場效應管介紹

1、-作者xxxx-日期xxxx場效應管介紹【精品文檔】場效應管原理場效應管是只有一種載流子參與導電的半導體器件，是一種用輸入電壓控制輸出電流的半導體器件。有N溝道器件和P溝道器件。有結型場效應三極管JFET(Junction Field Effect Transister)和絕緣柵型場效應三極管IGFET( Insulated Gate Field Effect Transister) 之分。IGFET也稱金屬-氧化物-半導體三極管MOSFET （Metal Oxide Semiconductor FET）。 1.11.1.1MOS場效應管MOS場效應管有增強型（Enhancement MOS

2、或EMOS）和耗盡型(Depletion)MOS或DMOS）兩大類，每一類有N溝道和P溝道兩種導電類型。場效應管有三個電極：D(Drain) 稱為漏極，相當雙極型三極管的集電極；G(Gate) 稱為柵極，相當于雙極型三極管的基極；S(Source) 稱為源極，相當于雙極型三極管的發(fā)射極。增強型MOS(EMOS)場效應管一、工作原理1溝道形成原理當VGS=0 V時，漏源之間相當兩個背靠背的二極管，在D、S之間加上電壓不會在D、S間形成電流。當柵極加有電壓時，若0VGSVGS(th)時，通過柵極和襯底間的電容作用，將靠近柵極下方的P型半導體中的空穴向下方排斥，出現(xiàn)了一薄層負離子的耗盡層。耗盡層中的

3、少子將向表層運動，但數(shù)量有限，不足以形成溝道，所以仍然不足以形成漏極電流ID。進一步增加VGS，當VGSVGS(th)時（ VGS(th) 稱為開啟電壓），由于此時的柵極電壓已經比較強，在靠近柵極下方的P型半導體表層中聚集較多的電子，可以形成溝道，將漏極和源極溝通。如果此時加有漏源電壓，就可以形成漏極電流ID。在柵極下方形成的導電溝1線性電子電路教案道中的電子，因與P型半導體的載流子空穴極性相反，故稱為反型層（inversion layer）。隨著VGS的繼續(xù)增加，ID將不斷增加。在VGS=0V時ID=0，只有當VGSVGS(th)后才會出現(xiàn)漏極電流，這種MOS管稱為增強型MOS管。轉移特性曲

4、線的斜率gm的大小反映了柵源電壓對漏極電流的控制作用。 gm 的量綱為mA/V，所以gm也稱為跨導?？鐚У亩x式如下： constDS=VGSDVIgm (單位mS)2 VDS對溝道導電能力的控制當VGSVGS(th)，且固定為某一值時，來分析漏源電壓VDS對漏極電流ID的影響。VDS的不同變化對溝道的影響如圖3-2所示。根據此圖可以有如下關系VDS=VDGVGS= VGDVGSVGD=VGSVDS當VDS為0或較小時，相當VGDVGS(th)，溝道呈斜線分布。在緊靠漏極處，溝道達到開啟的程度以上，漏源之間有電流通過。當VDS增加到使VGD=VGS(th)時，相當于VDS增加使漏極處溝道縮減到

5、剛剛開啟的情況，稱為預夾斷，此時的漏極電流ID基本飽和。當VDS增加到VGDVGS(th)、VDSVGS(th)、VDSVGS-VGS(th) 限定。漏極電流表達式： 2)th(GSGSoxnD)VV(l2WCI=在這個工作區(qū)內，ID受VGS控制。3截止區(qū)和亞閾區(qū)VGSVGS(off)、VDSVGS(off)、VDSVGS-VGS(off) 限定 2)off(GSGSDSSD)VV1(II=3 截止區(qū)VGSVGS(off) 溝道被夾斷，ID=0。4 擊穿區(qū)當VDS增大到一定值V(BR)DS時，漏極端PN結發(fā)生雪崩擊穿而使ID急劇增加區(qū)域。 場效應管的類型（第一頁） 這一節(jié)我們要了解場效應管的分

