场效应晶体管的特点

1、2.2 场效应管场效应管2.2.1 结型场效应管结型场效应管2.2.2 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管2.2.3 场效应管的主要参数和特点场效应管的主要参数和特点2.2 场效应管场效应管 场效应管：场效应管：是利用输入电压产生的电场效应控制输是利用输入电压产生的电场效应控制输出电流的电压控制型器件。出电流的电压控制型器件。特点：特点：管子内部只有一种载流子参与导电，称为单管子内部只有一种载流子参与导电，称为单极型晶体三极管。极型晶体三极管。 特点：特点：由两个由两个PN结和一个导电沟道所组成。三个电极分结和一个导电沟道所组成。三个电极分别为源极别为源极S、漏极、漏极D和栅极和栅极G。漏极和源极具

2、有互换性。漏极和源极具有互换性。2.2.1 结型场效应管结型场效应管一、结构和符号一、结构和符号 N沟道结型场效应管的结构、符号如图沟道结型场效应管的结构、符号如图2.2.1所示；所示；P沟道沟道结型场效应管如图结型场效应管如图2.2.2所示。所示。工作条件：工作条件：两个两个PN结加反向电压。结加反向电压。图图2.2.1 .N沟道结型场效应管沟道结型场效应管图图2.2.2 P沟道结型场效应管沟道结型场效应管二、工作原理二、工作原理 以以N 沟道结型场效应管为例，原理电路如图所示。沟道结型场效应管为例，原理电路如图所示。动画动画12 结型场效应管的工作原理结型场效应管的工作原理 1 1结型场效

3、应管是一个电压控制电流的电压控制结型场效应管是一个电压控制电流的电压控制型器件。型器件。 2. 2. 所以输入电阻很大。一般可达所以输入电阻很大。一般可达10107 710108 8。 结论：结论： ； 。在漏源电压 不变条件下，改变栅源电压 ，通过PN结的变化，控制沟道宽窄，即沟道电阻的大小，从而控制漏极电流 。0DSV0GSVDSVGSVDI工作原理如下：工作原理如下：三、结型场效应管的特性曲线和跨导三、结型场效应管的特性曲线和跨导1. 1. 转移特性曲线转移特性曲线GSVDI 反映栅源电压反映栅源电压 对漏极电流对漏极电流 的控制作用。如图的控制作用。如图2. .2. .5所示，若漏源电

4、压一定：所示，若漏源电压一定： 当栅源电压当栅源电压 向负值方向变化时，漏极电流向负值方向变化时，漏极电流 逐渐减小；逐渐减小； DIGSV0GSVDSSI 当栅源电压当栅源电压 时，漏极电流时，漏极电流 ， 称为饱称为饱和漏极电流；和漏极电流；DSSDII 当栅源电压当栅源电压 时，漏极电流时，漏极电流 ， 称为夹断称为夹断电压。电压。 PVPGSVV0DI图图2. .2. .5 结型场效应管的转移特性曲线结型场效应管的转移特性曲线 结论：在结论：在区中，场效应管可看作一个受栅源电压控制区中，场效应管可看作一个受栅源电压控制的可变电阻。的可变电阻。图图2. .2. .6 结型场效应管的输出特

5、性曲线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 表示在栅源电压一定条件下，漏极电流与漏源电压之间表示在栅源电压一定条件下，漏极电流与漏源电压之间的关系。如图的关系。如图2.2.6所示。所示。（1）可调电阻区（图中）可调电阻区（图中区）区） 不变时，不变时， 随随 作线性变化，漏源间呈现电阻性；作线性变化，漏源间呈现电阻性；GSVDIDSV栅源电压栅源电压 越负，输出特性越陡，漏源间的电阻越大。越负，输出特性越陡，漏源间的电阻越大。GSV图图2. .2. .6 结型场效应管的输出特性曲线结型场效应管的输出特性曲线结论：在结论：在区中，场效应管具有线性放大作用。区中，场效应管具有线

6、性放大作用。（2）饱和区（图中）饱和区（图中区）区） 当当 不变时，不变时， 不随不随 变化，基本上维持恒定值，变化，基本上维持恒定值，即即 对对 呈饱和状态。呈饱和状态。DSVDIGSVDIDSVGSV 一定时，一定时， 的少量变化引起的少量变化引起 较大变化，即较大变化，即 受受 控制。控制。GSVDSVDIDI图图2. .2. .6 结型场效应管的输出特性曲线结型场效应管的输出特性曲线（3）击穿区（图中）击穿区（图中区）区）3. 跨导（跨导（gm） 当当 增至一定数值后，增至一定数值后， 剧增，出现电击穿。如果对剧增，出现电击穿。如果对此不加限制，将损坏管子。因此，管子不允许工作在这个此

7、不加限制，将损坏管子。因此，管子不允许工作在这个区域。区域。DSVDIGSVDIA/V反映在线性放大区反映在线性放大区 对对 的控制能力。单位是的控制能力。单位是 。 (2.2.1)GSDmVIg2.2.2 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管 绝缘栅场效应管是一种栅极与源极、漏极之间有绝缘层绝缘栅场效应管是一种栅极与源极、漏极之间有绝缘层的场效应管，的场效应管，简称简称MOS管。管。分类：分类：有有P沟道和沟道和N沟道两种类型；每种类型又分为增强沟道两种类型；每种类型又分为增强 型和耗尽型两种。型和耗尽型两种。一、结构和工作原理一、结构和工作原理1.1. N N沟道增强型绝缘栅场效应管沟道增强型绝缘

