场效应管介绍

1、-作者xxxx-日期xxxx场效应管介绍【精品文档】场效应管原理场效应管是只有一种载流子参与导电的半导体器件，是一种用输入电压控制输出电流的半导体器件。有N沟道器件和P沟道器件。有结型场效应三极管JFET(Junction Field Effect Transister)和绝缘栅型场效应三极管IGFET( Insulated Gate Field Effect Transister) 之分。IGFET也称金属-氧化物-半导体三极管MOSFET （Metal Oxide Semiconductor FET）。 1.11.1.1MOS场效应管MOS场效应管有增强型（Enhancement MOS

2、或EMOS）和耗尽型(Depletion)MOS或DMOS）两大类，每一类有N沟道和P沟道两种导电类型。场效应管有三个电极：D(Drain) 称为漏极，相当双极型三极管的集电极；G(Gate) 称为栅极，相当于双极型三极管的基极；S(Source) 称为源极，相当于双极型三极管的发射极。增强型MOS(EMOS)场效应管一、工作原理1沟道形成原理当VGS=0 V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。当栅极加有电压时，若0VGSVGS(th)时，通过栅极和衬底间的电容作用，将靠近栅极下方的P型半导体中的空穴向下方排斥，出现了一薄层负离子的耗尽层。耗尽层中的

3、少子将向表层运动，但数量有限，不足以形成沟道，所以仍然不足以形成漏极电流ID。进一步增加VGS，当VGSVGS(th)时（ VGS(th) 称为开启电压），由于此时的栅极电压已经比较强，在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，可以形成沟道，将漏极和源极沟通。如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流ID。在栅极下方形成的导电沟1线性电子电路教案道中的电子，因与P型半导体的载流子空穴极性相反，故称为反型层（inversion layer）。随着VGS的继续增加，ID将不断增加。在VGS=0V时ID=0，只有当VGSVGS(th)后才会出现漏极电流，这种MOS管称为增强型MOS管。转移特性曲

4、线的斜率gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。 gm 的量纲为mA/V，所以gm也称为跨导。跨导的定义式如下： constDS=VGSDVIgm (单位mS)2 VDS对沟道导电能力的控制当VGSVGS(th)，且固定为某一值时，来分析漏源电压VDS对漏极电流ID的影响。VDS的不同变化对沟道的影响如图3-2所示。根据此图可以有如下关系VDS=VDGVGS= VGDVGSVGD=VGSVDS当VDS为0或较小时，相当VGDVGS(th)，沟道呈斜线分布。在紧靠漏极处，沟道达到开启的程度以上，漏源之间有电流通过。当VDS增加到使VGD=VGS(th)时，相当于VDS增加使漏极处沟道缩减到

5、刚刚开启的情况，称为预夹断，此时的漏极电流ID基本饱和。当VDS增加到VGDVGS(th)、VDSVGS(th)、VDSVGS-VGS(th) 限定。漏极电流表达式： 2)th(GSGSoxnD)VV(l2WCI=在这个工作区内，ID受VGS控制。3截止区和亚阈区VGSVGS(off)、VDSVGS(off)、VDSVGS-VGS(off) 限定 2)off(GSGSDSSD)VV1(II=3 截止区VGSVGS(off) 沟道被夹断，ID=0。4 击穿区当VDS增大到一定值V(BR)DS时，漏极端PN结发生雪崩击穿而使ID急剧增加区域。 场效应管的类型（第一页） 这一节我们要了解场效应管的分

6、类，各种场效应管的工作特点及根据特性曲线能判断管子的类型。 场效应管分为结型场效应管（JFET）和绝缘栅场效应管（MOS管） 一：结型场效应管结型场效应管有两种结构形式。它们是N沟道结型场效应管（符号图为（1）和P沟道结型场效应管（符号图为（2）从图中我们可以看到，结型场效应管也具有三个电极，它们是：G栅极；D漏极；S源极。电路符号中栅极的箭头方向可理解为两个PN结的正向导电方向。(以N沟道结型场效应管为例)在D、S间加上电压UDS，则源极和漏极之间形成电流ID，我们通过改变栅极和源极的反向电压UGS，就可以改变两个PN结阻挡层的（耗尽层）的宽度，这样就改变了沟道电阻，因此就改变了漏极电流ID

7、。(以N沟道结型场效应管为例)输出特性曲线：（如图（3）所示）根据工作特性我们把它分为四个区域，即：可变电阻区、放大区、击穿区、截止区。 对此不作很深的要求，只要求我们看到输出特性曲线能判断是什麽类型的管子即可转移特性曲线： 我们根据这个特性关系可得出它的特性曲线如图（4）所示。它描述了栅、源之间电压对漏极电流的控制作用。从图中我们可以看出当UGS=UP时ID=0。我们称UP为夹断电压。 注：转移特性和输出特性同是反映场效应管工作时，UGS、UDS、ID之间的关系，它们之间是可以互相转换的。 场效应管的类型（第二页） 二：绝缘栅场效应管(MOS管) 绝缘栅场效应管也有两种结构形式，它们是N沟道

8、型和P沟道型。无论是什麽沟道，它们又分为增强型和耗尽型两种。(以N沟道增强型MOS场效应管) 我们首先来看N沟道增强型MOS场效应管的符号图：如图(1)所示 它是利用UGS来控制“感应电荷”的多少，以改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的状况，然后达到控制漏极电流的目的。(以N沟道增强型MOS场效应管)它的转移特性曲线如图（2）所示；它的输出特性曲线如图(3)所示，它也分为4个区：可变电阻区、放大区、截止区和击穿区。注：对此我们也是只要求看到输出特性曲线和转移曲线能判断出是什麽类型的管子，即可。 场效应管的主要参数和特点一：场效应管的主要参数(1)直流参数 饱和漏极电流IDSS 它可定义为：当

9、栅、源极之间的电压等于零，而漏、源极之间的电压大于夹断电压时，对应的漏极电流。 夹断电压UP 它可定义为：当UDS一定时，使ID减小到一个微小的电流时所需的UGS 开启电压UT 它可定义为：当UDS一定时，使ID到达某一个数值时所需的UGS(2)交流参数 低频跨导gm 它是描述栅、源电压对漏极电流的控制作用。 极间电容 场效应管三个电极之间的电容，它的值越小表示管子的性能越好。(3)极限参数 漏、源击穿电压 当漏极电流急剧上升时，产生雪崩击穿时的UDS。 栅极击穿电压 结型场效应管正常工作时，栅、源极之间的PN结处于反向偏置状态，若电流过高，则产生击穿现象。二：场效应管的特点场效应管具有放大作用，可以组成放大电路，它与双极性三极管相比具有以下特点：（1）场效应管是电压控制器件，它通过UGS来控制ID；（2）场效应管的输入端电流极小，因此它的输入电阻很高；（3）它是利用多数载流子导电，因此它的温度稳定性较好；（4）它组成的放大电路的电压放大系数要小于三极管组成放大电