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1、场效应晶体管Field Effect TransistorFET场效应晶体管FET场效应管与三极管不同,它是利用多子 导电,属于单极型晶体管.结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管MOSFET场效应管有两种:N沟道P沟道耗尽型增强型 耗尽型增强型绝缘栅场效应管(IGFET)绝缘栅场效应管的栅极与其他电极绝缘 。它利用栅源间电压所产生的电场效应控制 半导体内载流子的运动。根据 绝缘 材料 的不 同分 为:金属氧化物半导体场效应管 (简称MOSFET或MOS管)金属氮化硅半导体场效应管 (简称MNSFET或MNS管)金属氧化铝半导体场效应管 (简称MALSFET)N沟道增强型MOSFET增强型NMO
2、S管的结构示意图(立体图)简称增强型NMOS管增强型NMOS的剖面图源极S漏极D栅极 GSiO 2 绝 缘 层SiO2 SiO2N+型半导体耗尽区利用掺杂浓度较 低的P型硅片作基 片(衬底),并 引出电极衬底B 在两个高掺杂浓 度的N型半导体上 引出两个电极: 源极S、漏极D。在SiO2绝缘层上 沉积出铝层并引 出栅极G。P 衬 底金属衬底B由于栅极和源极、漏极、衬底之间相互绝缘 ,故称绝缘栅场效应管。增强型NMOS管的工作原理(一) uGS对iD及导电沟道的控制作用 1. uGS=0MOS管的源极和衬底通常是接在一起的 (大多数管子在出厂前已连接好)。增强型NMOS管的漏极d和源 极s之间有
3、两个背靠背的PN结 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,只有很小的 漂移电流。这时漏极电 流iD0。 2. uGS0 但uGSUT且为一确定值时) 当uDS= 0时,沟道里没有电子的定向运动,iD=0; 当uDS0但较小(uDSUT) ,源漏极两端沟道的厚度不相 等。漏极电流iD沿沟道产生的电 压降使沟道内各点与栅极间的 电压不再相等,靠近源极一端 的电压最大,这里沟道最厚; 而漏极一端电压最小,其值为 因而这里沟道最薄。所以iD随 uDS近似呈线性变化。 图(a) 随着uDS的增大,靠近漏极的沟道越来越薄,当uDS增
4、加到使 uGD=uGS-uDS=UT(或uDS=uGS-UT)时,沟道在漏极一端出现预夹断 ,即只要uDS再增加一点,沟道就被夹断,成为耗尽区。图(b) 再继续增大uDS, (uGD 0,但无栅流 当 uG S UT 时,导电沟 道形成,iD 0。 ( iD 为 10A) 外加正栅压越大,沟道 越宽,沟道电阻越小, iD越大,NMOS管处于 导通状态开启电 压UTNMOS管的UT为正值,一般在 25V之间耗尽型NMOS管的结构示意图N沟道耗尽型MOSFET耗尽型NMOS管在制造过 程中就形成了导电沟道, 即uGS=0时就有导电沟道 ,所以只要uDS 0,漏极 就有电流。耗尽型NMOS管的符号箭
5、头方向从P型沟道指向N区 输出特性曲线:输出特性曲线:如果在栅极上加上正电 压,指向衬底的电场将 增强,沟道加宽。uGS 越大,沟道越宽,漏极 电流越大。当uGS UT 0(开启电压)UGS UT D S导通(几百欧)D S断开1 MOS 管非门MOS管截止2.MOS 管导通(在可变电阻区)真值表0 11 0AY+VDD +10V RD 20 kBGDSuIuO1.+ -uGS+-uDS故2. CMOS反相器CMOS电路Complementary -Symmetry MOS互补对称式MOST2(负载管)T1 (驱动管)PMOS管NMOS管T1 : ONT2: OFFOFFON同一电平:+UDD
6、SDADSGF1) 结构“0” (0V)UGS0 截止“1” (+UDD)2) 工作原理 UA=0V“0” (0V)UGS UT UT 0 导通“1” (+UDD)F UA=UDD 3. CMOS与非门&ABFF =+UDDAFT2T1BT3T4SSSSGG工作原理:结构:0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0A B T1 T2 T3 T4 F4. CMOS或非门A B T1 T2 T3 T4 FABFF =+UDDFAT2T1BT3T4GGSSS工作原理:结构:0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 实现线与 电路如右图所示,逻辑关系为:一、集电极开路的与非门(OC门) (Open Collector)二 、三态输出与非门(TS门)(Three State)三种状态高电平低电平高阻状态(禁止状态)标准与非门输出状态&ABF符号:功能表:0 (工作状态)输出E接低电平时 为工作状态1 高阻状态 (禁止状态)用途 主要作为TTL电路与总线(BUS)间的接口电路公用总线E1E2E3用公用总线分时传送不同数据译码器&A1 B1E1 &A2 B2E2 &A3 B3E3 门工作 门工作 门工作