8、栅场效应管特点：特点：输入电阻高，噪声小。输入电阻高，噪声小。图图2. .2. .7 N沟道增强型绝缘栅场效应管沟道增强型绝缘栅场效应管 工作原理如图工作原理如图2.2.8所示：所示：0GSV （1）当 ，在漏、源极间加一正向电压 时，漏源极之间的电流 。0DIDSVDSV0GSV （2）当 ，在绝缘层和衬底之间感应出一个反型层，使漏极和源极之间产生导电沟道。在漏、源极间加一正向电压 时，将产生电流ID 。TV开启电压开启电压 ：增强型：增强型MOS管开始形成反型层的栅源电压。管开始形成反型层的栅源电压。图图2. .2. .8 N沟道增强型绝缘栅场效应管工作原理沟道增强型绝缘栅场效应管工作原理

9、 （3）在）在 时：时：0DSV若若 ，反型层消失，无导电沟道，反型层消失，无导电沟道， ；TGSVV0DI若若 逐渐增大，导电沟道变宽，逐渐增大，导电沟道变宽， 也随之逐渐增大，也随之逐渐增大，即即 控制控制 的变化。的变化。DIGSVDIGSV 若若 ，出现反型层即，出现反型层即(导电沟道导电沟道)，D、S之间有之间有电流电流 流过；流过；TGSVVDI图图2. .2. .8 N沟道增强型绝缘栅场效应管工作原理沟道增强型绝缘栅场效应管工作原理 夹断电压：夹断电压：使使ID=0时的栅源电压。时的栅源电压。 2. N沟道耗尽型绝缘栅场效应管沟道耗尽型绝缘栅场效应管结构及符号如图结构及符号如图2

10、. .2. .9所示。所示。特点：特点：管子本身已形成导电沟道。管子本身已形成导电沟道。图图2. .2. .9 N沟道耗尽型绝缘栅场效应管沟道耗尽型绝缘栅场效应管0DSV工作原理：在工作原理：在 时，时，DI0GSV当当 ，导电沟道有电流，导电沟道有电流 ；DI0GSV当当 ，并逐渐增大时，导致沟道变宽，使，并逐渐增大时，导致沟道变宽，使 增大；增大；DIGSV0GSV 当当 ，并逐渐增大此负电压，导致沟道变窄，并逐渐增大此负电压，导致沟道变窄，使使 。实现。实现 对对 的控制作用。的控制作用。DIPV0DIGSV夹断电压夹断电压 ：使：使 时的栅源电压时的栅源电压 。 图图2. .2. .9

11、 N沟道耗尽型绝缘栅场效应管沟道耗尽型绝缘栅场效应管二、绝缘栅场效应管的特性曲线和跨导二、绝缘栅场效应管的特性曲线和跨导以以N沟道沟道MOS管为例。管为例。 1. 转移特性曲线转移特性曲线 N沟道沟道MOS管的转移特性曲线如图管的转移特性曲线如图2.2.10所示。所示。增强型：当增强型：当 时，时， ；当；当 时，时， 。 0GSV0DITGSVV0DI 耗尽型：当耗尽型：当 时，时， ；当；当 为负电压时为负电压时 减小；当减小；当 时，时， 。 0GSV0DIGSVDIPGSVV0DI图图2.2.10 N沟道沟道MOS管转移特性曲线管转移特性曲线2. 输出特性曲线输出特性曲线3. 3. 跨

12、导跨导GSDmVIg可调电阻区可调电阻区饱和区饱和区击击穿区穿区三个区三个区其含义与结型管输出特性其含义与结型管输出特性曲线曲线三个区相同。三个区相同。三、绝缘栅场效应管的图形符号三、绝缘栅场效应管的图形符号注意注意N、P沟沟道的区别在道的区别在于图中箭头于图中箭头的指向相反。的指向相反。图图2.2.12 MOS管的图形符号管的图形符号 场效应管输入电阻很高，结型管一般在场效应管输入电阻很高，结型管一般在107以上；以上；绝缘栅管则更高，一般在绝缘栅管则更高，一般在109以上。以上。 2.2.3 场效应管的主要参数和特点场效应管的主要参数和特点一、主要参数一、主要参数1. 1. 直流参数直流参

13、数 （1）开启电压）开启电压VT 在在VDS 为定值的条件下，增强型场效应管开始导通（为定值的条件下，增强型场效应管开始导通（ ID 达达到某一定值，如到某一定值，如10A）时，所需加）时，所需加VGS的值。的值。（2）夹断电压）夹断电压VP 在在VDS 为定值的条件下，耗尽型场效应管为定值的条件下，耗尽型场效应管ID减小到近于零减小到近于零时时VGS 的值。的值。 （3）饱和漏极电流）饱和漏极电流IDSS 0GSV 耗尽型场效应管工作在饱和区且耗尽型场效应管工作在饱和区且 时，所对应的时，所对应的漏极电流。漏极电流。 （4）直流输入电阻）直流输入电阻RGS 栅源电压栅源电压VGS与对应的栅极

14、电流与对应的栅极电流 IG 之比。之比。2. 交流参数交流参数 （2）极间电容 场效应管三个电极之间的等效电容CGS、CGD、CDS，一般为几个皮法，结电容小的管子，高频性能好。DSVDIGSV （1）跨导gm 一定时，漏极电流变化量 和引起这个变化的栅源电压变化量 之比。它表示了栅源电压对漏极电流的控制能力。（2）漏极击穿电压）漏极击穿电压V(BR)DS 漏极电流漏极电流ID 开始剧增时所加的漏源间的电压。开始剧增时所加的漏源间的电压。3. 极限参数极限参数（1）漏极最大允许耗散功率）漏极最大允许耗散功率PDM ID与与VDS 的乘积不应超过的极限值。的乘积不应超过的极限值。二、场效应管的特点二、场效应管的特点 表表2.2.1 场效应管与普通三极管比较表场效应管与普通三极管比较表项目项目器件