第1章4讲场效应管

第1章4讲场效应管第一页，共32页。P沟道耗尽型P沟道P沟道N沟道增强型N沟道N沟道（耗尽型）FET场效应管JFET结型MOSFET绝缘栅型(IGFET)耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道一、场效应管的分类(fieldeffecttransistor)第二页，共32页。1、结型场效应管（JFET)结构和符号P+P+NGSD导电沟道二、场效应管的结构和符号（一）结型场效应管（JFET)第三页，共32页。（1）VGS对沟道的控制作用当VGS＜0时PN结反偏

当沟道夹断时,ID减小至0，此时对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP(或VGS(off))。对于N沟道的JFET，VP<0。耗尽层加厚沟道变窄VGS继续减小，沟道继续变窄，ID继续变小。DP+P+NGSVDSIDVGS

当VGS=0时，沟道最宽，沟道电阻最小，在VDS的作用下N沟道内的电子定向运动形成漏极电流ID,此时最大。沟道电阻变大ID变小

根据其结构，它只能工作在反偏条件下，N沟道管加负栅源电压，P沟道管加正栅源电压，否则将会出现栅流。2、结型场效应管（JFET)工作原理第四页，共32页。当VGS=0时，VDSID

G、D间PN结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。

当VDS增加到VGD=VP时，在紧靠漏极处出现预夹断。此时VDS

夹断区延长沟道电阻ID基本不变DP+P+NGSVDSIDVGS（2）VDS对沟道的控制作用第五页，共32页。当VP<VGS<0时，对于同样的VDS，

ID的值比VGS=0时的值要小。在预夹断处VGD=VGS-VDS=VP

DP+P+NGSVDSIDVGS(3)VGS和VDS同时作用时第六页，共32页。

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。

JFET是利用PN结反向电压对耗尽层厚度的控制，来改变导电沟道的宽窄，从而控制漏极电流的大小。第七页，共32页。#

JFET有正常放大作用时，沟道处于什么状态？(2)输出特性

VP(1)转移特性

3、结型场效应管（JFET)的特性曲线第八页，共32页。①夹断电压VP(或VGS(off))：②饱和漏极电流IDSS：

③低频跨导gm：或VDS为常数时，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)。④输出电阻rd：4、结型场效应管（JFET)主要参数第九页，共32页。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)GS第十页，共32页。结型场效应管

N沟道耗尽型P沟道耗尽型第十一页，共32页。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。结型场效应管的缺点第十二页，共32页。MOS场效应管N沟道增强型的MOS管P沟道增强型的MOS管N沟道耗尽型的MOS管P沟道耗尽型的MOS管（二）金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管第十三页，共32页。N沟道增强型MOSFET1.结构（N沟道）L：沟道长度W：沟道宽度tox

：绝缘层厚度通常W>L,与导电能力有关。Gate/Source/drain第十四页，共32页。漏极D→集电极C源极S→发射极E绝缘栅极G→基极B衬底B电极—金属绝缘层—氧化物基体—半导体因此称之为MOS管第十五页，共32页。

当VGS较小时，虽然在P型衬底表面形成一层耗尽层，但负离子不能导电。当VGS=VT时,在P型衬底表面形成一层电子层，形成N型导电沟道，在VDS的作用下形成iD。VDSiD++--++--++++----VGS反型层

当VGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的PN结，无论VDS之间加什么电压都不会在D、S间形成电流iD,即iD≈0.

当VGS>VT时,沟道加厚，沟道电阻减少，在相同VDS的作用下，iD将进一步增加。开始时无导电沟道，当在VGSVT时才形成沟道,这种类型的管子称为增强型MOS管

MOSFET是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。（2）N沟道增强型MOS场效应管工作原理第十六页，共32页。漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用

当VGS＞VT，且固定为某一值时，来分析漏源电压VDS的不同变化对导电沟道和漏极电流ID的影响。VDS=VDG＋VGS

=－VGD＋VGS

VGD=VGS－VDS

当VDS为0或较小时，相当VGD＞VT,此时VDS

基本均匀降落在沟道中，沟道呈斜线分布。在VDS作用下形成ID第十七页，共32页。当VDS增加到使VGD=VT时，当VDS增加到VGDVT时，

这相当于VDS增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况，称为预夹断。此时的漏极电流ID基本饱和。

此时预夹断区域加长，伸向S极。VDS增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上,ID基本趋于不变。第十八页，共32页。iD=f(vGS)vDS=C

转移特性曲线iD=f(vDS)vGS=C

输出特性曲线vDS(V)iD(mA)当vGS变化时，RON将随之变化，因此称之为可变电阻区恒流区(饱和区)：vGS一定时，iD基本不随vDS变化而变化。VGS/V（3）N沟道增强型MOS场效应管特性曲线DTGSDTGSTGSDDiVvIVvVvIi时的是2)()1(O2O=>-=第十九页，共32页。（1）N沟道耗尽型MOS场效应管结构+++++++耗尽型MOS管存在原始导电沟道2.N沟道耗尽型MOS场效应管第二十页，共32页。

当VGS=0时，VDS加正向电压，产生漏极电流iD,此时的漏极电流称为漏极饱和电流，用IDSS表示。当VGS＞0时,将使iD进一步增加。当VGS＜0时，随着VGS的减小漏极电流逐渐减小，直至iD=0，对应iD=0的VGS称为夹断电压，用符号VP表示。VGS(V)iD(mA)VPN沟道耗尽型MOS管可工作在VGS0或VGS>0N沟道增强型MOS管只能工作在VGS>0（2）N沟道耗尽型MOS场效应管工作原理第二十一页，共32页。输出特性曲线VGS(V)iD(mA)VP转移特性曲线（3）N沟道耗尽型MOS场效应管特性曲线第二十二页，共32页。绝缘栅场效应管N沟道增强型P沟道增强型各类绝缘栅场效应三极管的特性曲线第二十三页，共32页。绝缘栅场效应管

N沟道耗尽型P沟道耗尽型第二十四页，共32页。三MOSFET的主要参数一、直流参数NMOS增强型1.开启电压VT

（增强型参数）2.夹断电压VP

（耗尽型参数）3.饱和漏电流IDSS

（耗尽型参数）4.直流输入电阻RGS

（109Ω～1015Ω

）二、交流参数1.输出电阻rds

当不考虑沟道调制效应时，＝0，rds→∞

第二十五页，共32页。2.低频互导gm

考虑到则(其中（增强型）第二十六页，共32页。三、极限参数1.最大漏极电流IDM

2.最大耗散功率PDM

3.最大漏源电压V（BR）DS

4.最大栅源电压V（BR）GS

第二十七页，共32页。图各种场效应管的符号对比第二十八页，共32页。图各种场效应管的符号对比第二十九页，共32页。场效应管与晶体管的比较

场效应管三极管单极性：多子双极型：