数据采集系统——计算机测控系统
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MOSFET可分为 增强型 N沟道、P沟道 耗尽型 N沟道、P沟道
2021/3/1
6
❖ Chapter 10 信号测量与调理
1、N沟道增强型MOSFET
1）结构 N沟道增强型
源极S
MOSFET在P型半导
体上生成一层SiO2 薄膜绝缘层，然后
用光刻工艺扩散两
个高掺杂的N型区。
栅极G
漏极D
2021/3/1
耗尽型FET重要参数。在VGS=0的条件下，管子预夹 断时的漏极电流。
2021/3/1
13
❖ Chapter 10 信号测量与调理
4）直流输入电阻RGS、rds 栅源电压与漏极电流之比，通常JFET的
RGS>107Ω，MOSFET的RGS>109Ω。 5）低频跨导gm
表征工作点Q上栅源电压vgs 对漏极电流id的控制作用大小 的参数，单位是mS。 6）最大漏极功耗PDM 最大漏极功耗可由PDM= vDS iD决 定，与双极型三极管的PCM相当。
8
❖ Chapter 10 信号测量与调理
漏源电压vDS对漏极电流iD的控制作用 原理2 vGS ≥ VT，加vDS，形成iD，且iD与vDS基本成正比。 因vDS形成电位差，使导电沟道为梯形。 vDS增大至vGD = vGS− vDS< VT，沟道被预夹断（漏 端），管子进入饱和区。
2021/3/1
按结构，场效应管可分两大类：
结型场效应管（JFET）
绝缘栅型场效应管（IGFET）
2021/3/1
5
❖ Chapter 10 信号测量与调理
二、绝缘栅型场效应管
绝缘栅型场效应管中应用最多的是以二氧化 硅作为金属（铝）栅极和半导体之间绝缘层 ， 又称金属-氧化物-半导体场效应管，简称MOSFET ( Metal-Oxide-Semiconductor FET)。
2021/3/1
10
3）特性曲线
❖ Chapter 10 信号测量与调理
iD
f（v
）
DS vG
S
常
数
——输出特性
2021/3/1
iD
f（vG
）
S vDS
常
数
——转移特性
11
❖ Chapter 10 信号测量与调理
N沟道耗尽型
N沟道增强型
P沟道耗尽型
P沟道增强型
2021/3/1
12
❖ Chapter 10 信号测量与调理
传感器 变送器
······
传感器 变送器
多 路 模 拟 开
采 样 保 持 器
A/D
计 算 机
D/A
模 拟 控 制 器
关
测控系统框图
wenku.baidu.com
2021/3/1
2
❖ Chapter 10 信号测量与调理
把模拟量转换为数字量的过程称为模数 转换，完成这种转换的电路称为模数转换器 (Analog to Digital Converter)，简称为ADC或 A/D；
衬底B
结构
7
2）工作原理
❖ Chapter 10 信号测量与调理
原理1
栅源电压vGS的控制作用—— 形成导电沟道
正电压vGS产生的反型层把 漏-源连接起来，形成宽度均 匀的导电N沟道，自由电子是 沟道内的主要载流子。
反型层刚形成时，对应的栅 源电压vGS称为开启电压，用 VT表示。
2021/3/1
❖ Chapter 10 信号测量与调理
第十章 数据采集系统—— 计算机测控系统
§10.6 典型的测控系统组成 §10.7 多路模拟开关 §10.8 采样保持器 §10.9 D/A 转换器 §10.10 A/D 转换器
2021/3/1
1
❖ Chapter 10 信号测量与调理
§10.6 典型的测控系统组成
9
❖ Chapter 10 信号测量与调理
沟道预夹断后， vDS继续 增大，夹断点向源极方向移 动， iD略有增大。 vGS变化时，vGS < VT，没有导电 沟道， iD≈0； vGS =VT时开始形成导电沟道； vGS ≥ VT时，导电沟道变宽。从 而改变vGS 的大小有效地控制沟 道电阻的大小。 ——输入电压vGS 对输出电流iD的控制
多子漂移 电压输入 电压控制电流源 VCCS(gm)
2021/3/1
15
❖ Chapter 10 信号测量与调理
噪声 温度特性 输入电阻 静电影响 集成工艺
双极型三极管
较大 受温度影响较大 几十到几千欧姆
不受静电影响 不易大规模集成
场效应三极管
较小 较小，可有零温度系数点
几兆欧姆以上 易受静电影响 适宜大规模和超大规模集成
2021/3/1
14
❖ Chapter 10 信号测量与调理
二、 双极型和场效应型三极管的比较
双极型三极管
结构
NPN型
PNP型
C与E一般不可倒置使 用
载流子 多子扩散少子漂移
输入量
电流输入
电流控制电流源 CCCS(β)
场效应三极管
结型耗尽型 N沟道 P沟道 绝缘栅增强型 N沟道 P沟道 绝缘栅耗尽型 N沟道 P沟道 D与S有的型号可倒置使用
