电子电路场效应管概要

电路与模拟电子技术

原理第六章半导体元器件2/27/20231第6章半导体元器件6.1从电子管到晶体管6.2半导体6.3半导体二极管6.4晶体管6.5场效应晶体管2/27/202326.5场效应晶体管场效应晶体管（FET）是利用电场效应来限制半导体中电流的半导体器件。起限制作用的电极称为栅极→基极；漏极→集电极源极→放射极。变更施加在场效应管栅极上的电压，就可以限制漏极和源极之间的电流，所以场效应管是一种电压限制型器件；与之对比，晶体管通常被看做电流限制型器件，用基极电流限制集电极电流。2/27/202336.5场效应晶体管场效应管比晶体管噪声更低、热稳定性更好、抗辐射实力更强、输入阻抗很高。6.5.1结型场效应管6.5.2绝缘栅型场效应管6.5.3场效应管的特性6.5.4场效应管的应用2/27/202346.5.1结型场效应管JunctionField-EffectTransistor，JFET1．结型场效应管的基本结构2/27/202351．结型场效应管的基本结构场效应管电路符号中箭头的方向与晶体管电路符号中箭头一样，都是从P区指向N区

2/27/202362．结型场效应管的工作原理场效应管是依靠多子导电的（晶体管的电流放大作用是依靠少子导电实现的）运用多子导电的场效应管比运用少子导电的晶体管更加稳定。场效应管为单极型（Unipolar）器件。晶体管内部的既有空穴导电，又有电子导电，称之为双极型晶体管（BiplarJunctionTransistor，BJT）2/27/20237结型场效应管的工作原理（续）2/27/20238结型场效应管的工作原理（续）2/27/20239结型场效应管的工作原理（续）2/27/2023103．结型场效应管的特性曲线2/27/202311结型场效应管的特性曲线（续）可变电阻区恒流区、放大区或饱和区夹断区击穿区恒流区特性2/27/2023126.5场效应晶体管6.5.1结型场效应管6.5.2绝缘栅型场效应管6.5.3场效应管的特性6.5.4场效应管的应用2/27/2023136.5.2绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管的栅极是“绝缘”的，其栅源间的电阻特殊大；低功耗、结构简洁栅极（通常用金属铝制作）与半导体之间存在一个二氧化硅薄层，形成“金属-氧化物-半导体”这样的结构，所以绝缘栅型场效应管通常被称为MOS场效应管（Metal-Oxide-SemiconductorFET）。2/27/2023141．绝缘栅型场效应管的基本结构依据导电沟道的不同特性，IGFET分为N沟道P沟道增加型（Enhancement-type）耗尽型（Depletion-type）2/27/202315绝缘栅型场效应管的基本结构（续）2/27/2023164种IGFET的电路符号虚线表示增加型，实线表示耗尽型；箭头总是从P区指向N区，所以箭头向内代表N沟道，箭头向外代表P沟道。2/27/2023172．绝缘栅型场效应管的工作原理和特性曲线绝缘栅型场效应管是一种电压限制型器件，栅极和源极之间的电压UGS为限制信号，漏极电流ID为被限制信号。2/27/202318（1）N沟道增加型IGFETIGFET不能像JFET那样靠变更耗尽层宽度来限制漏极和源极间沟道的导电性能。2/27/202319①UGS对ID的限制作用2/27/202320UGS对ID的限制作用（续）2/27/202321②UDS对ID的限制作用（续）2/27/202322③N沟道增加型IGFET的特性曲线N沟道增加型IGFET在恒流区的转移特性其中ID(on)称为通态漏极电流（OnStateDrainCurrent），它是UGS＝2UGS(th)时的ID值。2/27/202323N沟道增加型IGFET特性曲线（续）2/27/202324（2）N沟道耗尽型IGFET在恒流区的转移特性2/27/202325N沟道耗尽型IGFET特性曲线2/27/202326（3）P沟道IGFET增加型耗尽型（分析略）2/27/2023276.5场效应晶体管6.5.1结型场效应管6.5.2绝缘栅型场效应管6.5.3场效应管的特性6.5.4场效应管的应用2/27/2023286.5.3场效应管的特性1．场效应管的特性曲线2．场效应管的特性参数2/27/2023291．场效应管的特性曲线场效应管的漏极电流ID既受栅源电压UGS的限制，又受漏源电压UDS的限制：漏极输出特性曲线描述了场效应管在不同UGS、UDS作用下的ID值，转移特性曲线则特殊描述了场效应管工作在放大区时UGS对ID的限制。2/27/202330场效应管的特性曲线（续）变更UGS将变更导电沟道的宽度，从而变更漏极和源极间的导电性能。当变更UGS使沟道宽度为零时，场效应管截止；当沟道宽度不为零，而且UDS较小时，它对沟道的影响可以忽视，场效应管工作于（受UGS限制的）可变电阻区。2/27/202331场效应管的特性曲线（续）增大UDS，它对沟道的影响不能忽视，随着UDS的增大，沟道将发生预夹断，使场效应管进入恒流区（放大区）；UDS过大，将使场效应管发生击穿。当把场效应管作为一种电压限制电流型的放大器件时，UGS为输入（限制）信号，ID为输出（被限制）信号。2/27/2023322．场效应管的特性参数⑴开启电压UGS(th)（或UT）

⑵夹断电压UGS(off)（或UP）

⑶饱和漏极电流IDSS

⑷输入电阻RGS

⑸低频跨导（互导）gm

⑹最大漏极功耗PDM

2/27/2023336.5.4场效应管的应用利用恒流区“ID基本上只受UGS限制，UGS不变则ID基本不变”的特点，可用场效应管