審會

接面場效電晶體的特性與參數(shù)

JFET偏壓歐姆區(qū)接面場效電晶體8-18-28-38-4MOSFET的特性與參數(shù)MOSFET偏壓絕緣閘雙極電晶體故障檢修8-68-78-88-9金屬氧化物半導體電晶體8-58-1接面場效電晶體根本結(jié)構(gòu)(BasicStructure)圖8-1兩種JFET類型的根本結(jié)構(gòu)圖。根本工作原理(BasicOperation)

圖8-2

n通道JFET的偏壓。VGS對通道的影響圖8-3

VGS對通道寬度、阻抗及汲極電流的影響(VGG＝VGS)。JFET符號(JFETSymbols)圖8-48-2接面場效電晶體的特性與參數(shù)汲極特性曲線(DrainCharacteristicCurve)圖8-5在VGS＝0時，顯示出夾止電壓的JFET集極特性曲線。VGS＝0V時，JFET的操作情形，它形成從原點到崩潰點的汲極特性曲線。圖8-6在VGS＝0V時，用來畫出特性曲線的幾個JFET測量值。圖8-6(續(xù))在VGS＝0V時，用來畫出特性曲線的幾個JFET測量值。夾止現(xiàn)象圖8-7VGS往更負的方向增加的情況下，夾止現(xiàn)象發(fā)生時的VDS值將越低。VGS控制ID圖8-8JFET截止狀態(tài)圖8-9p通道JFET的偏壓圖8-10例題8-1圖8-11中JFET的VGS(off)＝－4V且IDSS＝12mA。試求當VGS＝0V，元件工作於定電流區(qū)的最小VDD值？圖8-11例題8-1解既然VGS(off)＝－4V，VP＝4V。要讓JFET工作於定電流區(qū)最小VDS值為VGS＝0V時的定電流區(qū)中汲極電阻的電壓降為將克希荷夫定律應用在汲極電路上。這是要讓元件工作於定流區(qū)且VDS＝VP所需的VDD。JFET通用轉(zhuǎn)換特性(JFETUniversalTransferCharacteristic)互導曲線(transconductancecurve)圖8-12n通道JFET的通用轉(zhuǎn)換特性曲線。平方律(squarelaw)的特性JFET轉(zhuǎn)換特性曲線的外形近似拋物線，可以大概表示成稱呼JFET和MOSFET為平方律元件(square-lawdevices)平方律(squarelaw)的特性圖8-13由n通道JFET汲極特性曲線(垂直軸右方，綠色曲線)畫出轉(zhuǎn)換特性曲線(垂直線左方，藍色曲線)。例題8-3圖8-14中2N5459的JFET特性資料表顯示IDSS的典型值是9mA，VGS(off)的最大值是－8V。運用這些數(shù)據(jù)計算VGS＝0V、－1V及－4V時的汲極電流。例題8-3解當VGS＝0V時，當VGS＝－1V，運用公式8-1解出ID。當VGS＝－4V時，JFET特性資料表圖8-14JFET特性資料表圖8-14(續(xù))JFET順向互導(JFETForwardTransconductance)圖8-15偏壓點VGS改變，gm隨著改變。轉(zhuǎn)換特性曲線利用IDSS和VGS(off)計算gm0例題8-4圖8-14中2N5457JFET特性資料表記載有以下數(shù)據(jù)：IDSS的典型值為3.0mA，VGS(off)最大值是－6V，且gfs(max)＝5000S。運用這些數(shù)據(jù)計算當VGS＝－4V時的順向互導及ID。例題8-4解gm0＝gfs＝5000

S。運用公式8-2計算gm。其次運用公式8-1計算當VGS＝－4V時的ID。輸入電阻與電容(InputResistanceandCapacitance)例題8-5某個JFET當VGS＝－20V時IGSS＝－2nA。試求輸入阻抗。例題8-5解交流汲極-源極間的電阻(ACDrain-to-SourceResistance)8-3JFET偏壓1.自給偏壓2.分壓器偏壓3.電流源偏壓自給偏壓(Self-Bias)FET偏壓最常用的方式圖8-16JFET自偏壓電路(所有FET的IS＝ID)。自給偏壓(Self-Bias)例題8-6試求圖8-17中電路的VDS和VGS。電路中JFET的各內(nèi)部參數(shù)gm、VGS(off)及IDSS，導致汲極電流ID約為5mA。如果改為另一顆JFET，即使同型號也不一定產(chǎn)生相同結(jié)果，這是因為內(nèi)部參數(shù)變化的緣故。圖8-17例題8-6解所以，既然VG＝0V，設(shè)定JFET自給偏壓電路的Q-點(SettingtheQ-PointofaSelf-BiasedJFET)例題8-7某n通道JFET自給偏壓電路，在VGS＝－5V時的轉(zhuǎn)換特性曲線，如圖8-18所示，試求RS值。圖8-18例題8-7解由圖形中可知當VGS＝－5V，ID＝6.25mA?？梢杂嬎鉘S如下：例題8-8某p通道JFET自給偏壓電路，其資料表之IDSS＝25mA且VGS(off)＝15V，試求其RS。假設(shè)VGS＝5V。例題8-8解運用公式8-1計算ID?，F(xiàn)在，可以計算RS