注意：模拟开关多用场效应管来构成，因为 场效应管的VGS能够使D、S之间导通和断开， 但这样做成的实际的模拟开关接通时还会有 一导通电阻，在断开状态时仍会有一小的关 断电流
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❖ Chapter 10 信号测量与调理
一、场效应管结构原理
场效应管（Fiedl Effect Transistor——FET）是利 用电场效应来控制的有源器件，它不仅兼有一般 半导体管体积小、重量轻、耗电省、寿命长的特 点，还具有输入电阻高（MOSFET最高可达 1015Ω）、噪声系数低、热稳定性好、工作频率高、 抗辐射能力强、制造工艺简单等优点。在近代大 规模和超大规模集成电路以及微波毫米波电路中 得到广泛应用。
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❖ Chapter 10 信号测量与调理
把数字量转换为模拟量的过程称为数模 转换，完成这种转换的电路称为数模转换器 (Digital to Analog Converter)，简称DAC或D/A。
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3
❖ Chapter 10 信号测量与调理
§10.7 多路模拟开关
模拟开关是一种能够按照控制指令对模拟信号 传输进行通、断控制的电子器件
2、 场效应三极管的参数
1）开启电压VGS(th) (或VT) 增强型FET的重要参数。 在VDS为某
一固定值下能产生iD所需要的最小 |VGS|值。 2）夹断电压VGS(off) (或VP)
耗尽型FET的参数。在VDS为某一固定值 条件下, iD等于一微小值（便于测量）时所 对应的VGS。 3）饱和漏极电流IDSS
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❖ Chapter 10 信号测量与调理
1、N沟道增强型MOSFET
1）结构 N沟道增强型
源极S
MOSFET在P型半导
体上生成一层SiO2 薄膜绝缘层，然后
用光刻工艺扩散两
个高掺杂的N型区。
栅极G
漏极D
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耗尽型FET重要参数。在VGS=0的条件下，管子预夹 断时的漏极电流。
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❖ Chapter 10 信号测量与调理
4）直流输入电阻RGS、rds 栅源电压与漏极电流之比，通常JFET的
RGS>107Ω，MOSFET的RGS>109Ω。 5）低频跨导gm
表征工作点Q上栅源电压vgs 对漏极电流id的控制作用大小 的参数，单位是mS。 6）最大漏极功耗PDM 最大漏极功耗可由PDM= vDS iD决 定，与双极型三极管的PCM相当。
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❖ Chapter 10 信号测量与调理
漏源电压vDS对漏极电流iD的控制作用 原理2 vGS ≥ VT，加vDS，形成iD，且iD与vDS基本成正比。 因vDS形成电位差，使导电沟道为梯形。 vDS增大至vGD = vGS− vDS< VT，沟道被预夹断（漏 端），管子进入饱和区。
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按结构，场效应管可分两大类：
结型场效应管（JFET）
绝缘栅型场效应管（IGFET）
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❖ Chapter 10 信号测量与调理
二、绝缘栅型场效应管
绝缘栅型场效应管中应用最多的是以二氧化 硅作为金属（铝）栅极和半导体之间绝缘层 ， 又称金属-氧化物-半导体场效应管，简称MOSFET ( Metal-Oxide-Semiconductor FET)。
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3）特性曲线
❖ Chapter 10 信号测量与调理
iD
f（v
）
DS vG
S
常
数
——输出特性
2021/3/1
iD
f（vG
）
S vDS
常
数
——转移特性
11
❖ Chapter 10 信号测量与调理
N沟道耗尽型
N沟道增强型
P沟道耗尽型
P沟道增强型
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❖ Chapter 10 信号测量与调理
传感器 变送器
······
传感器 变送器
多 路 模 拟 开
采 样 保 持 器
A/D
计 算 机
D/A
模 拟 控 制 器
关
测控系统框图
