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文檔簡介
1、第五章是場效應晶體管的放大電路。場效應晶體管是一種利用電場效應控制電流的半導體器件,只有一種載流子參與傳導。除了參與傳導的載流子之外,它還有以電子為載流子的N溝道器件和以空穴為載流子的P溝道器件。5.1金屬氧化物半導體場效應晶體管,也稱為絕緣柵場效應晶體管,是一種利用半導體表面的電場效應,通過感應電荷改變導電溝道來控制漏極電流的器件。它的柵極與半導體絕緣,其電阻大于109。增強:當VGS=0時,漏極和源極之間沒有導電溝道,并且在VDS下沒有iD。耗盡模式:當VGS=0時,在漏極和源極之間有一個導電溝道,在VDS的作用下。1。結構和符號,n溝道增強型金屬氧化物半導體場效應晶體管結構從左到右對稱,
2、即在低濃度的p型硅上形成二氧化硅薄膜絕緣層,然后通過光刻工藝擴散兩個高摻雜的n型區(qū),從n型區(qū)引出D和s電極,在絕緣層上鍍一層金屬鋁,引出G、D(漏極):的漏極,相當于c、G(柵極):的柵極。相當于硼硅(源極):的源極,相當于硼硅(襯底):的襯底,5.1.1 N溝道增強型金屬氧化物半導體場效應晶體管,2。工作原理:當VGS=0時,在漏極和源極之間有兩個背靠背的二極管,沒有導電通道,并且在D和S之間施加電壓,而不考慮VDS的極性,其中總是有一個反向的PN結,因此沒有導電通道。VGS=0,身份證=0 VGS必須大于0管工作。(1)柵源電壓VGS的控制作用,(2)0VGS VT(VT稱為開啟電壓)在二
3、氧化硅介質中產生垂直于導體表面的電場,排斥p區(qū)的多個子空穴,吸引很少的子電子。然而,由于有限的電場強度,吸引到絕緣層的少數(shù)載流子電子的數(shù)量是有限的,這不足以形成連通漏極和源極的溝道,因此不可能形成漏極電流ID。0VGSVT,id=0,(c)當VGSVT發(fā)生時,柵極電壓已經很強,更多的電子聚集在柵極下面的p型半導體的表面層中,其連接漏極和源極以形成n溝道。如果此時出現(xiàn)VDS0,則可以形成漏極電流ID。柵極下方導電溝道中的電子被稱為反型層,因為它們的極性與P型區(qū)域中載流子和空穴的極性相反。隨著VGS的增加,逆溫層變厚,內徑增大。當VGS=0時,場效應晶體管沒有導電溝道,通過柵源電壓的作用形成感應溝
4、道,稱為增強型場效應晶體管。VGS0g吸引電子,VGS反型層的導電溝道變得更厚。(2)漏源電壓VDS對漏電流id的控制作用。(a)如果VGSVT固定在某個值,并且vgd=vgs VDS等于或小于0,則vgd=vgs VDS。這時,身份證隨著VDS而增加。(b)當VDS增加到VGD=VT時,如圖所示,漏極附近的溝道被夾斷,這相當于由于VDS的增加,漏極處的溝道剛剛導通,這稱為預夾斷。(2)漏極-源極電壓VDS對漏極電流ID的控制作用,(2)漏極-源極電壓VDS對漏極電流ID的控制作用不變,(3)當VDS增加到VGDVT時,溝道如圖所示。此時,預夾斷區(qū)域延長并延伸至s極。VDS增加的部分基本上落在
5、夾斷通道上,夾斷通道隨其延長,內徑趨于恒定。3.輸出特性曲線:(1)截止區(qū)(夾斷區(qū))以下的區(qū)域為截止區(qū),VGS電壓標識=0,(2)當可變電阻區(qū)不產生夾斷時,VDS增加,其標識處于飽和區(qū)的場效應晶體管隨著VGS -VDS電壓標識的增加,等效于一個壓控可變電阻。伏安特性大約為:其中本征導電系數(shù)是反型層中的電子遷移率和柵氧化層每單位面積的電容,它靠近特性曲線的原點,因此可變電阻區(qū)中靠近原點的輸出電阻為:它是由VGS控制的可變電阻。(3)在放大區(qū)被夾斷后,在VDS增加而本征值保持不變的區(qū)域,飽和區(qū)的VDSVGS-伏直流場效應晶體管相當于一個壓控電流源。在預夾斷臨界條件下,VDS=VGS-VT,可以得到
6、飽和區(qū)的伏安特性表達式:4。傳輸特性曲線,傳輸特性曲線的斜率gm反映了柵源電壓VGS對漏極電流ID的控制效果。通用的尺寸是毫安/伏,這是所謂的跨導。Gm=id/vgvds,5.1.2 n溝道耗盡型金屬氧化物半導體晶體管,n溝道耗盡型金屬氧化物半導體場效應晶體管的結構和符號如圖所示,在制造過程中,大量金屬正離子摻雜在柵極下的絕緣層中。因此,當VGS=0時,這些正離子已經誘導反型層并在漏極和源極之間形成溝道。因此,只要有漏極-源極電壓,就有漏極電流。在具有溝道長度調制效應的金屬氧化物半導體場效應晶體管中,如果在柵極下的導電溝道被預箝位后,電壓降繼續(xù)增加,夾點將稍微向源極移動。結果,夾點和源極之間的
7、溝道長度稍微減小,使得更多的電子從源極漂移到夾點,這導致耗盡區(qū)中漂移電子的增加和iD的增加。這種效應稱為溝道長度調制效應,5.1.2溝道長度調制效應,各種類型金屬氧化物半導體管的特性曲線,各種類型金屬氧化物半導體管的特性曲線,5.1.5金屬氧化物半導體場效應晶體管的主要參數(shù),1。開啟電壓。(增強),2 .夾斷電壓VP:當VDS是一個固定值時,在一個小電流下,使ID對應于|VGS |的值。(耗盡),3 .飽和漏極電流IDSS:當VGS=0和VDS |VP |時的漏極電流。(耗盡),4 .極間電容:漏源電容CDS約為0.11pF,柵源電容CGS和柵漏電容CGD約為13pF。1.DC參數(shù),場效應晶體
8、管的主要參數(shù),2。交流參數(shù),1。當不考慮通道調制效應時,輸出電阻為0,1。最大漏極電流IDM,2。最大漏極功耗PDM,3。最大漏極-源極電壓,最大柵極-源極電壓,由伏安特性估算。一個與雙極晶體管相同,第三個字母J代表結型場效應晶體管,而O代表絕緣柵場效應晶體管。第二個字母代表材料,d是p型硅,反型層是n溝道;c是n型硅p溝道。例如,3DJ6D是結型n溝道場效應晶體管,3DO6C是絕緣柵型n溝道場效應晶體管。第二種命名方法是CS#,CS代表場效應晶體管,數(shù)字代表型號的序列號,字母代表同一型號的不同規(guī)格。例如CS14A、CS45G等。幾種常用場效應晶體管的主要參數(shù)見表5.2場效應晶體管放大電路,5.2.1場效應晶體管放大電路,1。DC偏差和靜態(tài)工作點的計算,2。圖
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