实用模拟电子技术教程第3章电子.ppt

《实用模拟电子技术教程第3章电子.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实用模拟电子技术教程第3章电子.ppt（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、实用模拟电子技术教程主编：徐正惠主编：徐正惠副副主编：主编： 刘希真刘希真 张小冰张小冰第一篇第一篇 常用半导体器件常用半导体器件 介绍常用半导体器件，包括晶体二极介绍常用半导体器件，包括晶体二极管、晶体三极管、场效应管和其他半导体管、晶体三极管、场效应管和其他半导体器件的结构、工作原理、分类、主要性能器件的结构、工作原理、分类、主要性能指标、国家标准规定的命名方法以及主要指标、国家标准规定的命名方法以及主要应用应用。 第第3 3章半导体场效应管章半导体场效应管学习要求：学习要求：了了解解场场效效应应管管的的分分类类；掌掌握握结结型型场场效效应应管管的的结结构构、输输出出特特性性曲曲线线可可变

2、变电电阻阻区区、恒恒流流区区和和夹夹断断区区的的划划分分以以及及夹夹断断电电压压、饱饱和和漏漏极极电电流流和和跨跨导导等等主主要要参参数数的的定定义义；掌掌握握N N沟沟道道增增强强型型绝绝缘缘栅栅场场效效应应管管输输出出特特性性曲曲线线三三个个区区域域的的划划分分和和开开启启电电压压、跨跨导导等等主主要要参参数数的的定定义义；了了解解上上述述两两种种场场效效应应管管漏漏极极电电流流和和栅栅- -漏漏极极电电压压之之间间的的关关系系；学学会会根根据据栅极电压及夹断电压（开启电压）求解漏极电流的方法。栅极电压及夹断电压（开启电压）求解漏极电流的方法。 第一篇第一篇 常用半导体器件常用半导体器件场

3、效应管分为两大类：场效应管分为两大类： 3.1 3.1 场效应管的分类场效应管的分类 结结型型场场效效应应管管: :简简称称JFETJFET，是是英英文文Junction Junction type type Field Effect TransistorField Effect Transistor的缩写。的缩写。 绝绝缘缘栅栅型型场场效效应应管管: :由由金金属属- -氧氧化化物物（二二氧氧化化硅硅）- -半半导导体体组组成成，这这些些材材料料的的英英文文是是Metal-Oxide-Metal-Oxide-SemiconductorSemiconductor，其其缩缩写写为为MOSMOS，

4、因因此此，绝绝缘缘栅栅型型场效应管也称场效应管也称MOSMOS管。管。按按照照工工作作方方式式的的不不同同，结结型型场场效效应应管管和和绝绝缘缘栅栅型型场场效效应应管管又又分分为为沟沟道道和和沟沟道道两两类类，沟沟道道和和沟沟道道绝绝缘缘栅栅型型场场效效应应管管又又有有增增强强型型和和耗耗尽尽型型之之分分。19751975年年以以后后，又又开开发发了了垂垂直直导导电电型型的的MOSMOS管管，称称为为VMOSVMOS管管。因因此此，场场效效应应管管的的分分类类可可以以用用下面的图表示。下面的图表示。 3.1 3.1 场效应管的分类场效应管的分类1 1、结构、结构 3.2 3.2 结型场效应管结

5、型场效应管- -3.2.1 3.2.1 结型场效应管的结构和工作原理结型场效应管的结构和工作原理 结结型型场场效效应应管管分分N N沟沟道道和和P P沟沟道道两两种种，右右图图是是N N沟沟道道结结型场效应管的结构示意图。型场效应管的结构示意图。 结构特点：结构特点： * *有有两两个个PNPN结结，图图中中划划斜斜线线的的部部分分为为两两个个PNPN结结的的空空间间电电荷荷区区（耗尽层）；（耗尽层）； * *两两个个空空间间电电荷荷区区之之间间为为N N型型区区，称为称为N N沟道。沟道。 * *两两个个P P型型区区引引出出电电极极并并连连接接在在一一起起，称称为为栅栅极极G G，N N型