6、類，各種場效應管的工作特點及根據特性曲線能判斷管子的類型。 場效應管分為結型場效應管（JFET）和絕緣柵場效應管（MOS管） 一：結型場效應管結型場效應管有兩種結構形式。它們是N溝道結型場效應管（符號圖為（1）和P溝道結型場效應管（符號圖為（2）從圖中我們可以看到，結型場效應管也具有三個電極，它們是：G柵極；D漏極；S源極。電路符號中柵極的箭頭方向可理解為兩個PN結的正向導電方向。(以N溝道結型場效應管為例)在D、S間加上電壓UDS，則源極和漏極之間形成電流ID，我們通過改變柵極和源極的反向電壓UGS，就可以改變兩個PN結阻擋層的（耗盡層）的寬度，這樣就改變了溝道電阻，因此就改變了漏極電流ID

7、。(以N溝道結型場效應管為例)輸出特性曲線：（如圖（3）所示）根據工作特性我們把它分為四個區(qū)域，即：可變電阻區(qū)、放大區(qū)、擊穿區(qū)、截止區(qū)。 對此不作很深的要求，只要求我們看到輸出特性曲線能判斷是什麼類型的管子即可轉移特性曲線： 我們根據這個特性關系可得出它的特性曲線如圖（4）所示。它描述了柵、源之間電壓對漏極電流的控制作用。從圖中我們可以看出當UGS=UP時ID=0。我們稱UP為夾斷電壓。 注：轉移特性和輸出特性同是反映場效應管工作時，UGS、UDS、ID之間的關系，它們之間是可以互相轉換的。 場效應管的類型（第二頁） 二：絕緣柵場效應管(MOS管) 絕緣柵場效應管也有兩種結構形式，它們是N溝道

8、型和P溝道型。無論是什麼溝道，它們又分為增強型和耗盡型兩種。(以N溝道增強型MOS場效應管) 我們首先來看N溝道增強型MOS場效應管的符號圖：如圖(1)所示 它是利用UGS來控制“感應電荷”的多少，以改變由這些“感應電荷”形成的導電溝道的狀況，然后達到控制漏極電流的目的。(以N溝道增強型MOS場效應管)它的轉移特性曲線如圖（2）所示；它的輸出特性曲線如圖(3)所示，它也分為4個區(qū)：可變電阻區(qū)、放大區(qū)、截止區(qū)和擊穿區(qū)。注：對此我們也是只要求看到輸出特性曲線和轉移曲線能判斷出是什麼類型的管子，即可。 場效應管的主要參數(shù)和特點一：場效應管的主要參數(shù)(1)直流參數(shù) 飽和漏極電流IDSS 它可定義為：當

9、柵、源極之間的電壓等于零，而漏、源極之間的電壓大于夾斷電壓時，對應的漏極電流。 夾斷電壓UP 它可定義為：當UDS一定時，使ID減小到一個微小的電流時所需的UGS 開啟電壓UT 它可定義為：當UDS一定時，使ID到達某一個數(shù)值時所需的UGS(2)交流參數(shù) 低頻跨導gm 它是描述柵、源電壓對漏極電流的控制作用。 極間電容 場效應管三個電極之間的電容，它的值越小表示管子的性能越好。(3)極限參數(shù) 漏、源擊穿電壓 當漏極電流急劇上升時，產生雪崩擊穿時的UDS。 柵極擊穿電壓 結型場效應管正常工作時，柵、源極之間的PN結處于反向偏置狀態(tài)，若電流過高，則產生擊穿現(xiàn)象。二：場效應管的特點場效應管具有放大作用，可以組成放大電路，它與雙極性三極管相比具有以下特點：（1）場效應管是電壓控制器件，它通過UGS來控制ID；（2）場效應管的輸入端電流極小，因此它的輸入電阻很高；（3）它是利用多數(shù)載流子導電，因此它的溫度穩(wěn)定性較好；（4）它組成的放大電路的電壓放大系數(shù)要小于三極管組成放大電