12模拟电子技术教案2.5场效应管

1、2.5 场 效 应 管 BJT是一种电流控制型器件，它是利用基极电流来控制集电极电流，从而实现放大。BJT工作时，两种载流子同时参与导电，因此又称为双极性器件。 场效应管则是一种电压控制型器件，它是利用电场效应来控制其电流的大小，从而实现放大。场效应管工作时，内部参与导电的只有多子一种载流子，因此又称为单极性器件。 根据结构不同，场效应管分为两大类，结型场效应管和绝缘栅场效应管。2.5.2 结型场效应管 结型场效应管分为N沟道结型管和P沟道结型管，它们都具有3个电极：栅极、源极和漏极，分别与三极管的基极、发射极和集电极相对应。1.结型场效应管的结构与符号 图2.5.6所示为N沟道结型场效应管的

2、结构与符号，结型场效应管符号中的箭头，表示由P区指向N区。图2.5.6 N沟道结型管的结构与符号 P沟道结型场效应管的构成与N沟道类似，只是所用杂质半导体的类型要反过来。图所示为P沟道结型场效应管的结构与符号。2.N沟道结型场效应管的工作原理 （1）当栅源电压UGS=0时，两个PN结的耗尽层比较窄，中间的N型导电沟道比较宽，沟道电阻小，如图所示。UGS=0时的导电沟道 （2）当UGS0时，两个PN结反向偏置，PN结的耗尽层变宽，中间的N型导电沟道相应变窄，沟道导通电阻增大，如图 所示。 UGS0时的导电沟道 （3）当UP0时，可产生漏极电流ID。ID的大小将随栅源电压UGS的变化而变化，从而实

3、现电压对漏极电流的控制作用。 UDS的存在，使得漏极附近的电位高，而源极附近的电位低，即沿N型导电沟道从漏极到源极形成一定的电位梯度，这样靠近漏极附近的PN结所加的反向偏置电压大，耗尽层宽；靠近源极附近的PN结反偏电压小，耗尽层窄，导电沟道成为一个楔形，如图 (c)所示。图 (c) UGS和UDS共同作用的情况 图 (d) UGSUP时的导电沟道 强调：为实现场效应管栅源电压对漏极电流的控制作用，结型场效应管在工作时，栅极和源极之间的PN结必须反向偏置。3.结型场效应管的特性曲线及主要参数（1）转移特性曲线 在场效应管的UDS一定时，ID与UGS之间的关系曲线称为场效应管的转移特性曲线。它反映

4、了场效应管栅源电压对漏极电流的控制作用。N沟道结型场效应管的转移特性曲线 当UGS=0时，导电沟道电阻最小，ID最大，称此电流为场效应管的饱和漏极电流IDSS。 当UGS=UP时，导电沟道被完全夹断，沟道电阻最大，此时ID=0，称UP为夹断电压。 N沟道结型场效应管的输出特性曲线 （2）输出特性曲线 输出特性曲线是指栅源电压UGS一定时，漏极电流ID与漏源电压UDS之间的关系曲线。 场效应管的输出特性曲线可分为四个区域：可变电阻区恒流区(放大区）截止区（夹断区）击穿区（3）主要参数 夹断电压（UP） 饱和漏极电流IDSS 直流输入电阻（RGS） 最大耗散功率（PDM） 低频跨导（gm） 漏源击

5、穿电压（U（BR）DS） 栅源击穿电压（U（BR）GS）2.5.1 绝缘栅场效应管 绝缘栅场效应管是由金属（Metal）、氧化物（Oxide）和半导体（Semiconductor）材料构成的，因此又叫MOS管。 绝缘栅场效应管分为增强型和耗尽型两种，每一种又包括N沟道和P沟道两种类型。（1）结构与符号 以N沟道增强型MOS管为例，它是以P型半导体作为衬底，用半导体工艺技术制作两个高浓度的N型区，两个N型区分别引出一个金属电极，作为MOS管的源极S和漏极D；在P形衬底的表面生长一层很薄的SiO2绝缘层，绝缘层上引出一个金属电极称为MOS管的栅极G。B为从衬底引出的金属电极，一般工作时衬底与源极相

6、连。图2.5.1所示为N沟道增强型MOS管的结构与符号。图2.5.1 N沟道增强型MOS管的结构与符号 符号中的箭头表示从P区（衬底）指向N区（N沟道），虚线表示增强型。（2）N沟道增强型MOS管的工作原理 如图2.5.2所示，在栅极G和源极S之间加电压UGS，漏极D和源极S之间加电压UDS，衬底B与源极S相连。图2.5.2 N沟道增强型MOS管加栅源电压UGS 形成导电沟道所需要的最小栅源电压UGS，称为开启电压UT。 （3）特性曲线转移特性曲线图2.5.3(a) N沟道增强型MOS管的转移特性曲线 输出特性（漏极特性）曲线图2.5.3(b) N沟道增强型MOS管的输出特性曲线 2.耗尽型绝

7、缘栅场效应管（1）结构、符号与工作原理图2.5.4 N沟道耗尽型MOS管的结构与符号 （2）特性曲线图2.5.5 N沟道耗尽型MOS管的输出特性曲线和转移特性曲线 耗尽型MOS管工作时，其栅源电压UGS可以为0，也可以取正值或负值，这个特点使其在应用中具有更大的灵活性。3.绝缘栅场效应管的主要参数 开启电压UT：指UDS为一定值时，形成导电沟道，使增强型MOS管导通所需要的栅源电压值。4.三极管与场效应管的性能特点 5.结型场效应管的检测（1）判定结型场效应管的栅极和管型（2）用万用表判定结型场效应管的好坏6.选用场效应管应注意的事项（1）选用场效应管时，不能超过其极限参数。（2）结型场效应管的源极和漏极可以互换。（3）MOS管有3个引脚时，表明衬底已经与源极连在一起，漏极和源极不能互换；有4个引脚时，源极和漏极可以互换。 （4）MOS管的输入电阻高，容易造成因感应电荷泄放不掉而使栅极击穿永久失效。因此，在存放MOS管时，要将3个电极引线短接；焊接时，电烙铁的外壳要良好接地，并按漏极、源极、栅极的顺序进行焊接，而拆卸时则按相反顺序进行；测试时，测量仪器和电