6、型半半导导体的两端各引出一个电极，分别称为漏极体的两端各引出一个电极，分别称为漏极D D和源极和源极S S。 电路符号：电路符号： 2 2、空间电荷区的两个性质、空间电荷区的两个性质 3.2 3.2 结型场效应管结型场效应管- -3.2.1 3.2.1 结型场效应管的结构和工作原理结型场效应管的结构和工作原理 讨讨论论结结型型场场效效应应管管工工作作原原理理之之前前，首首先先复复习习PNPN结结空空间间电荷区的两个重要性质：电荷区的两个重要性质： （1 1）空空间间电电荷荷区区内内没没有有可可自自由由移移动动的的电电荷荷，因因此不能导电；此不能导电； （2 2）空间电荷区的宽度会）空间电荷区的

7、宽度会随随PNPN结两端所加电压的大小结两端所加电压的大小而变化。而变化。 3 3、场效应管工作原理、场效应管工作原理 3.2 3.2 结型场效应管结型场效应管- -3.2.1 3.2.1 结型场效应管的结构和工作原理结型场效应管的结构和工作原理 首首先先讨讨论论栅栅极极开开路路时时的的情情况况：在在场场效效应应管管漏漏极极D D和和源源极极S S之之间间加加上上正正电电压压V VDDDD ，由由于于空空间间电电荷荷区区没没有有可可以以移移动动的的电电荷荷，电电流流仅仅在在N N型型区区流流动动，因因此此将将N N型型区区称称为为导导电电沟沟道道。栅栅极极开开路路情情况况下下，整整个个场场效效

8、应应管管相相当当于于一一个个电电阻阻，这这一一电电阻阻的的大大小小就就决决定于定于N N区（导电沟道）的宽度。区（导电沟道）的宽度。3 3、场效应管工作原理、场效应管工作原理 3.2 3.2 结型场效应管结型场效应管- -3.2.1 3.2.1 结型场效应管的结构和工作原理结型场效应管的结构和工作原理 栅栅极极加加上上负负电电压压时时 ：两两个个PNPN结结反反向向偏偏置置，根根据据前前面面所所说说的的PNPN结结性性质质，两两个个PNPN结结的的空空间间电电荷荷区区便便会会扩扩大大，图图( (b)b)虚虚线线画画出出了了扩扩大大后后的的空空间间电电荷荷区区。空空间间电电荷荷区区的的扩扩大大，

9、缩缩小小了了导导电电沟沟道道，增增加加了了漏漏源源之之间间的的电电阻阻，因因此此，在在相相同同漏漏源源极极电电压压下下，栅极加负压以后漏源极之间的电流就会减小。栅极加负压以后漏源极之间的电流就会减小。为什么空间电荷区的扩大是不均匀的？为什么空间电荷区的扩大是不均匀的？ 3.2 3.2 结型场效应管结型场效应管- -3.2.1 3.2.1 结型场效应管的结构和工作原理结型场效应管的结构和工作原理 图图( (b)b)虚虚线线画画出出的的扩扩大大后后的的空空间间电电荷荷区区，其其靠靠近近漏漏极极部部分分扩扩得得更更大大些些，这这是是因因为为正正电电源源V VDDDD在在N N沟沟道道内内从从漏漏极极

10、到到源源极极所所形形成成的的电电压压是是逐逐点点下下降降的的，越越靠靠近近漏漏极极，电电压压越越高高，其其与与栅栅极极形形成成的的反反向向电电压压也也越越大大，因因此此越越靠靠近近漏漏极极，空空间间电电荷荷区区扩扩大大得得越厉害。越厉害。 3 3、场效应管工作原理、场效应管工作原理 3.2 3.2 结型场效应管结型场效应管- -3.2.1 3.2.1 结型场效应管的结构和工作原理结型场效应管的结构和工作原理 可可见见，栅栅极极电电压压可可以以控控制制漏漏源源极极之之间间的的电电阻阻，从从而而也也就就控控制制了了漏漏源源极极之之间间的的电电流流，场场效效应应管管因因此此就就具具有有栅栅极极电电压

11、压（输输入入电电压）控制漏极电流（输出电流）的重要功能。压）控制漏极电流（输出电流）的重要功能。 继继续续加加大大栅栅极极的的负负电电压压时时 ：空空间间电电荷荷区区进进一一步步扩扩大大，导导电电沟沟道道随随之之缩缩小小，在在某某一一个个负负电电压压时时，空空间间电电荷荷区区的的扩扩大大终终于于会导致导电沟道被完全夹断，这时漏源电流就趋于零。会导致导电沟道被完全夹断，这时漏源电流就趋于零。 场效应管的共源极接法：场效应管的共源极接法： 3.2 3.2 结型场效应管结型场效应管- -3.2.2 3.2.2 结型场效应管特性曲线识读结型场效应管特性曲线识读 结结型型场场效效应应管管应应用用时时常常

