电子技术基础第七章场效应管

电子技术基础第七章场效应管第1页，共53页，2023年，2月20日，星期一1概述2场效应管的工作原理3场效应管的检测场效应管第2页，共53页，2023年，2月20日，星期一

7.1概述场效应晶体管（FieldEffectTransistor缩写(FET)）简称场效应管。FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件，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、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。

第3页，共53页，2023年，2月20日，星期一CEP35P03

CEB05N65

第4页，共53页，2023年，2月20日，星期一2N2102IRF150第5页，共53页，2023年，2月20日，星期一

CEM8311CED6426第6页，共53页，2023年，2月20日，星期一场效应管与晶体管的优缺点晶体三极管(BJT)的弱点：1、晶体管为电流控制器件，需要信号源提供一定的电流，因此输入电阻低。

2、因为有少子参与导电，受温度、辐射等因素影响大，噪声大。

场效应管（FET）的优点

1、场效应管为电压控制器件，基本不需要输入电流、因此输入电阻高

(结构上能保证)。

2、场效应管只有多子参与导电、稳定性好，噪声低；

3、场效应管比晶体管种类多，漏极、源极可以互换，灵活性高；

4、集成电路工艺简单。第7页，共53页，2023年，2月20日，星期一7.2.1场效应管的分类N沟道P沟道增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道（耗尽型）FET场效应管JFET结型MOSFET绝缘栅型(IGFET)第8页，共53页，2023年，2月20日，星期一7.2.2场效应管的结构N基底：N型半导体PP两边是P区G(栅极)S源极D漏极导电沟道结构第9页，共53页，2023年，2月20日，星期一NPPG(栅极)S源极D漏极N沟道结型场效应管DGSDGS第10页，共53页，2023年，2月20日，星期一PNNG(栅极)S源极D漏极P沟道结型场效应管DGSDGS第11页，共53页，2023年，2月20日，星期一PGSDUDSUGSNNNNPN结反偏，UGS越大则耗尽区越宽，导电沟道越窄。UDS较小时场效应管的工作原理第12页，共53页，2023年，2月20日，星期一UDS较小时PGSDUDSUGSNNNN但当UGS较小时，耗尽区宽度有限，存在导电沟道。DS间相当于线性电阻。UGS越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。第13页，共53页，2023年，2月20日，星期一PGSDUDSUGSNNUDS较小时UGS达到一定值时（夹断电压VP）,耗尽区碰到一起，DS间被夹断，漏极电流是ID=0。第14页，共53页，2023年，2月20日，星期一PGSDUDSUGSUGS<Vp且UDS较大时UGD<VP时耗尽区的形状NN越靠近漏端，PN结反压越大第15页，共53页，2023年，2月20日，星期一PGSDUDSUGSUGS<Vp且UDS较大时UGD<VP时耗尽区的形状NN沟道中仍是电阻特性，但是非线性电阻。第16页，共53页，2023年，2月20日，星期一GSDUDSUGSUGS<VpUGD=VP时NN漏端的沟道被夹断，称为予夹断。UDS增大则被夹断区向下延伸。第17页，共53页，2023年，2月20日，星期一GSDUDSUGSUGS<VpUGD=VP时NN此时，电流ID由未被夹断区域中的载流子形成，基本不随UDS的增加而增加，呈恒流特性。第18页，共53页，2023年，2月20日，星期一UGS0IDIDSSVP饱和漏极电流夹断电压转移特性曲线一定UDS下的ID-UGS曲线场效应管的特性曲线第19页，共53页，2023年，2月20日，星期一予夹断曲线IDUDS2VUGS=0V1V3V4V5V可变电阻区夹断区恒流区输出特性曲线0第20页，共53页，2023年，2月20日，星期一N沟道结型场效应管的特性曲线转移特性曲线UGS0IDIDSSVP第21页，共53页，2023年，2月20日，星期一输出特性曲线IDUDS0UGS=0V-1V-3V-4V-5VN沟道结型场效应管的特性曲线-2v第22页，共53页，2023年，2月20日，星期一

结型场效应管的缺点：1.栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在某些场合仍嫌不够高。3.栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。2.在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。第23页，共53页，2023年，2月20日，星期一金属-氧化物-半导体场效应管

