场效应管教程

1、场效应管教程 场效应半导体三极管是仅由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的半导体器件。从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。 从场效应三极管的结构来划分，它有两大类。 1.结型场效应三极管JFET (Junction type Field Effect Transister) 2.绝缘栅型场效应三极管IGFET ( Insulated Gate Field Effect Transister) IGFET也称金属氧化物半导体三极管MOSFET （Metal Oxide Semiconductor FET）N沟道沟道P沟

2、道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)分类：分类：1.4 结型场效应管结型场效应管 结构结构 工作原理工作原理 输出特性输出特性 转移特性转移特性 主要参数主要参数 一、一、 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理 二、二、 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数 1.4.1 1.4.1 结型场效应三极管结型场效应三极管结构 它是在N型半导体硅片的两侧扩散高浓度P离子区，形成两个PN结夹着一个N型沟道的结构。 P区即为栅极，N型硅的一端是漏极，另一端是源极。

3、导电沟道： 漏源之间的非耗尽层区域。 源极，用源极，用S或或s表示表示N型导电沟道型导电沟道漏极，用漏极，用D或或d表示表示 P型区型区P型区型区栅极，用栅极，用G或或g表示表示栅极，用栅极，用G或或g表示表示符号符号符号符号 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理结构：结构： 一、结型场效应三极管的工作原理一、结型场效应三极管的工作原理 根据结型场效应三极管的结构，只能工作在反偏的条件下， N沟道结型场效应三极管只能工作在负栅压（uGS0，实现栅源电压对漏极电流的控制。现以N沟道为例说明其工作原理。1、栅源电压对沟道的控制作用、栅源电压对沟道的控制作用 uDS=0，uGS对导电沟道的控制：

4、 uGS=0，导电沟道宽； uGS0，漏、源间将形成多子的漂移运动，产生漏 极电流iD，（负值）uGD=uGS-uDS将随之变化（减小）。 靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从左至右呈楔形 分布，如图所示。当uDS增加，uGD反偏电压增加，沟道电阻取决于（栅源电压一定）uGS，iD随uDS线性增大，漏源间呈电阻特性。（负值）uGD=（负值）U GS(off)时，靠漏极处出现预夹断，如图 (b)所示。当uDS继续增加，漏极处的夹断继续向源极方向生长延长。（负值）uGD （负值）U GS(off)时，沟道夹断使iD减小；漏源间电场使iD增大。 则uDS变化iD几乎不变，只与uGS有关。恒流特性。

5、VGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当当VGS0时时（以（以N沟道沟道JFET为例）为例） 当沟道夹断时，对应当沟道夹断时，对应的栅源电压的栅源电压VGS称为夹断称为夹断电压电压VP （ 或或VGS(off) ）。）。对于对于N沟道的沟道的JFET，VP 0。PN结反偏结反偏耗尽层加厚耗尽层加厚沟道变窄。沟道变窄。 VGS继续减小，沟道继续减小，沟道继续变窄继续变窄当当VGS=0时，时，VDS ID G、D间间PN结的反向电结的反向电压增加，使靠近漏极处的压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。从上至下呈楔形分布。 当当VDS增加到使增加到使VG

6、D=VP 时，在紧靠漏极处出现预时，在紧靠漏极处出现预夹断。夹断。此时此时VDS 夹断区延长夹断区延长沟道电阻沟道电阻 ID基本不变基本不变3、uGS和和uDS同时作用时同时作用时当当uGDU GS(off)时，时， uGS对iD的影响： 导电沟道夹断，漏导电沟道夹断，漏电流对应栅源电压。实电流对应栅源电压。实现电压控制电流。现电压控制电流。 对于同样的对于同样的uDS ， iD的值随的值随uGS减小而减小。减小而减小。 对应电流放大系数对应电流放大系数是低频跨导是低频跨导gm。uGD=uGS- -uDS U GS(off) 综上分析可知综上分析可知 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，沟

7、道中只有一种类型的多数载流子参与导电， 所以场效应管也称为单极型三极管所以场效应管也称为单极型三极管。 JFETJFET是电压控制电流器件，是电压控制电流器件，i iD D受受u uGSGS控制控制 预夹断前预夹断前i iD D与与u uDSDS呈呈近似线性关系；预夹断后，近似线性关系；预夹断后，i iD D趋于趋于饱和。饱和。 JFETJFET栅极与沟道间的栅极与沟道间的PNPN结是反向偏置的，因结是反向偏置的，因 此此i iG G 0 0，输入电阻很高。输入电阻很高。 JFET的特性曲线有两条，一是转移特性曲线，二是输出特性曲线。它与MOSFET的特性曲线基本相同， MOSFET的栅压可正、可负， 结型场效应三极管的栅压只能是P沟道的为正或N沟道的为负。二、二、 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数二、二、 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数const.DSDGS)(Uufi2. 转移特性转移特性 const.GSDDS)(Uufi)0()1 (GSGS(off)2GS(off)GSDSSDuUUuIi1. 输出特性输出特性 可变电阻