12、接接成成图图3-53-5所所示示的的电电路路，栅栅极极- -源源极极组组成成输输入入回回路路，漏漏极极- -源源极极和和电电阻阻等等组组成成输输出出回回路路，输输入入、输输出出共共用用源极，因此称为共源极接法。源极，因此称为共源极接法。 共共源源极极接接法法时时场场效效应应管管的的输输出特性：出特性： 共共源源极极接接法法时时，场场效效应应管管的的输输出出特特性性是是指指各各种种不不同同栅栅极极电电压压U UGSGS时时，漏漏极极电电流流I ID D和和漏漏- -源极电压源极电压U UDSDS之间的关系之间的关系。 特性曲线识读：特性曲线识读： 3.2 3.2 结型场效应管结型场效应管- -3

13、.2.2 3.2.2 结型场效应管特性曲线识读结型场效应管特性曲线识读1 1、截止区、截止区 栅栅极极电电压压负负向向达达到到一一定定的的程程度度，导导电电沟沟道道被被夹夹断断，这这时时漏漏极极电电流流趋趋于于零零。对对应应于于沟沟道道夹夹断断的的栅栅极极电电压压，称称为为夹夹断断电电压压，用用符符号号U UGS(off)GS(off)表表示示（注注意意N N沟沟道道结结型型场场效效应管的应管的U UGS(off)GS(off)是一个负数）。是一个负数）。 满足关系：满足关系： 截止区截止区的区域称为截止区。图中输出特性曲线的区域称为截止区。图中输出特性曲线U UGS(off)GS(off)=

14、 =5V5V下面的下面的区域即为夹断区。区域即为夹断区。 特性曲线识读：特性曲线识读： 3.2 3.2 结型场效应管结型场效应管- -3.2.2 3.2.2 结型场效应管特性曲线识读结型场效应管特性曲线识读2 2、可变电阻区、可变电阻区图图中中虚虚线线和和坐坐标标纵纵轴轴围围成成的的区区域域称称为为可可变变电电阻阻区区。可可变变电电阻阻区区的的栅栅极极电电压压和和漏漏源源电电压压满满足足以以下下关关系：系： 即即栅栅极极电电压压在在零零和和夹夹断断电电压压之之间间，漏漏源源电电压压小小于于栅栅极极电电压压与与夹夹断断电电压压之差。之差。 截止区截止区 图图中中每每条条特特性性曲曲线线上上的的十

15、十字字交交叉叉点点为为栅栅极极电电压压等等于于夹夹断断电电压压绝绝对对值值和和栅栅极极电电压压绝绝对对值值之之差差的的点点，他他们们是是可可变变电电阻阻区区的的边边界界点，将它们连起来，即为可变电阻区的边界线。点，将它们连起来，即为可变电阻区的边界线。 特性曲线识读：特性曲线识读： 3.2 3.2 结型场效应管结型场效应管- -3.2.2 3.2.2 结型场效应管特性曲线识读结型场效应管特性曲线识读2 2、可变电阻区、可变电阻区可可变变电电阻阻区区的的特特点点是是，漏漏源源电电阻阻不不仅仅随随栅栅极极电电压压变变化化，而而且且也也随随漏漏源源极极间间电电压压U UDSDS的的变变化化而而发发生

16、生显显著著的的变变化化，因因此此，漏漏极极电电流流不不仅仅与与栅栅极极电电压压有有关关，也也随随漏漏源源极极电电压压U UDSDS变化。变化。截止区截止区 例例如如，沿沿着着栅栅极极电电压压等等于于-1.0-1.0V V的的曲曲线线，漏漏源源极极电电压压从从0 0增增加加到到4 4V V，漏极电流从漏极电流从0 0变化到变化到1919mAmA。可变电阻区可变电阻区 3.2 3.2 结型场效应管结型场效应管- -3.2.2 3.2.2 结型场效应管特性曲线识读结型场效应管特性曲线识读3 3、恒流区、恒流区 图图中中虚虚线线右右边边，截截止止区区以以上上的的部分为饱和区，也称恒流区。部分为饱和区，

