各种场效应管原理和特性曲线讲解

1、关于各种场效应管的原理和特性曲线讲解第一张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第三章 场效应管3.0 概 述 场效应管是一种利用电场效应来控制电流的半导体器件,也是一种具有正向受控作用的半导体器件。它体积小、工艺简单，器件特性便于控制，是目前制造大规模集成电路的主要有源器件。场效应管与三极管主要区别： 场效应管输入电阻远大于三极管输入电阻。 场效应管是单极型器件（三极管是双极型器件）。 场效应管受温度的影响小（只有多子漂移运动形成电流）第二张，PPT共三十六页，创作于2022年6月一、场效应管的种类第三章 场效应管按结构不同分为绝缘栅型场效应管MOSFET结型场效应管JFETP沟道N沟道P

2、沟道N沟道P沟道N沟道MOSFET（按工作方式不同）耗尽型（DMOS）增强型（EMOS） 沟道：指载流子流通的渠道、路径。N沟道是指以N型材料构成的区域作为载流子流通的路径；P沟道指以P型材料构成的区域作为载流子流通的路径。第三张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第三章 场效应管二、场效应管的结构示意图及其电路符号 JFET结构示意图及电路符号SGDSGDP+P+NGSDN沟道JFETP沟道JFETN+N+PGSD返回第四张，PPT共三十六页，创作于2022年6月耗尽型场管的结构示意图及其电路符号第三章 场效应管SGUDIDSGUDIDPP+N+SGDUN+N沟道DMOSNN+P+SGD

3、UP+P沟道DMOS DMOS管结构VGS=0时，导电沟道已存在返回第五张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第三章 场效应管增强型场管的结构示意图及其电路符号PP+N+N+SGDUNN+P+SGDUP+SGUDSGUD返回第六张，PPT共三十六页，创作于2022年6月场效应管的电路符号第三章 场效应管SGDSGDSGUDIDSGUDIDUSGDIDSGUDIDNEMOSNDMOSPDMOSPEMOSMOS场效应管MOSFET结型场效应管JFET返回总结第七张，PPT共三十六页，创作于2022年6月总结：第三章 场效应管 场效应管的电路符号可知：无论是JFET或是MOSFET，它都有三个电

4、极：栅极G、源极S、漏极D。它们与三极管的三个电极一一对应（其实它们之间的对应关系除了电极有对应关系外，由它们构成的电路的特性也有对应关系，这些我们在第四再给大家讲） ： G-B S-E D-C N沟道管子箭头是指向沟道的，而P沟道管子的箭头是背离沟道的。 返回第八张，PPT共三十六页，创作于2022年6月3.1 场效应管的工作原理第三章 场效应管 JFET与MOSFET工作原理相似，它们都是利用电场效应来控制电流，即都是利用改变栅源电压vGS，来改变导电沟道的宽度和高度，从而改变沟道电阻，最终达到对漏极电流iD 的控制作用。不同之处仅在于导电沟道形成的原理不同。(下面我们以N沟道JFET、N

5、沟道增强型为例进行分析） 返回第九张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第三章 场效应管3.1.1 JFET管工作原理 N沟道JFET管外部工作条件 VDS 0 (保证栅漏PN结反偏)VGS 0 (保证栅漏PN结反偏)。 U接电路最低电位或与S极相连(保证源衬PN结反偏)。 VGS 0 (形成导电沟道)PP+N+N+SGDUVDS- + - + VGS栅衬之间相当于以SiO2为介质的平板电容器。增强型管子沟道形成原理第十四张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第三章 场效应管 3.1.2 N沟道EMOSFET沟道形成原理 假设VDS =0，讨论VGS作用PP+N+N+SGDUVDS =

6、0- + VGS形成空间电荷区并与PN结相通VGS衬底表面层中负离子、电子VGS 开启电压VGS(th)形成N型导电沟道表面层 npVGS越大，反型层中n 越多，导电能力越强。反型层返回第十五张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第三章 场效应管3.2 场效应管的伏安特性曲线（以NEMOSFET为例） 由于场效应管的栅极电流为零，故不讨论输入特性曲线。 共源组态特性曲线：ID= f ( VGS )VDS = 常数转移特性：ID= f ( VDS )VGS = 常数输出特性：+TVDSIG0VGSID+- 转移特性与输出特性反映场效应管同一物理过程，它们之间可以相互转换。 NDMOSFET的