MOSFET

（1）结构和电路符号PNNGSDP型基底两个N区SiO2绝缘层Metal-Oxide-SimiconductorFieldEffectTransistor第24页，共53页，2023年，2月20日，星期一PNNGSD金属铝导电沟道GSDN沟道增强型第25页，共53页，2023年，2月20日，星期一N沟道耗尽型PNNGSD予埋了导电沟道GSD第26页，共53页，2023年，2月20日，星期一NPPGSDGSDP沟道增强型第27页，共53页，2023年，2月20日，星期一P沟道耗尽型NPPGSDGSD予埋了导电沟道第28页，共53页，2023年，2月20日，星期一（2）MOS管的工作原理以N沟道增强型为例PNNGSDUDSUGS第29页，共53页，2023年，2月20日，星期一PNNGSDUDSUGSUGS=0时D-S间相当于两个反接的PN结ID=0对应截止区第30页，共53页，2023年，2月20日，星期一PNNGSDUDSUGSUGS>0时UGS足够大时（UGS>VT）感应出足够多电子，这里以电子导电为主出现N型的导电沟道。感应出电子VT称为阈值电压第31页，共53页，2023年，2月20日，星期一PNNGSDUDSUGSUGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，UGS越大此电阻越小。第32页，共53页，2023年，2月20日，星期一PNNGSDUDSUGS当UDS不太大时，导电沟道在两个N区间是均匀的。当UDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。第33页，共53页，2023年，2月20日，星期一PNNGSDUDSUGSUDS增加，UGD=VT时，靠近D端的沟道被夹断，称为予夹断。夹断后ID呈恒流特性。ID第34页，共53页，2023年，2月20日，星期一4321051015UGS

=5V6V4V3V2VID/mAUDS=10V增强型

MOS

管的特性曲线

0123饱和区击穿区可变电阻区246UGS

/

VUGs(th)输出特性转移特性

UDS/VID/mA可变电阻区：UGS不变，ID与UDS成正比，漏源之间相当于一个可变电阻。第35页，共53页，2023年，2月20日，星期一4321051015UGS

=5V6V4V3V2VID/mAUDS=10V增强型

NMOS

管的特性曲线

0123饱和区击穿区可变电阻区246UGS

/

V3.特性曲线UGs(th)输出特性转移特性

UDS/VID/mA第36页，共53页，2023年，2月20日，星期一4321051015UGS

=5V6V4V3V2VID/mAUDS=10V增强型

NMOS

管的特性曲线

0123饱和区击穿区可变电阻区246UGS

/

V3.特性曲线UGs(th)输出特性转移特性

UDS/VID/mA击穿区：UDS过大，ID急剧增加。第37页，共53页，2023年，2月20日，星期一4321051015UGS

=5V6V4V3V2VID/mAUDS=10V增强型

NMOS

管的特性曲线

0123饱和区击穿区可变电阻区246UGS

/

V3.特性曲线UGs(th)输出特性转移特性

UDS/VID/mA转移特性：

ID=f（

UGS）|

u=常数第38页，共53页，2023年，2月20日，星期一（3）N沟道增强型MOS管的特性曲线转移特性曲线0IDUGSVT第39页，共53页，2023年，2月20日，星期一耗尽型N沟道MOS管的特性曲线耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。转移特性曲线0IDUGSVT第40页，共53页，2023年，2月20日，星期一输出特性曲线UGS=0VUDS（V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2V固定一个UDS，画出ID和UGS的关系曲线，称为转移特性曲线第41页，共53页，2023年，2月20日，星期一第42页，共53页，2023年，2月20日，星期一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，

所以场效应管也称为单极型三极管。JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。

JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因

此iG0，输入电阻很高。第43页，共53页，2023年，2月20日，星期一7.2.4N沟道结型管与P沟道结型管比较第44页，共53页，2023年，2月20日，星期一场效应管的主要参数①夹断电压VP(或VGS(off))：②饱和漏极电流IDSS：③低频跨导gm：或漏极电流约为零时的VGS值。VGS=0时对应的漏极电流。低频跨导反映了vGS对iD的控制作用。gm可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子)。第45页，共53页，2023年，2月20日，星期一⑤直流输入电阻RGS：对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107Ω。⑧最大漏极功耗PDM⑥最大漏源电压V(BR)DS⑦最大栅源电压V(BR)GS④输出电阻rd：第46页，共53页，2023年，2月20日，星期一几种常用的场效应三极管的主要参数

第47页，共53页，2023年，2月20日，星期一7.3场效应管的命名方法现行有两种命名方法。第一种命名方法与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3DO6C是绝缘栅型N沟道场效应三极管。

第二种命名方法是CS××#，CS代表场效应管，××以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS14A、CS45G等。第48页，共53页，2023年，2月20日，星期一场效应管的作用：1、场效应管可应用于放大。由于场效应管放大器的输入阻抗很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解电容器。

2、场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。

3、场效应管可以用作可变电阻。

4、场效应管可以方便地用作恒流源。

5、场