17、也称恒流区。 截止区截止区 这这个个区区域域的的特特征征是是漏漏极极电电流流I ID D只只决决定定于于栅栅极极电电压压，基基本本上上不不随随漏漏源源极极电电压压U UDSDS的的变变化化而而变变化化（恒恒流流特特性性）。例例如如，栅栅极极电电压压等等于于- -1.01.0V V的的曲曲线线，在在恒恒流流区区范范围围内内，漏漏源源电电压压从从4 4V V增增加加到到1010V V，漏漏极极电电流只变化流只变化2 2mAmA左右。左右。可变电阻区可变电阻区 漏漏极极电电流流I ID D和和栅栅极极电电压压U UGSGS之之间间有有如下近似关系：如下近似关系： 3.2 3.2 结型场效应管结型场效

18、应管- -3.2.2 3.2.2 结型场效应管特性曲线识读结型场效应管特性曲线识读4 4、击穿区、击穿区 不不管管栅栅极极电电压压多多大大，当当漏漏源源电电压压u uDSDS增增大大到到一一定定程程度度时时，漏漏极极电电流流急急剧剧增增加加，管管子子被被击击穿穿，这这个个区域称为击穿区。区域称为击穿区。 截止区截止区场场效效应应管管的的恒恒流流区区相相当当于于晶晶体体三三极极管管的的放放大大区区，和和三三极极管管的的情情况况类类似似，场场效效应应管管工工作作于于恒恒流流区区时时，栅栅极极电电压压才才表表现现出出对对于于漏漏极极电电流流的调节控制作用。的调节控制作用。可变电阻区可变电阻区 3.2

19、 3.2 结型场效应管结型场效应管- -3.2.3 3.2.3 结型场效应管的主要参数结型场效应管的主要参数 1 1、极限参数、极限参数 （1 1）最大漏极电流）最大漏极电流I IDMDMI IDMDM是管子正常工作时漏极电流的最大值。是管子正常工作时漏极电流的最大值。（2 2）击穿电压）击穿电压常常用用的的击击穿穿电电压压有有两两个个参参数数：使使漏漏源源电电流流急急剧剧上上升升时时的的电电压压，称称为为漏漏源源极极击击穿穿电电压压，用用符符号号U U(BR)DS(BR)DS表表示示；栅栅源源极极之之间间PNPN结结反反向向击击穿穿电电压压即即为为栅栅源源极极击击穿穿电电压压，用用符符号号U

20、 U(BR)GS(BR)GS表表示示。J210J210的栅源击穿电压为的栅源击穿电压为2525V V。 （3 3）最大漏极耗散功率）最大漏极耗散功率P PDMDM即管子保持正常工作所允许的漏极最大功率。即管子保持正常工作所允许的漏极最大功率。 3.2 3.2 结型场效应管结型场效应管- -3.2.3 3.2.3 结型场效应管的主要参数结型场效应管的主要参数 2 2、夹断电压、夹断电压U UGS(off)GS(off)是是U UDSDS为为常常数数的的情情况况下下，使使i iD D大大于于零零所所需需的的最最小小栅栅- -源源极极电电压压。厂厂家家手手册册给给出出的的是是i iD D为为某某一一

21、规规定定微微小小电电流流值值（例例如如5 5AA）时时的栅极电压。的栅极电压。 3 3、饱和漏极电流、饱和漏极电流I IDSSDSS即为即为U UGSGS=0=0时的电流。时的电流。 4 4、低频跨导低频跨导g gm m漏漏- -源源电电压压U UDSDS保保持持不不变变的的情情况况下下，漏漏极极电电流流变变化化量量IID D和和引引起起这这个变化的栅个变化的栅- -源电压变化量源电压变化量UUGSGS之比称为跨导之比称为跨导g gm m，即即这个量反映了栅这个量反映了栅- -源极电压对于漏极电流的控制作用。源极电压对于漏极电流的控制作用。 3.2 3.2 结型场效应管结型场效应管- -3.2

22、.3 3.2.3 结型场效应管的主要参数结型场效应管的主要参数 低频跨导低频跨导g gm m讨论讨论根根据据跨跨导导的的定定义义，可可求求得得漏漏- -源源电电压压U UDSDS保保持持不不变变的的情情况况下下栅栅- -源极电压增加源极电压增加u uGSGS时，漏极电流相应增加量时，漏极电流相应增加量i iD D ：上上式式说说明明，一一只只管管子子的的跨跨导导越越大大，单单位位栅栅- -源源极极电电压压变变化化引引起起的的漏漏极极电电流流的的变变化化就就越越大大。跨跨导导g gm m和和三三极极管管电电流流放放大大倍倍数数一一样样都都反反映映半半导导体体器器件件输输入入量量控控制制输输出出量