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2021/3/1
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❖ Chapter 10 信号测量与调理
把模拟量转换为数字量的过程称为模数 转换，完成这种转换的电路称为模数转换器 (Analog to Digital Converter)，简称为ADC或 A/D；
衬底B
结构
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2）工作原理
❖ Chapter 10 信号测量与调理
原理1
栅源电压vGS的控制作用—— 形成导电沟道
正电压vGS产生的反型层把 漏-源连接起来，形成宽度均 匀的导电N沟道，自由电子是 沟道内的主要载流子。
反型层刚形成时，对应的栅 源电压vGS称为开启电压，用 VT表示。
2021/3/1
❖ Chapter 10 信号测量与调理
第十章 数据采集系统—— 计算机测控系统
§10.6 典型的测控系统组成 §10.7 多路模拟开关 §10.8 采样保持器 §10.9 D/A 转换器 §10.10 A/D 转换器
2021/3/1
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❖ Chapter 10 信号测量与调理
§10.6 典型的测控系统组成
9
❖ Chapter 10 信号测量与调理
沟道预夹断后， vDS继续 增大，夹断点向源极方向移 动， iD略有增大。 vGS变化时，vGS < VT，没有导电 沟道， iD≈0； vGS =VT时开始形成导电沟道； vGS ≥ VT时，导电沟道变宽。从 而改变vGS 的大小有效地控制沟 道电阻的大小。 ——输入电压vGS 对输出电流iD的控制
多子漂移 电压输入 电压控制电流源 VCCS(gm)
2021/3/1
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❖ Chapter 10 信号测量与调理
噪声 温度特性 输入电阻 静电影响 集成工艺
双极型三极管
较大 受温度影响较大 几十到几千欧姆
不受静电影响 不易大规模集成
场效应三极管
较小 较小，可有零温度系数点
几兆欧姆以上 易受静电影响 适宜大规模和超大规模集成
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❖ Chapter 10 信号测量与调理
二、 双极型和场效应型三极管的比较
双极型三极管
结构
NPN型
PNP型
C与E一般不可倒置使 用
载流子 多子扩散少子漂移
输入量
电流输入
电流控制电流源 CCCS(β)
场效应三极管
结型耗尽型 N沟道 P沟道 绝缘栅增强型 N沟道 P沟道 绝缘栅耗尽型 N沟道 P沟道 D与S有的型号可倒置使用
注意：模拟开关多用场效应管来构成，因为 场效应管的VGS能够使D、S之间导通和断开， 但这样做成的实际的模拟开关接通时还会有 一导通电阻，在断开状态时仍会有一小的关 断电流
2021/3/1
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❖ Chapter 10 信号测量与调理
一、场效应管结构原理
场效应管（Fiedl Effect Transistor——FET）是利 用电场效应来控制的有源器件，它不仅兼有一般 半导体管体积小、重量轻、耗电省、寿命长的特 点，还具有输入电阻高（MOSFET最高可达 1015Ω）、噪声系数低、热稳定性好、工作频率高、 抗辐射能力强、制造工艺简单等优点。在近代大 规模和超大规模集成电路以及微波毫米波电路中 得到广泛应用。
2021/3/1
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❖ Chapter 10 信号测量与调理
把数字量转换为模拟量的过程称为数模 转换，完成这种转换的电路称为数模转换器 (Digital to Analog Converter)，简称DAC或D/A。
2021/3/1
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❖ Chapter 10 信号测量与调理
§10.7 多路模拟开关
模拟开关是一种能够按照控制指令对模拟信号 传输进行通、断控制的电子器件
2、 场效应三极管的参数
1）开启电压VGS(th) (或VT) 增强型FET的重要参数。 在VDS为某
一固定值下能产生iD所需要的最小 |VGS|值。 2）夹断电压VGS(off) (或VP)
耗尽型FET的参数。在VDS为某一固定值 条件下, iD等于一微小值（便于测量）时所 对应的VGS。 3）饱和漏极电流IDSS