中點偏壓(MidpointBias)所以，選擇VGS＝VGS(off)/3.4，就可以得到ID的中點偏壓。例題8-9利用圖8-14的資料表，選擇圖8-19的RD和RS值，以使該電路大致上設(shè)定成中點偏壓。假設(shè)資料表有VD，取其最小值；假設(shè)無，則VD應該約為VDD的一半，即6V。圖8-19例題8-9解對中點偏壓而言，且然後例題8-9解圖形分析JFET自偏壓電路(GraphicalAnalysisofaSelf-BiasedJFET)圖8-20自偏壓JFET及其轉(zhuǎn)換特性曲線。畫出負載線載線與轉(zhuǎn)換特性曲線的交點，就是電路的工作點，Q-點圖8-21自給偏壓電路的Q-點，是直流負載線與轉(zhuǎn)換特性曲線的交點。例題8-10試決定圖8-22(a)的JFET電路的Q-點。轉(zhuǎn)換特性曲線如圖8-22(b)所示。圖8-22例題8-10解當ID＝0，此提供了負載線在原點上的一點。由轉(zhuǎn)換特性曲線可知，IDSS＝4mA，所以ID＝IDSS＝4mA時，此提供了負載線的第二個數(shù)據(jù)點4mA和－2.72V。利用上述兩點畫出負載線，在特性曲線與負載線的交點上取得ID和VGS，如圖8-22(b)所示。圖中顯示的Q-點數(shù)值為分壓器偏壓(Voltage-DividerBias)源極電壓等於利用以下分壓器公式，閘極

電壓可以由R1和R2決定：閘極對源極電壓是圖8-23n通道JFET的分壓器偏壓電路(IS＝ID)。分壓器偏壓(Voltage-DividerBias)且源極電壓等於汲極電流可以表示為代換VS後，圖8-23n通道JFET的分壓器偏壓電路(IS＝ID)。例題8-11假設(shè)圖8-24的JFET內(nèi)部參數(shù)使得，試求此JFET分壓器偏壓電路的ID和VGS。圖8-24例題8-11解閘極對源極電壓可以計算如下：如果在本題中沒有提供VD值，則必須提供轉(zhuǎn)換特性曲線，否則無法求得Q-點值。圖形分析分壓器偏壓的JFET電路(GraphicalAnalysisofaJFETwithVoltage-DividerBias)當ID＝0，所以，ID＝0且VGS＝VG是負載線上一點。當VGS＝0，圖形分析分壓器偏壓的JFET電路(GraphicalAnalysisofaJFETwithVoltage-DividerBias)圖8-25JFET分壓器偏壓電路的一般化直流負載線(紅色)。例題8-12假設(shè)圖8-26(a)分壓器偏壓電路的JFET轉(zhuǎn)換特性曲線如圖8-26(b)所示，試求其Q-點約略值。圖8-26例題8-12解首先取得負載線上的兩點。當ID＝0，第一點為ID＝0，VGS＝4V。當VGS＝0，第二點為VGS＝0V，ID＝1.2mA。所以畫出負載線如圖8-26(b)所示，由圖形交點取得Q-點的近似值為ID?1.8mA和VGS?－1.8V，如圖所示。分壓器偏壓Q-點的穩(wěn)定性(Q-PointStability)圖8-27不同的2N5459JFET產(chǎn)生轉(zhuǎn)換特性曲線的變化以及對Q-點的影響。自給偏壓與分壓器偏壓之Q-點的穩(wěn)定性比較自給偏壓JFET電路與使用分壓器偏壓的JFET電路時的Q-點穩(wěn)定度圖8-28Q-點的變化在JFET分壓器偏壓電路中產(chǎn)生的ID變化範圍，比在自給偏壓電路中的變化範圍小。電流源偏壓(Current-SourceBias)電流源偏壓(Current-SourceBias)圖8-29電流源偏壓。例題8-13圖8-29的電流源偏壓電路，其VDD=9V，VEE==6V，RG=10M

。計算RE及RD的值以得到10mA汲極電流及5V汲極電壓。例題8-13解8-4歐姆區(qū)歐姆區(qū)(TheOhmicRegion)所謂歐姆區(qū)(ohmicregion)，是指FET特性曲線中可用歐姆定律解釋的區(qū)域。曲線斜率等於JFET的直流汲-源極的電導GDS直流汲-源極阻抗為歐姆區(qū)(TheOhmicRegion)圖8-30陰影區(qū)即是歐姆區(qū)，在ID值小時，特性曲線為一直線，其斜率為ID/VDS。JFET作為可變阻抗(TheJFETasaVariableResistance)圖8-31負載線與曲線交叉於歐姆區(qū)。例題8-14通道JFET偏壓於歐姆區(qū)，如圖8-32所示。圖中顯示歐姆區(qū)內(nèi)負載線的放大圖。當VGS由0V變化至－3V，假設(shè)從圖形中可知以下Q-點的數(shù)值為， 當VGS由0V變化至－3V，找出RDS的範圍?例題8-14 當VGS由0V變化至－3V，找出RDS的範圍？圖8-32例題8-14解當VGS由0V變化至－3V時，RDS由361