23、量的的能能力力，只只不不过过反反映映的的是是基基极极电电流流控控制制输输出出端端集集电电极极电电流流的的能能力力，而而g gm m反反映映的的是是栅栅极极电电压压控控制制输输出出端端漏漏极极电电流流的的能能力力，是是无无量量纲纲量量，g gm m的单位是安培的单位是安培/ /伏特。伏特。 3.2 3.2 结型场效应管结型场效应管- -3.2.3 3.2.3 结型场效应管的主要参数结型场效应管的主要参数 低频跨导低频跨导g gm m讨论讨论如如果果栅栅- -源源极极电电压压和和漏漏极极电电流流的的增增加加量量部部分分是是正正弦弦波波信信号号，则则低频跨导可以表示为：低频跨导可以表示为： 式式中中

24、I Id d漏漏极极电电流流交交流流成成分分的的有有效效值值（即即漏漏极极电电流流的的增增加加量量部部分分） ，U Ugsgs为为栅栅- -源源极极电电压压交交流流成成分分的的有有效效值值（即即栅栅- -源源极极电电压的增加量部分）。压的增加量部分）。在以后的讨论中我们将应用增加量是正弦波时的公式。在以后的讨论中我们将应用增加量是正弦波时的公式。 3.2 3.2 结型场效应管结型场效应管- -3.2.3 3.2.3 结型场效应管的主要参数结型场效应管的主要参数 例例3-1 3-1 由由结结型型场场效效应应管管组组成成的的电电路路如如图图3-73-7所所示示，结结型型场场效效应应管管的的夹夹断断

25、电电压压U UGS(off)GS(off)= =2V2V，漏漏极极饱饱和和电电流流I IDSSDSS=2mA=2mA，漏漏极极加加正正压压V VDDDD，栅栅极极加加负负电电压压，由由电电压压V VGGGG经经电电位位器器R RP P分分压压形形成成，转动电位器转动电位器R RP P的活动端，可对其数值进行调节。试求：的活动端，可对其数值进行调节。试求：（1 1）栅极电压）栅极电压U UGSGS= =0.5V0.5V时的漏极电流时的漏极电流I ID1D1= =？（2 2）栅极电压栅极电压U UGSGS= =0.7V0.7V时的漏极电流时的漏极电流I ID2D2= =？（3 3）场效应管的跨导场

26、效应管的跨导g gm m等于多少？等于多少？解解：将将U UGS(off)GS(off)= =2V2V、I IDSSDSS=2mA=2mA代代入入公公式（式（3-33-3）即可即可求得漏极电流求得漏极电流I ID1D1和和I ID2D2等于：等于： 3.2 3.2 结型场效应管结型场效应管- -3.2.3 3.2.3 结型场效应管的主要参数结型场效应管的主要参数 例例3-1 3-1 由由结结型型场场效效应应管管组组成成的的电电路路如如图图3-73-7所所示示，结结型型场场效效应应管管的的夹夹断断电电压压U UGS(off)GS(off)= =2V2V，漏漏极极饱饱和和电电流流I IDSSDSS

27、=2mA=2mA，漏漏极极加加正正压压V VDDDD，栅栅极极加加负负电电压压，由由电电压压V VGGGG经经电电位位器器R RP P分分压压形形成成，转动电位器转动电位器R RP P的活动端，可对其数值进行调节。试求：的活动端，可对其数值进行调节。试求：（3 3）场效应管的跨导）场效应管的跨导g gm m等于多少？等于多少？解解：跨跨导导等等于于漏漏极极电电流流差差（I ID2D2I ID1D1）除除以以栅栅极极电电压压差差（U UGS2GS2U UGS2GS2）：）： 这这一一结结果果表表明明，栅栅极极电电压压1 1V V的的变变化化，将引起漏极电流将引起漏极电流1.41.4mAmA的变化

