场效应管基本知识

1、场效应管基本知识模拟电子技术 场效应管基本知识场效应管利用输入回路的电场效应（电压）来控制输出回路电流的一种半导体器件。主要特点： 输入电阻高（1071012欧姆） 仅靠多数载流子导电，即单极型晶体管。优点： 具备双极型晶体管体积小、重量轻、寿命长等优点 输入内阻高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、制作工艺简单1.1 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管（MetalOxideSemiconductor） ，简称为MOSFET。其输入电阻很高，可达1015以上。绝缘栅场效应管增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道（1）结构和符号1.N沟道增强型MOS场效应管 箭头方向是表示由P（衬底）指向N（沟道）

2、，符号中的断线表示当UGS=0 时，导电沟道不存在。（2）工作原理栅源电压UGS的控制作用 无栅压时：当UGS=0时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，因此，即使在D、S之间加上电压, 在D、S间也不可能形成电流，即管子截止。 加正的栅压时（当UGS0时），栅源电压UGS对导电沟道有控制作用： 当UGS0V时纵向电场将靠近栅极下方的空穴向下排斥耗尽层。 再增加UGS纵向电场将P区少子电子聚集到P区表面形成导电沟道，如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流id。 定义： 开启电压（ UGS(th)）刚刚产生沟道所需的栅源电压UGS。 N沟道增强型MOS管的基本特性： UGS UGS(th) ，管子

3、截止， UGS UGS(th) ，管子导通。 UGS 越大，沟道越宽，在相同的漏源电压UDS作用下，漏极电流iD越大。漏源电压UDS对沟道导电能力的影响当UGS UGS（th）且固定为某值的情况下（1） UDS iD ； 同时沟道靠漏区变窄,沟道呈锥形分布.（2）当UDS增加到使UGD= UGS(th)时，沟道靠漏区夹断，称为预夹断。（3） UDS再增加，预夹断区加长， UDS增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上， iD基本不变。（3）特性曲线输出特性曲线（a）夹断区（截止区）（b）可变电阻区（预夹断前） （c）恒流区也称饱和区（预夹 断后）（d）击穿区转移特性曲线 转移特性能更好的体现栅

4、极电压对漏极电流的控制作用。 研究表明， iD与UGS的近似关系为： 【例3.1】电路和场效应管的传输特性如图1.6所示，试分析uI为0V、8V和10V时，uO分别为多少？解(1)uGSuI0V，管子处于夹断状态，iD0，uOuDSVDDiDRD=15V。(2)uGSuI8V,管子处于恒流区状态， iD1mA， uOuDSVDDiDRD=10V；可以看到（ uGS ， uDS ）（8，10）仍在恒流区 。（需要反向复核，即恒流和可变电阻区是由uGS和 uDS共同确定，需先假设一种状态，再验证）(3)uGSuI10V,假设工作在恒流区， iD2.2mA 。则uOuDSVDDiDRD=4V .而

5、uGS10V时的预夹断电压uDS uGSUGS(off)=10-4=6V， （ uGS ， uDS ）（10，6）说明应在可变电阻区。则RdsuDS/iD=3/(110-3)=3000（1）结构和符号 耗尽型MOS场效应管与增强型MOS场效应管的结构基本相同。区别在于，耗尽型MOS管在SiO2绝缘层中掺有大量正离子。因此，在uGS0时，这些正离子已经感应出反型层，有了导电沟道。这种无外加电压时已有导电沟道的场效应管称为耗尽型场效应管。2.N沟道耗尽型MOS场效管（2）工作原理 当uGS为负值，抵消掉部分正离子的影响，沟道变窄，在相同的uDS作用下，iD减小。之所以称为耗尽型,是因为当uGS为负

6、,将使沟道中感应电荷减少(即耗尽的意思)。随着uGS的减小， iD逐渐减小，直至iD =0。此时的uGS值称为夹断电压 UGS（off）。 当uGS为正值，沟道变宽，在相同的uDS作用下，iD增加。所以耗尽型MOS管可以在负栅压、零栅压和正栅压下工作。 结论：栅极电压对导电沟道有控制作用。同样，电压uGS固定时，电压uDS对导电沟道的影响类似增强型MOS管。 （3）特性曲线研究表明，uGS与iD的近似关系为：3.P沟道MOS场效应管 左图为P沟道增强型MOS场效应管的符号。 由于和N沟道增强型MOS场效应管是对偶结构，所以使用时所加栅源电压的极性与N沟道增强型MOS管相反，同时漏极电流的参考方

7、向仍选取流入漏极，所以漏极电流为负。除此之外，这两者特性均相同。P沟道增强型MOS场效应管的特性曲线 P沟道耗尽型MOS场效管的符号及特性曲线 1.2 结型场效应管（JFET）1结构和符号 N型导电沟道 2工作原理uGS= 0V时，沟道最宽，沟道电阻最小 。 uGSuGS uGS(off)且为某个固定值时，在源极与漏极之间存在导电沟道。当有uDS电压，就会有沟道电流。当uDS电压为某个固定值时，改变uGS的大小，可以控制iD的大小。 uGS反压增加，耗尽层变宽，沟道变窄，则iD减少，反之则耗尽层变窄，沟道变宽，则iD增加。因此，栅极电压uGS对沟道电流iD的控制作用类似MOS管。当栅源之间的电

8、压为满足0 uGS uGS（off）的某个固定值时，有uDS电压就产生沟道电流iD 。此时在uDS电压的作用下，耗尽层是上宽下窄，导电沟道呈现为倒楔形 。 当uDS增加到使uDS = uGS - uDS = uGS（off）时，在紧靠漏极处出现预夹断点。 当uDS继续增加时，预夹断点向源极方向伸长为预夹断区。此时沟道电流iD基本维持不变。即漏源电压uDS对iD的影响和MOSFET类似。JFET也有四个工作区 夹断区（截止区） 可变电阻区（预夹断前） 恒流区也称饱和区（预夹断后） 击穿区 3特性曲线（1）输出特性曲线 N沟道JFET输出特性曲线（2）转移特性在恒流区，JFET的转移特性方程与耗尽

9、型MOSFET相似，仍可近似表示为： 上式必须满足条件0 uGS uGS（off） 。IDSS为uGS = 0时的饱和漏极电流。4. P沟道结型场效应管P沟道结型场效应管的结构和N沟道结型场效应管对称。由于和N沟道结型场效应管是对偶结构，所以输出特性曲线除了电压和电流极性不同，其它均相同。相同的道理，转移特性曲线也类似，只是相对纵轴对称。 P沟道结型场效应管的特性曲线 【例3.2】场效应管的夹断电压UGS(off)=-4V，饱和漏极电流IDSS4mA。试问：为保证负载电阻RL上的电流为恒流， RL的取值范围应为多少？解：UGS0，因而iDIDSS4mA，则预夹断点（即恒流区最小的uDS ）uDSuGSUGS(off) =0(4)4VuDS VDDuo =VDDiDR L，UomaxVDD48V，输出电压范围为08V，则RLuo/IDSS=02 K1.3各种场效应管特性比较1、MOS管与JFET的电流控制原理不同。JFET利用耗尽层的宽度改变导电沟道的宽度来控制沟道电流，MOSFET则是利用