7、特性曲线NJFET的特性曲线第十六张，PPT共三十六页，创作于2022年6月输出特性曲线可划分四个区域： ID只受UGS控制，而与UDS近似无关，表现出类似三极管 的正向受控作用。 非饱和区（又称可变电阻区）特点：ID同时受UGS与UDS的控制。ID/mAUDS /V0UDS = UGS UTUGS =5V3.5V4V4.5VNEMOS管输出特性曲线非饱和区、饱和区、截止区、击穿区。 饱和区（又称恒流区）特点：VGS(th)开启电压，开始有ID时对应的VGS值 截止区（ID =0以下的区域） 击穿区IG0，ID0第一章 半导体器件返回第十七张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第三章 场效

8、应管 非饱和区特点：ID同时受VGS与VDS的控制。当VGS为常数时，VDSID近似线性，表现为一种电阻特性； ID/mAVDS /V0VDS = VGS VGS(th)VGS =5V3.5V4V4.5V当VDS为常数时，VGS ID ，表现出一种压控电阻的特性。 沟道预夹断前对应的工作区。条件：VGS VGS(th) V DS VGS(th) V DS VGSVGS(th) 考虑到沟道长度调制效应，输出特性曲线随VDS的增加略有上翘。注意：饱和区（又称恒流区）对应三极管的放大区。 饱和区饱和区工作时的数学模型返回第十九张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第三章 场效应管数学模型：若考虑

9、沟道长度调制效应，则ID的修正方程： 工作在饱和区时，MOS管的正向受控作用，服从平方律关系式：其中： 称沟道长度调制系数，其值与l 有关。通常 =( 0.005 0.03 )V-1返回第二十张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第三章 场效应管特点：相当于MOS管三个电极断开。 ID/mAVDS /V0VDS = VGS VGS(th)VGS =5V3.5V4V4.5V沟道未形成时的工作区条件：VGS 0，VGS 正、负、零均可。外部工作条件：DMOS管在饱和区与非饱和区的ID表达式与EMOS管相同。PDMOS与NDMOS的差别仅在于电压极性与电流方向相反。 NDMOS管伏安特性返回第二

10、十三张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第三章 场效应管 NJFET管伏安特性ID/mAVDS /V0VDS = VGS VGS(off)VGS =0V-2V-1. 5V-1V-0. 5VID =0 时对应的VGS值 夹断电压VGS（off） 。VGS=0 时对应的ID 值 饱和漏电流IDSS。PJFET与NJFET的差别仅在于电压极性与电流方向相反在饱和区时的数学模型：返回第二十四张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第三章 场效应管 VDS极性取决于沟道类型N沟道：VDS 0， P沟道：VDS 0ID(mA)VGS(V)VGS(th)VGS(th)VGS(off )VGS(th)

11、VGS(th)VGS(off )P沟道：VDS VGSVGS(th) ，VGS VGS(th)，假设成立。返回第二十九张，PPT共三十六页，创作于2022年6月3.4.2 小信号电路模型第三章 场效应管 FET管高频小信号电路模型 当高频应用、需计及管子极间电容影响时，应采用如下高频等效电路模型。gmvgsrdsgdsidvgs-vds+-CdsCgdCgs栅源极间平板电容漏源极间电容（漏衬与源衬之间的势垒电容）栅漏极间平板电容简化的小信号等效电路第三十张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第三章 场效应管gmvgsrdsgdsicvgs-vds+- rds为场效应管输出电阻： 由于场效应

12、管IG0，所以输入电阻rgs 。而三极管发射结正偏，故输入电阻rbe较小。与三极管输出电阻表达式 相似。rbercebceibic+-+vbevceib MOS管简化小信号电路模型(与三极管对照) 返回gm的含义第三十一张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第三章 场效应管FET跨导得 通常MOS管的跨导比三极管的跨导要小一个数量级以上，即MOS管放大能力比三极管弱。(MOSFET管）(JFET）返回第三十二张，PPT共三十六页，创作于2022年6月第三章 场效应管3.5 场效应管电路的分析方法 场效应管电路分析方法与三极管电路分析方法相似，可以采用估算法分析电路直流工作点；采用小信号等效电路法分析电路动态指标。 场效应管估算法分析思路与三极管相同，只是由于两种管子工作原理不同，从而使外部工作条件有明显差异。因此用估算法分析场效应管电路时，一定要注意自身特点。 估算法第三十三张，PPT共三十六页，创作于2022年6月 MOS管截止模式判断方法假定MOS管工作在放大模式：放大模式非饱和模式（需重新计算Q点）N沟道管：VGS VGS(th)截止条件 非饱和与饱和（放大）模式判断方法a)由直流通路写出管外电路VGS与ID之间关系式。c)联立解上述方程，选出合理的一组解。d)判断电路工作模式：若|VDS| |VGSVGS(th)| 若|VDS| |VGSVGS(th)| b)