最新场效应管工作原理与应用课件PPT.ppt 89页

'进入夏天，少不了一个热字当头，电扇空调陆续登场，每逢此时，总会想起那一把蒲扇。蒲扇，是记忆中的农村，夏季经常用的一件物品。　　记忆中的故乡，每逢进入夏天，集市上最常见的便是蒲扇、凉席，不论男女老少，个个手持一把，忽闪忽闪个不停，嘴里叨叨着“怎么这么热”，于是三五成群，聚在大树下，或站着，或随即坐在石头上，手持那把扇子，边唠嗑边乘凉。孩子们却在周围跑跑跳跳，热得满头大汗，不时听到“强子，别跑了，快来我给你扇扇”。孩子们才不听这一套，跑个没完，直到累气喘吁吁，这才一跑一踮地围过了，这时母亲总是，好似生气的样子，边扇边训，“你看热的，跑什么？”此时这把蒲扇，是那么凉快，那么的温馨幸福，有母亲的味道！　　蒲扇是中国传统工艺品，在我国已有三千年多年的历史。取材于棕榈树，制作简单，方便携带，且蒲扇的表面光滑，因而，古人常会在上面作画。古有棕扇、葵扇、蒲扇、蕉扇诸名，实即今日的蒲扇，江浙称之为芭蕉扇。六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非圆，轻巧又便宜的蒲扇。　　蒲扇流传至今，我的记忆中，它跨越了半个世纪，也走过了我们的半个人生的轨迹，携带着特有的念想，一年年，一天天，流向长长的时间隧道，袅场效应管工作原理与应用 概述场效应管是另一种具有正向受控作用的半导体器件。它体积小、工艺简单，器件特性便于控制，是目前制造大规模集成电路的主要有源器件。场效应管与三极管主要区别：场效应管输入电阻远大于三极管输入电阻。场效应管是单极型器件(三极管是双极型器件)。场效应管分类：MOS场效应管结型场效应管2 3.1MOS场效应管P沟道(PMOS)N沟道(NMOS)P沟道(PMOS)N沟道(NMOS)MOSFET增强型(EMOS)耗尽型(DMOS)N沟道MOS管与P沟道MOS管工作原理相似，不同之处仅在于它们形成电流的载流子性质不同，因此导致加在各极上的电压极性相反。3 VDS对沟道的控制(假设VGS>VGS(th)且保持不变)VDS很小时→VGDVGS。此时W近似不变，即Ron不变。由图VGD=VGS-VDS因此VDS→ID线性。若VDS→则VGD→近漏端沟道→Ron增大。此时Ron→ID变慢。PP+N+N+SGDUVDS-+VGS-+PP+N+N+SGDUVDS-+VGS-+7 当VDS增加到使VGD=VGS(th)时→A点出现预夹断若VDS继续→A点左移→出现夹断区此时VAS=VAG+VGS=-VGS(th)+VGS(恒定)若忽略沟道长度调制效应，则近似认为l不变(即Ron不变)。因此预夹断后：PP+N+N+SGDUVDS-+VGS-+APP+N+N+SGDUVDS-+VGS-+AVDS→ID基本维持不变。8 若考虑沟道长度调制效应则VDS→沟道长度l→沟道电阻Ron略。因此VDS→ID略。由上述分析可描绘出ID随VDS变化的关系曲线：IDVDSOVGS–VGS(th)VGS一定曲线形状类似三极管输出特性。9 MOS管仅依靠一种载流子(多子)导电，故称单极型器件。三极管中多子、少子同时参与导电，故称双极型器件。利用半导体表面的电场效应，通过栅源电压VGS的变化，改变感生电荷的多少，从而改变感生沟道的宽窄，控制漏极电流ID。MOSFET工作原理：10 由于MOS管栅极电流为零，故不讨论输入特性曲线。共源组态特性曲线：ID=f(VGS)VDS=常数转移特性：ID=f(VDS)VGS=常数输出特性：伏安特性+TVDSIG0VGSID+--转移特性与输出特性反映场效应管同一物理过程，它们之间可以相互转换。11 NEMOS管输出特性曲线非饱和区特点：ID同时受VGS与VDS的控制。当VGS为常数时，VDSID近似线性，表现为一种电阻特性；ID/mAVDS/VOVDS=VGS–VGS(th)VGS=5V3.5V4V4.5V当VDS为常数时，VGSID，表现出一种压控电阻的特性。沟道预夹断前对应的工作区。条件：VGS>VGS(th)VDSVGS(th)VDS>VGS–VGS(th)考虑到沟道长度调制效应，输出特性曲线随VDS的增加略有上翘。注意：饱和区(又称有源区)对应三极管的放大区。