變成2.9k

。原點處的Q-點(Q-pointattheOrigin)圖8-33原點處的Q-點(Q-pointattheOrigin)原點處的VDS=0V、ID=0mA，稍早提過轉(zhuǎn)換電導的公式為上式中g(shù)m為互導，gm0為VGS=0V時之互導，gm0可以從以下方程式推測出來，這先前也學過。例題8-15由圖8-33的特性曲線推測，假設(shè)VGS=－2V，JFET偏壓於原點處，計算交流汲-源極阻抗，假設(shè)IDSS=2.5mA及VGS(off)=－4V。圖8-33例題8-15解首先，找出VGS=0V的互導。再來計算VDS=－2V的gm，JFET的交流汲-源極阻抗為互導的倒數(shù)。8-5金屬氧化物半導體電晶體增強型MOSFET(EnhancementMOSFET,E-MOSFET)E-MOSFET只有增強工作模式，沒有空乏工作模式圖8-34n通道E-MOSFET的根本結(jié)構(gòu)圖與工作原理。E-MOSFET的元件符號圖8-35空乏型MOSFET(DepletionMOSFET,D-MOSFET)空乏(depletion)模式增強(enhancement)模式圖8-36D-MOSFET的根本結(jié)構(gòu)圖?？辗δＪ脚c增強模式圖8-37n通道D-MOSFET的工作原理。D-MOSFET符號(D-MOSFETSymbols)圖8-38D-MOSFET的元件符號功率MOSFET結(jié)構(gòu)(PowerMOSFETStructures)圖8-39傳統(tǒng)E-MOSFET結(jié)構(gòu)的剖面圖。通道用白色顯示。功率MOSFET的三種結(jié)構(gòu)橫向擴散MOSFET(LaterallyDiffusedMOSFET,LDMOSFET)圖8-40LDMOSFET橫向結(jié)構(gòu)的剖面圖。功率MOSFET的三種結(jié)構(gòu)VMOSFETV形槽MOSFET是傳統(tǒng)E-MOSFET的另一種例子圖8-41VMOSFET垂直通道結(jié)構(gòu)的剖面圖。功率MOSFET的三種結(jié)構(gòu)TMOSFETTMOSFET的垂直通道結(jié)構(gòu)圖8-42TMOSFET垂直通道結(jié)構(gòu)的剖面圖。雙閘極MOSFET(Dual-GateMOSFETs)圖8-43n通道雙閘極MOSFET的符號。8-6MOSFET的特性與參數(shù)E-MOSFET轉(zhuǎn)換特性(E-MOSFETTransferCharacteristic)圖8-44E-MOSFET的轉(zhuǎn)換特性曲線。E-MOSFET轉(zhuǎn)換特性(E-MOSFETTransferCharacteristic)臨界電壓(thresholdvoltage)，VGS(th)。例題8-162N7002E-MOSFET的特性資料表(參訪)顯示，VGS＝10V時的最小ID(on)＝500mA，且VGS(th)＝1V。試求VGS＝5V時的汲極電流。例題8-16解首先，由公式8-4解得K值為：其次，利用K值計算出VGS＝5V時的ID。D-MOSFET轉(zhuǎn)換特性(D-MOSFETTransferCharacteristic)圖8-45D-MOSFET的一般轉(zhuǎn)換特性曲線。例題8-17某個D-MOSFET的IDSS＝10mA且VGS(off)＝

－8V。 (a)此元件是n通道或p通道？ (b)計算VGS＝－3V時的ID。 (c)計算VGS＝＋3V時的ID。例題8-17解(a)此元件的VGS(off)為負值，所以為n通道MOSFET。(b)(c)MOSFET使用注意事項(HandlingPrecautions)1.從包裝中拆裝MOSFET要很小心。MOSFET裝置是裝運在有傳導性的泡沫塑料中或特別的箔製傳導袋中。裝運時，通常在導線的外圍用金屬環(huán)包住，於電路安裝MOSFET前再將其移除。2.所有用於裝配或測試的儀器和金屬工作臺都應該要接到地面〔導電環(huán)或110V牆壁上電源插座的第三孔〕。8-7MOSFET偏壓E-MOSFET偏壓(E-MOSFETBias)其中ID＝K(VGS－VGS(th))2圖8-46常用的E-MOSFET偏壓方式。例題8-18試求出圖8-47E-MOSFET電路中的VGS和VDS。假設(shè)此MOSFET在VGS＝4V時ID(on)的最小值為200mA，且VGS(th)＝2V。圖8-47例題8-18解圖8-47之E-MOSFET，其閘極-源極電壓為為求VDS，首先將ID(on