28、。的变化。 3.3 3.3 N N沟道增强型场绝缘栅效应管沟道增强型场绝缘栅效应管绝绝缘缘栅栅场场效效应应管管中中，我我们们限限于于介介绍绍常常用用的的N N沟沟道道增增强强型型场场效效应应管和垂直导电型场效应管，首先介绍管和垂直导电型场效应管，首先介绍N N沟道增强型场效应管。沟道增强型场效应管。3.3.1 3.3.1 N N沟道增强型场效应管的结构和工作原理沟道增强型场效应管的结构和工作原理1 1、结构、结构在上面制作一层在上面制作一层S Si iO O2 2绝缘层，在绝缘层，在S Si iO O2 2之上再制作一层金属铝之上再制作一层金属铝，引引出出电电极极，称称为为栅栅极极S S。衬衬

29、底底也也引引出出电电极极，用用B B表表示示。通通常常将衬底与源极连接在一起使用。将衬底与源极连接在一起使用。 P P型型硅硅为为衬衬底底，扩扩散散两两个个高高掺掺杂杂的的N N型型区区并并引引出出两两个个电电极极，一一个个为为源源极极S S，另另一一个个为为漏漏极极D D。再再电路符号电路符号 3.3 3.3 N N沟道增强型场绝缘栅效应管沟道增强型场绝缘栅效应管- - 3.3.13.3.1结构和工作原理结构和工作原理2 2、工作原理、工作原理 栅栅极极与与源源极极之之间间不不加加电电压压时时，漏漏极极与与源源极极之之间间是是两两只只背背向向连连接接的的PNPN结结，电电流流无无法法通通过过

30、，即即使使在在漏漏、源源之之间间加加电电压压，也也不不会会有有漏极电流。漏极电流。如如果果在在栅栅极极与与源源极极之之间间加加上上正正电电压压（栅栅极极为为正正），同同时时将将漏漏极极与与源源极极短短接接（即即U UDSDS=0=0），这这时时栅栅极极电电流流仍仍然然为为零零，但但在在漏漏源源极极之之间间形形成成反反型型层层，反反型型层层中中的的电电子子可可以以自自由由移移动动，于于是是就就成成为为漏漏极极和和源源极极之之间的导电沟道。间的导电沟道。 反型层反型层形形成成反反型型层层后后给给D D、S S极极之之间间加加上上电电压压，两两极极之之间间就就有有电电流流通通过过。电电流流的的大大小

31、小决决定定反反型型层层中中电电子子的的数数量量，而而这这一一电电子子数数量量受受栅栅极极电电压压控控制制，因因此此，栅栅极极的的电电压压就实现了对漏就实现了对漏- -源极间电流的控制。源极间电流的控制。 3.3 3.3 N N沟道增强型场绝缘栅效应管沟道增强型场绝缘栅效应管- - 3.3.2 3.3.2 特性曲线识读特性曲线识读 N N沟沟道道增增强强型型场场效效应应管管2 2SK3019SK3019的的输出特性曲线识读输出特性曲线识读 1 1、漏极电流表达式不同、漏极电流表达式不同N N沟沟道道增增强强型型场场效效应应管管，恒恒流流区区中中漏漏极极电电流流i iD D与与栅栅极极电电压压u

32、uGSGS之之间间的的关关系系近似为：近似为： 与与结结型型场场效效应应管管相相比比较较，N N沟沟道道增增强强型型场场效效应应管管有有以以下下三三点点不不同之处：同之处：上上式式U UGS(GS(thth) )是是导导电电沟沟道道刚刚刚刚形形成成时时的的栅栅- -源源极极电电压压，称称为为开开启启电电压压；I IDODO是是栅栅- -源源极极间间电电压压等等于于二二倍倍开开启启电电压压时时的的漏漏极极电电流流 ，即，即时的时的漏极电流。漏极电流。 3.3 3.3 N N沟道增强型场绝缘栅效应管沟道增强型场绝缘栅效应管- - 3.3.2 3.3.2 特性曲线识读特性曲线识读 截止区：截止区：

33、U UGSGS U U UGS(GS(thth) ) 而且而且 0 0U UDSDSU U UGS(GS(thth) ) ，而且而且 U UDSDSUUGSGSU UGS(GS(thth) )结结型型场场效效应应管管几几个个区区的的划划分分标标准准中中的的夹夹断断电电压压U UGS(off)GS(off)应应更更换换为开启电压为开启电压U UGS(GS(thth) )，即修改为：即修改为：3 3、工作于恒流区时，栅极电压极性不同、工作于恒流区时，栅极电压极性不同结结型型场场效效应应管管工工作作时时，栅栅极极为为负负压压；N N沟沟道道增增强强型型场场效效应应管管，正常工作时，栅极电压为正，而且

