场效应管特性研究-陶叶敏(精)

湖南人文科技学院毕业论文（设计）

场效应管特性探讨

物理系07级电科2班07417214陶叶敏1

场效应管特性探讨

1.场效应管分类2.场效应管的结构及工作原理3.场效应管特性曲线4.场效应管放大电路5.MOS场效应管的主要参数2探讨背景：从电子工业进入集成电路时代以来，经过多年的发展，场效应管在集成电路系统中扮演着越来越重要的作用。由于场效应管具有输入电阻高、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、平安工作区域宽等优点，有渐渐取代三极管的趋势。依据预料，电子技术发展大到21世纪前半叶，主流技术仍将是CMOS为主流的场效应管相关技术。鉴于场效应管在现代集成电路领域不行或缺的重要作用，对于场效应管特性方面的探讨变得特殊重要。31.场效应管分类

场效应是仅由一种载流子参与导电的半导体器件，是一种用输入电压限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。从场效应管的结构来划分，可分为绝缘栅型（MOSFET）和结型场效应管（JFET）。42.场效应管的结构和工作原理

N沟道增加型MOSFET的结构示意图和符号见图2.1图2.1增加型MOSFET的结构下面以N沟道增加型MOS管为例介绍其结构和工作原理。2.1结构52.2工作原理见图2.2，当VGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在d、s之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。当VDS=0且VGS＞0V时，g、b极间存在纵向电场会将靠近栅极下方的空穴向下排斥，留下带负电的离子从而形成耗尽层。再增加VGS，纵向电场随之增大，将P区少子电子聚集到P区表面会形成导电沟道（反型层、感生沟道），假如此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流id。

(1)栅源电压VGS的限制作用图2.2栅源电压VGS的限制作用6见图2.3，当VGS＞VT，且固定为某一值时，来分析漏源电压VDS对漏极电流id的影响。（设VT=2V，VGS=4V（a）VDS=0时，id=0。（b）VDS增大，id也随之增大，同时沟道靠漏区变窄。（c）当VDS增加到使VGD＝VGS－VDS＝VT时，沟道靠漏区夹断，称为预夹断。（d）VDS再增加，预夹断区加长，VDS增加的部分基本着陆在随之加长的夹断沟道上，id基本不变。（2）漏源电压VDS的限制作用图2.3漏源电压VDS的限制作用73.场效应管的特性曲线以N沟道增加型MOSFET为例，探讨其输出特性和转移特性。图3.1为N沟道增加型MOSFET输出特性曲线。图3.1N沟道增加型MOSFET输出特性曲线3.1输出特性8(a)夹断区（截止区）当VGS<VT时，导电沟道尚未形成，ID=0，为截止工作状态。(b)可变电阻区在可变电阻区内VDS≤（VGS－VT）

其中

为电导常数单位：mA/V2图3.1N沟道增加型MOSFET输出特性曲线rdso是一个受VGS限制的可变电阻。9（c）饱和区（恒流区又称放大区）

当VGS≥VT，且VDS≥（VGS－VT）时，MOSFET已进入饱和区。式中是VGS＝2VT时的iD。103.2转移特性

所谓转移特性是指在漏源电压VDS确定的条件下，栅源电压VGS对漏极电流ID的限制特性，即如图3.2为某一N沟道增加型MOSFET的转移特性曲线。图3.2N沟道增加型MOSFET的转移特性曲线114.场效应管放大电路

与晶体管的共射、共基和共集三种组态相对应，场效应管也有共源、共栅和共漏三种组态。4.1直流分析如图4.1所示电路，其直流通路如图4.2所示。图4.1共源放大电路12图4.2直流通路134.2沟通小信号模型与晶体管模型的导出相类似，iD是uGS和uDS的函数：iD=f(uGS，uDS）探讨动态信号时用全微分表示：定义：14如图4.3所示场效应管电路，当信号较小时，管子的电压、电流仅在Q点旁边变更，可以认为是线形的，与近似为常数，用有效值表示：图4.3由此式可画出该场效应管电路的低频小信号等效模型如图4.4所示

图4.4低频小信号等效模型15由于的值很大，可以忽视，由图4.5得到简化的等效模型如图4.6所示图4.5简化的小信号模型增加型MOS管在小信号作用时，可用IDQ代替iD，得出：164.3共源放大电路下面以共源放大电路为例，探讨场效应管放大电路。如图4.6所示共源放大电路，先画出其沟通通路如图4.7所示。图4.6共源放大电路图4.7沟通通路17

再画出沟通小信号模型等效电路，如图4.8所示计算沟通性能：图4.8沟通小信号模型电路1.电压放大倍数：假如有信号源内阻时：

182.输入电阻：

=∥

3.输出电阻：

=

5场效应管的主要参数1.直流参数2.沟通参数3.极限参数19

致谢：

在本文的写作过程中，首先我要感谢指导老师张艳蕾老师对我论文工作的大力支持，包括学术论文的阅读方法、创作思维的启发与引导。另外，在程序的编写过程中张艳蕾老师给我提了很多很好的建议，这对我论文的顺当完成起了莫大的帮助。其次要感谢