14 数学模型：若考虑沟道长度调制效应，则ID的修正方程：工作在饱和区时，MOS管的正向受控作用，服从平方律关系式：其中，称沟道长度调制系数，其值与l有关。通常=(0.005~0.03)V-115 截止区特点：相当于MOS管三个电极断开。ID/mAVDS/VOVDS=VGS–VGS(th)VGS=5V3.5V4V4.5V沟道未形成时的工作区条件：VGS0，VGS正、负、零均可。外部工作条件：DMOS管在饱和区与非饱和区的ID表达式与EMOS管相同。PDMOS与NDMOS的差别仅在于电压极性与电流方向相反。22 3.1.3四种MOS场效应管比较电路符号及电流流向SGUDIDSGUDIDUSGDIDSGUDIDNEMOSNDMOSPDMOSPEMOS转移特性IDVGSOVGS(th)IDVGSOVGS(th)IDVGSOVGS(th)IDVGSOVGS(th)23 饱和区(放大区)外加电压极性及数学模型VDS极性取决于沟道类型N沟道：VDS>0，P沟道：VDS<0VGS极性取决于工作方式及沟道类型增强型MOS管：VGS与VDS极性相同。耗尽型MOS管：VGS取值任意。饱和区数学模型与管子类型无关24 临界饱和工作条件非饱和区(可变电阻区)工作条件|VDS|=|VGS–VGS(th)||VGS|>|VGS(th)|，|VDS|>|VGS–VGS(th)||VGS|>|VGS(th)|，饱和区(放大区)工作条件|VDS|<|VGS–VGS(th)||VGS|>|VGS(th)|，非饱和区(可变电阻区)数学模型25 FET直流简化电路模型(与三极管相对照)场效应管G、S之间开路，IG0。三极管发射结由于正偏而导通，等效为VBE(on)。FET输出端等效为压控电流源，满足平方律方程：三极管输出端等效为流控电流源，满足IC=IB。SGDIDVGSSDGIDIG0ID(VGS)+-VBE(on)ECBICIBIB+-26 3.1.4小信号电路模型MOS管简化小信号电路模型(与三极管对照)gmvgsrdsgdsicvgs-vds++-rds为场效应管输出电阻：由于场效应管IG0，所以输入电阻rgs。而三极管发射结正偏，故输入电阻rbe较小。与三极管输出电阻表达式rce1/(ICQ)相似。rbercebceibic+--+vbevcegmvbe27 MOS管跨导通常MOS管的跨导比三极管的跨导要小一个数量级以上，即MOS管放大能力比三极管弱。28 计及衬底效应的MOS管简化电路模型考虑到衬底电压vus对漏极电流id的控制作用，小信号等效电路中需增加一个压控电流源gmuvus。gmvgsrdsgdsidvgs-vds++-gmuvusgmu称背栅跨导，工程上为常数，一般=0.1~0.2。29 MOS管高频小信号电路模型当高频应用、需计及管子极间电容影响时，应采用如下高频等效电路模型。gmvgsrdsgdsidvgs-vds++-CdsCgdCgs栅源极间平板电容漏源极间电容(漏衬与源衬之间的势垒电容)栅漏极间平板电容30 场效应管电路分析方法与三极管电路分析方法相似，可以采用估算法分析电路直流工作点；采用小信号等效电路法分析电路动态指标。3.1.5MOS管电路分析方法场效应管估算法分析思路与三极管相同，只是由于两种管子工作原理不同，从而使外部工作条件有明显差异。因此用估算法分析场效应管电路时，一定要注意自身特点。估算法31 MOS管截止模式判断方法假定MOS管工作在放大模式：放大模式非饱和模式(需重新计算Q点)N沟道管：VGSVGS(th)截止条件非饱和与饱和(放大)模式判断方法a)由直流通路写出管外电路VGS与ID之间关系式。c)联立解上述方程，选出合理的一组解。d)判断电路工作模式：若|VDS|>|VGS–VGS(th)|若|VDS|<|VGS–VGS(th)|b)利用饱和区数学模型：32 例1已知nCOXW/(2l)=0.25mA/V2，VGS(th)=2V，求ID。解：假设T工作在放大模式VDD(+20V)1.2M4kTSRG1RG2RDRS0.8M10kGID代入已知条件解上述方程组得：ID=1mAVGS=4V及ID=2.25mAVGS=-1V(舍去)VDS=VDD-ID(RD+RS)=6V因此验证得知：VDS>VGS–VGS(th)，VGS>VGS(th)，假设成立。