34、要大于开启电压正常工作时，栅极电压为正，而且要大于开启电压U UGS(GS(thth) )。2 2、截截止止区区、恒恒流流区区和和可可变变电电阻阻区区的划分标准不同的划分标准不同 3.3 3.3 N N沟道增强型场绝缘栅效应管沟道增强型场绝缘栅效应管- - 3.3.3 3.3.3 主要参数主要参数（2 2）击穿电压击穿电压常常用用的的击击穿穿电电压压有有两两个个参参数数：使使漏漏源源电电流流急急剧剧上上升升时时的的电电压压，称称为为漏漏源源极极击击穿穿电电压压，用用符符号号U U(BR)DS(BR)DS表表示示；使使绝绝缘缘层层击击穿穿的的电电压压，称称为为栅栅源源极极击击穿穿电电压压，用用符

35、符号号U U(BR)GS(BR)GS表表示示。结结型型场场效效应应管管，栅源击穿电压栅源击穿电压U U(BR)GS(BR)GS表示的是栅源极表示的是栅源极PNPN结的反向击穿电压。结的反向击穿电压。 （1 1）最大漏极电流）最大漏极电流I IDMDMI IDMDM的的定定义义和和结结型型场场效效应应管管的的相相同同，是是管管子子正正常常工工作作时时漏漏极极电电流的最大值。流的最大值。 （3 3）最大漏极耗散功率）最大漏极耗散功率P PDMDM定定义义和和结结型型场场效效应应管管相相同同，是是管管子子保保持持正正常常工工作作所所允允许许的的漏漏极最大功率极最大功率。1 1、极限参数、极限参数 3

36、.3 3.3 N N沟道增强型场绝缘栅效应管沟道增强型场绝缘栅效应管- - 3.3.3 3.3.3 主要参数主要参数3 3、漏极电流、漏极电流I IDODO是是栅栅- -源源极极电电压压等等于于2 2倍倍开开启启电电压压（U UGSGS=2 =2 U UGS(GS(thth) )）时时的的漏漏极极电电流。流。 是是U UDSDS为为常常数数的的情情况况下下，使使i iD D大大于于零零所所需需的的最最小小栅栅- -源源极极电电压压，厂厂家家手手册册给给出出的的是是i iD D为为某某一一规规定定微微小小电电流流值值（如如5 5AA）时时的的栅栅极电压。极电压。4 4、低频跨导低频跨导g gm

37、m漏漏- -源源电电压压U UDSDS保保持持不不变变的的情情况况下下，漏漏极极电电流流变变化化量量IID D和和引引起起这个变化的栅这个变化的栅- -源电压变化量源电压变化量UUGSGS之比称为跨导之比称为跨导g gm m，即即2 2、开启电压、开启电压U UGS(GS(thth) )增加量部分是正弦波信号时增加量部分是正弦波信号时 3.3 3.3 N N沟道增强型场绝缘栅效应管沟道增强型场绝缘栅效应管- - 3.3.3 3.3.3 主要参数主要参数将将 U UGSGS=1.2V=1.2V， U UGS(GS(thth) )=1V=1V， I IDODO=2.5mA=2.5mA代代 入入 上

38、上 式式 ， 即即 可可 求求 得得U UGSGS=1.2V=1.2V时的漏极电流为时的漏极电流为I ID1D1：解：截止区，漏极电流等于零；恒流区，漏极电流的表达式为：解：截止区，漏极电流等于零；恒流区，漏极电流的表达式为： 例例3-2 3-2 已已知知N N沟沟道道增增强强型型绝绝缘缘栅栅场场效效应应管管的的开开启启电电压压U UGS(GS(thth) )=1V=1V，漏极电流漏极电流I IDODO=2.5mA=2.5mA。（1 1）给出截止区及恒流区漏极电流的表达式。给出截止区及恒流区漏极电流的表达式。（2 2）计算栅极电压）计算栅极电压U UGSGS=1.2V=1.2V时的漏极电流时的

