模电第四节场效应三极管

第四节场效应三极管结型场效应管绝缘栅场效应管场效应管的主要参数下页总目录场效应三极管中参与导电的只有一种极性的载流子（多数载流子），故称为单极型三极管。分类：结型场效应管绝缘栅场效应管增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道N沟道P沟道P沟道下页上页首页一、结型场效应管1.结构N型沟道耗尽层GDSGDSP+P+N沟道结型场效应管的结构和符号栅极漏极源极下页上页首页N2.工作原理UGS=0UGS<0UGS=UGS(off)⑴

当UDS=0

时，UGS对耗尽层和导电沟道的影响。ID=0ID=0下页上页首页N型沟道GDSP+P+N型沟道GDSP+P+GDSP+P+uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必须加负电压？UDS较小，UDG<|UGS(off)|UDS逐渐增大，UDG=|UGS(off)|⑵.当UGS固定不变时（

），UDS对耗尽层和ID的影响。预夹断下页上页首页UDS继续增大，UDG>|UGS(off)|⑵.当UGS固定不变时（

），UDS对耗尽层和ID的影响。VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻，iD几乎不变，进入恒流区，iD几乎仅仅决定于uGS。下页上页首页IDISIDISUGS=0，UDG<|UGS(off)|UGS<0，UDG<|UGS(off)|(3).当UDS＞0

但固定不变时，UGS对耗尽层和ID的影响。NP+P+VGGVDDGDSNP+P+VDDGDS沟道较宽，ID

较大。沟道变窄，

ID

较小。下页上页首页NP+P+IDISVGGVDDP+P+IDISVGGVDDUGS<0，UDG=|UGS(off)|，UGS≤

UGS(off)

，ID≈0，导电沟道夹断。ID更小，导电沟道预夹断。下页上页首页改变栅极与源极之间的电压uGS即可控制漏极电流iD利用栅源之间的电压uGS来改变PN结中的电场，从而控制漏极电流iD，因此称为结型场效应管。下页上页首页3.特性曲线⑴.转移特性ID=f（UGS）|UDS=常数GDSmAVVIDVGGVDD场效应管特性曲线测试电路Ｎ沟道结型场效应管转移特性

IDSSUGS(off)饱和漏极电流栅源间加反向电压UGS

<

0利用场效应管输入电阻高的优点。UGS/VID/mAO下页上页首页⑵.输出特性ID=f（UDS）|UGS=常数预夹断轨迹可变电阻区恒流区击穿区|UGS(off)|8VIDSSUGS=0-4-2-6-8ID/mAUDS/VO|UDS-UGS|=|UGS(off)|可变电阻区：ID与UDS基本上线性关系，但不同的UGS其斜率不同。恒流区：又称饱和区，ID几乎与UDS无关，ID的值受UGS控制。N沟道结型场效应管的漏极特性击穿区：反向偏置的PN结被击穿，

ID电流突然增大。夹断电压下页上页首页场效应管的两组特性曲线之间互相联系，可根据输出特性用作图的方法得到相应的转移特性。UDS=常数ID/mA0-0.5-1-1.5UGS/VUDS=15V5ID/mAUDS/V0UGS=0-0.4V-0.8V-1.2V-1.6V101520250.10.20.30.40.5结型场效应管栅极基本不取电流，其输入电阻很高，可达107以上。如希望得到更高的输入电阻，可采用绝缘栅场效应管。下页上页首页二、绝缘栅场效应管1.N沟道增强型MOS场效应管⑴.结构P型衬底N+N+BSGDSiO2铝P衬底杂质浓度较低，引出电极用B表示。N+两个区杂质浓度很高，分别引出源极和漏极。栅极与其它电极是绝缘的，通常衬底与源极在管子内部连接。SGDB下页上页首页P型衬底N+SGDBN+

开启电压，用UGS(th)表示⑵.工作原理当UGS增大到一定值时，吸引了足够多的电子，形成一个N型导电沟道。N型沟道UGS>UGS(th)时形成导电沟道VGG导电沟道的形成假设UDS=0，同时UGS

>0

栅极排斥空穴吸引电子，形成耗尽层若增大UGS

，则耗尽层变宽。又称之为反型层导电沟道随UGS增大而增宽。下页上页首页UDS对导电沟道的影响UGS为某一个大于UGS(th)的固定值，在漏极和源极之间加正电压，且UDS<UGS-UGS(th)即UGD=UGS-UDS

>UGS(th)则有电流ID

产生，ID使导电沟道发生变化。当UDS

增大到UDS=UGS-UGS(th)即UGD=UGS-UDS

=UGS(th)

时，沟道被预夹断，

ID

饱和。P型衬底N+N+SGDBVGGN型沟道VDDUDS对导电沟道的影响下页上页首页DP型衬底N+N+BGSVGGVDDP型衬底N+N+BGSDVGGVDDP型衬底N+N+BGSDVGGVDD夹断区UDS

对导电沟道的影响(a)

UGD>UT(b)

UGD=UT(c)

UGD<UT下页上页首页⑶.特性曲线IDOUT2UT预夹断轨迹可变电阻区恒流区ID/mAUDS/VOUGS/VID/mAO当UGS

≥

UGS(th)时。下页上页截止区转移特性曲线可近似用以下公式表示：首页2.N沟道耗尽型MOS场效应管预先在二氧化硅中掺入大量的正离子，使UGS=0时，产生N型导电沟道。当UGS<0时，沟道变窄，达到某一负值时被夹断，ID≈0，称为夹断电压。UGS>0时，沟道变宽，ID增大。GDSB下页上页首页P型衬底N+N+SGDBN型沟道++++++动画耗尽型：UGS

=0

时有导电沟道。增强型：UGS

=0

时无导电沟道。特性曲线IDSSUGS(off)预夹断轨迹可变电阻区恒流区IDSSID/mAUDS/VOUGS=0-2-1+1+2UGS/VOID/mA下页上页截止区首页种类符号转移特性漏极特性

结型N沟道耗尽型

结型P沟道耗尽型

绝缘栅型

N沟道增强型SGDSGDIDUGS=0V+UDS++oSGDBUGSIDOUT+UGS=UTUDSID+++OIDUGS=0V---UDSOUGSIDUPIDSSOUGSID/mAUPIDSSO种类符号转移特性漏极特性绝缘栅型N沟道耗尽型绝缘栅型P沟道增强型耗尽型IDSGDBUDSID_UGS=0+__OIDUGSUPIDSSOSGDBIDSGDBIDIDUGSUTOIDUGSUPIDSSO_IDUGS=UTUDS_o_UGS=0V+_IDUDSo+三、场效应管的主要参数1.直流参数⑴.饱和漏极电流IDSS是耗尽型场效应管的一个重要参数。它的定义是当栅源之间的电压uGS等于零，而漏源之间的电压uDS大于夹断电压时对应的漏极电流。⑵.夹断电压UGS(off)是耗尽型场效应管的一个重要参数。其定义是当uDS一定时，使iD减小到某一个微小电流时所需的uGS值。下页上页首页⑶.开启电压UGS(th)UGS(th)是增强型场效应管的一个重要参数。其定义是当uDS一定时，使漏极电流达到某一数值时所需加的uGS值。⑷.直流输入电阻RGS栅源之间所加电压与产生的栅极电流之比。结型场效应管的RGS一般在107Ω以上，绝缘栅场效应管的RGS更高，一般大于109Ω。下页上页首页2.交流参数⑴.低频跨导gm用以描述栅源之间的电压uGS对漏极电流iD的控制作用。⑵.极间电容场效应管三个电极之间的等效电容，包括CGS

、CGD和CDS

。极