33 小信号等效电路法场效应管小信号等效电路分法与三极管相似。利用微变等效电路分析交流指标。画交流通路；将FET用小信号电路模型代替；计算微变参数gm、rds；注：具体分析将在第4章中详细介绍。34 3.2结型场效应管JFET结构示意图及电路符号SGDSGDP+P+NGSDN沟道JFETP沟道JFETN+N+PGSD35 N沟道JFET管外部工作条件VDS>0(保证栅漏PN结反偏)VGS<0(保证栅源PN结反偏)3.2.1JFET管工作原理P+P+NGSD+VGSVDS+-36 VGS对沟道宽度的影响|VGS|阻挡层宽度若|VGS|继续沟道全夹断使VGS=VGS(off)夹断电压若VDS=0NGSD+VGSP+P+N型沟道宽度沟道电阻Ron37 VDS很小时→VGDVGS由图VGD=VGS-VDS因此VDS→ID线性若VDS→则VGD→近漏端沟道→Ron增大。此时Ron→ID变慢VDS对沟道的控制(假设VGS一定)NGSD+VGSP+P+VDS+-此时W近似不变即Ron不变38 当VDS增加到使VGD=VGS(off)时→A点出现预夹断若VDS继续→A点下移→出现夹断区此时VAS=VAG+VGS=-VGS(off)+VGS(恒定)若忽略沟道长度调制效应，则近似认为l不变(即Ron不变)。因此预夹断后：VDS→ID基本维持不变。NGSD+VGSP+P+VDS+-ANGSD+VGSP+P+VDS+-A39 利用半导体内的电场效应，通过栅源电压VGS的变化，改变阻挡层的宽窄，从而改变导电沟道的宽窄，控制漏极电流ID。JFET工作原理：综上所述，JFET与MOSFET工作原理相似，它们都是利用电场效应控制电流，不同之处仅在于导电沟道形成的原理不同。40 NJFET输出特性非饱和区(可变电阻区)特点：ID同时受VGS与VDS的控制。条件：VGS>VGS(off)VDSVGS(off)VDS>VGS–VGS(off)在饱和区，JFET的ID与VGS之间也满足平方律关系，但由于JFET与MOS管结构不同，故方程不同。42 截止区特点：沟道全夹断的工作区条件：VGS0，ID流入管子漏极。P沟道FET：VDS<0，ID自管子漏极流出。JFET管：VGS与VDS极性相反。增强型：VGS与VDS极性相同。耗尽型：VGS取值任意。MOSFET管46 场效应管与三极管性能比较项目器件电极名称工作区导电类型输入电阻跨导三极管e极b极c极放大区饱和区双极型小大场效应管s极g极d极饱和区非饱和区单极型大小47 N沟道EMOS管GD相连构成有源电阻3.3.1有源电阻3.3场效应管应用原理v=vDS=vGS，i=iD由图知满足vDS>vGS–vGS(th)因此当vGS>vGS(th)时N沟道EMOS管工作在饱和区。伏安特性：iDvGSVQIQQ直流电阻：(小)交流电阻：(大)Tvi+-+-vRi48 N沟道DMOS管GS相连构成有源电阻v=vDS，vGS=0，i=iD由图因此，当vDS>0–vGS(th)时，管子工作在饱和区。伏安特性即vGS=0时的输出特性。由得知当vGS=0时，电路近似恒流输出。iDvDSVQIQQ-VGS(th)vGS=0Tvi+-+-vRi49 有源电阻构成分压器若两管n、COX、VGS(th)相同，则联立求解得：T1V1I1+-I2V2+-VDDT2由图I1=I2V1+V2=VDDV1+V2=VDD调整沟道宽长比(W/l)，可得所需的分压值。50 化工原理C总复习08环境工程（1-4）8/3/202151 考试时间:2010-12-24（星期五）9:00-11:00考试地点:教5-102—08环工1，2班07环工重修1-4班20人考试地点:教5-104—08环工3，4班8/3/202152 一、填空题（1×30=30）例如：气体的粘度随温度的升高而________，水的粘度随温度的升高_______。二、问答题（5×5=25）例如：换热器的设计中为何常常采用逆流操作？