39、漏极电流I ID1D1。 3.4 3.4 VMOSVMOS场效应管场效应管它它以以高高掺掺杂杂的的N N+ +型型硅硅衬衬底底为为漏漏极极D D。P P型型区区和和N N+ +型型区区都都是是环环状状的的，所所引引出出的的电电极极为为源源极极S S。用用酸酸腐腐蚀蚀掉掉图图中中虚虚线线划划出出的的部部分分，形形成成V V型型槽槽，在在V V型型槽槽上上生生长长一一层层绝绝缘缘层层（S Si iO O2 2层层），再再覆覆盖盖一一层层金属，引出电极作为栅极金属，引出电极作为栅极G G。 1 1、VMOSVMOS管的结构管的结构VMOSVMOS场场效效应应管管是是垂垂直直导导电电型型功功率率场场效

40、效应应管管的的简简称称。VMOSVMOS管管既既具具有有MOSMOS结结构构的的优优点点，又又有有很很高高的的输输出出功功率率，其其输输出出电电流流可可以以达到几千安培，是当前应用十分广泛的功率场效应管之一。达到几千安培，是当前应用十分广泛的功率场效应管之一。 3.4 3.4 VMOSVMOS场效应管场效应管与与N N沟沟道道增增强强型型MOSMOS管管的的情情况况类类似似，在在栅栅极极- -源源极极之之间间加加正正电电压压，当当这这一一电电压压U UGSGS大大于于某某一一电电压压（称称为为开开启启电电压压U UGS(GS(thth) )）时时，栅栅极极带带正正电电荷荷，排排斥斥P P区区的

41、的空空穴穴，并并吸吸引引电电子子，在在P P区区靠靠近近V V型型槽槽氧氧化化层层表表面面的的地地方方会会形形成成反反型型层层为为VMOSVMOS管管的的导导电电沟沟道道。栅栅极极电电压压通通过过导导电电沟沟道道的的调调节节控控制制漏漏极极电电流流，于于是是就就实实现现了了栅栅极极电电压压对对于漏极电流的控制。于漏极电流的控制。 2 2、工作原理、工作原理 3.4 3.4 VMOSVMOS场效应管场效应管VMOSVMOS管管从从原原理理上上看看，也也是是利利用用栅栅极极的的正正电电压压形形成成电电子子组组成成的的反反型型层层作作为为导导电电沟沟道道，栅栅极极电电压压通通过过导导电电沟沟道道的的

42、调调节节控控制制漏漏极极电电流，这和流，这和N N沟道增强型沟道增强型MOSMOS管相同管相同 不不同同的的是是N N沟沟道道增增强强型型MOSMOS管管的的导导电电沟沟道道沿沿着着衬衬底底的的表表面面，是是很很薄薄的的一一层层，因因此此通通过过的的电电流流比比较较小小；VMOSVMOS管管的的导导电电沟沟道道沿沿垂垂直直方方向向，能能流流过过很很大大的的电电流流，而而且且漏漏极极从从N N+ +型型衬衬底底引引出出，散散热热面面积大，便于安装散热器，其耗散功率最大可以达到几千瓦。积大，便于安装散热器，其耗散功率最大可以达到几千瓦。 VMOSVMOS管与管与N N沟道增强型沟道增强型MOSMO

43、S管比较管比较 3.4 3.4 VMOSVMOS场效应管场效应管 注注意意其其纵纵轴轴漏漏极极电电流流i iD D的的单单位位是是安安培培，横横轴轴漏漏- -源源极极电电压压u uDSDS也也较高，达较高，达100100伏，因此有较大的功率。伏，因此有较大的功率。 3 3、特性曲线及主要参数、特性曲线及主要参数 除除了了耗耗散散功功率率大大以以外外，VMOSVMOS管管的的另另一一个个特特点点是是，当当漏漏极极电电流流大大于于某某个个值值（例例如如500500mAmA）以以后后，i iD D与与u uDSDS基基本本呈呈线线性性关关系系。N N沟沟道道MOSMOS管管的的特特性性曲曲线线，其其漏漏极极电电流流i iD D与与漏漏- -源源极极电电压压u uDSDS的的关关系系是是平平方方关关系。系。 VMOSVMOS管管的的主主要要参参数数有有开开启启电电压压、漏漏源源击击穿穿电电压压、最最大大漏漏极极耗散功率等，其定义和前面介绍的耗散功率等，其定义和前面介绍的MOSMOS管一样管一样。第3章讲授到此结束 谢谢大家！