三、计算题（15×3=45）考试题型8/3/202153 单元操作三传一反量纲物料平衡热量平衡（相）平衡关系传递速率绪论—重要概念8/3/202154 第一章流体流动8/3/202155 绝对压力，表压，真空度，流量，流速，连续性方程，流体的机械能（位能，静压能，动能），压头（位压头，静压头，动压头），粘度，摩擦阻力，压头损失，流动类型（滞流，过渡流，湍流），雷诺数，牛顿粘性定律，摩擦系数（影响因素），量纲分析法，范宁公式，当量直径，局部阻力，流量计（类型）重要概念8/3/202156 压力形式能量形式静力学基本方程式8/3/202157 连续性方程式8/3/202158 能量形式或压头形式伯努利方程式8/3/202159 直管阻力8/3/202160 管路计算8/3/202161 连续性方程静力学基本方程式伯努利方程式管路计算计算题型8/3/202162 第二章流体输送机械8/3/202163 泵的类型，离心泵的工作原理，主要部件，主要性能参数，特征曲线，流量调节的方法，管路特征方程，工作点，离心泵的串联与并联，气蚀余量，气缚，汽蚀现象，安装高度，最大允许安装高度，气体输送机械的分类绪论—重要概念8/3/202164 离心泵的主要性能参数1.流量Q，Ｌ/ｓ或m3/ｈ2.扬程Ｈ，米液柱3.轴功率P与有效功率Pe,W8/3/202165 0481216202428320204060801001201012141618202224260246801020304050607080n=2900r/minNHηＱ,l/sm3/s离心泵的特性曲线8/3/202166 1）改变阀门的开度2）改变泵的转速3）改变叶轮的尺寸离心泵的流量调节8/3/202167 第三章沉降与过滤8/3/202168 均相物系，非均相物系，重力沉降，自由沉降速度以及主要影响因素，沉降以及分类停留时间，沉降时间离心分离，离心分离因数，旋风分离器过滤介质，过滤及其方式恒压过滤恒压过滤的特点，过滤方程式，过滤常数，过滤设备绪论—重要概念8/3/202169 过滤方程式与过滤常数的测定8/3/202170 第四章传热71 热量传递的基本方式，传热速率，热流密度，傅立叶定律（导热速率），导热系数，热阻，传热推动力，影响对流传热系数的因素努塞尔准数，普兰特准数，膜状冷凝和滴状冷凝热量衡算式，并流与逆流，传热平均温度差（对数平均温度差）总传热系数，传热计算换热器的分类，管程，壳程，传热过程的强化绪论—重要概念8/3/202172 热传导（平壁）8/3/202173 a—对流传热系数，W/（m2·K）对流传热8/3/202174 准数符号及意义准数名称符号意义努塞尔特准数（Nusselt）Nu=αl/λ表示对流传热系数的准数雷诺准数（Reynolds）Re=luρ/μ确定流动状态的准数普兰特准数（Prandtl）Pr=cpμ/λ表示物性影响的准数格拉斯霍夫准数（Grashof）Gr=βgΔtl3ρ2/μ2表示自然对流影响的准数75 Q：传热速率，WK：传热系数，w/(m2﹒℃)A：传热面积，m2Dtm：两流体的平均温度差，℃76 热量衡算77 对数平均温度差8/3/202178 平壁与薄壁管的总传热系数计算总传热系数79 传热过程的强化途径增大传热面积A2.增大平均温差Δtm3.增大总传热系数K提高流速及流体的扰动程度采用相变、较大的流体减小壁厚、防止结垢和及时清除垢层重点从设备的结构入手，提高单位体积的传热面积，如采用螺旋管、波纹管、翅片管等温度一般由生产工艺条件所规定，可调范围有限，尽可能逆流操作8/3/202180 热传导热量衡算传热速率基本方程计算题型8/3/202181 第五章吸收8/3/202182 吸收操作的种类，吸收过程分类，吸收剂的选择平衡溶解度、影响因素、亨利定律、费克定律平衡分压、温度与溶解度的关系、总压对溶解度的关系总传质速率方程，传质推动力，双膜理论（假设），气膜控制与液膜控制，回收率，吸收塔物料衡算，最小液气比的计算，操作线方程，填料层高度，传质单元数，填料类型及选择吸收—重要概念8/3/202183 压力—溶解度摩尔分数—摩尔分数亨利定律8/3/202184 气相液相双膜气相双膜液相k、含界面浓度K、不含界面浓度亨利定律压力（浓度）摩尔分数摩尔比总传质速率方程式8/3/202185 KY气相总传质系数(Y-Y*)为传质推动力KX气相总传质系数(X*-X)为传质推动力传质系数8/3/202186 8/3/202187 亨利定律的应用与计算传质系数的计算最小吸收剂用量物料衡算计算题型8/3/202188 请努力复习祝你顺利！8/3/202189'