模电第一章半导体基础(场效应管)

共发射极接法电路复习：晶体管的特性曲线1、输入特性曲线UCE1ViB(

A)uBE(V)204060800.40.8工作压降：硅管UBE0.6~0.8V,锗管UBE0.1~0.3V。UCE=0VUCE=0.5V

死区电压，硅管0.5V，锗管0.2V。iB=f(uBE)∣UCE=常数

输出特性曲线可以分为三个区域:饱和区——iC受uCE显著控制的区域，该区域内uCE的数值较小，一般uCE＜0.7

V(硅管)。此时

发射结正偏，集电结正偏或0偏。截止区——iC接近零的区域，相当IB=0的曲线的下方。此时，发射结反偏，集电结反偏。放大区——iC平行于uCE轴的区域，曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏，电压大于0.7

V左右(硅管)。1.4场效应管结型场效应管绝缘栅型场效应管场效应管的主要参数晶体管和场效应管的比较

1.定义

是利用电场效应来控制输出电流的半导体器件。因仅一种载流子参与导电，又称单极型晶体管。2.分类从参与导电的载流子来划分，有N沟道器件和P沟道器件。

从场效应管的结构来划分，有结型场效应管和绝缘栅型场效应管。

概述场效应管分类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)3.特点输入电阻大（107~1012欧姆），故控制电流小。受温度、辐射等的影响小。噪声小、能耗低。便于集成。抗静电能力差。一、结型场效应管1.结构及符号源极（souce）漏极（drain）栅极（gate）N型半导体高掺杂P区高掺杂P区1.结构及符号1.结构及符号(A1-11)2.工作原理(N沟道）耗尽层很窄沟道很宽⑴uGS=0，uDS=0时2.工作原理⑵uGS＜0，uDS=0时耗尽层加宽沟道变窄沟道电阻增大PN结反偏uGS增加2.工作原理⑵uGS＜0，uDS=0时uGS增加到UGS（off）时耗尽层相交沟道消失沟道电阻∞称沟道夹断UGS（off）为夹断电压2.工作原理⑵uGS＜0，uDS=0时2.工作原理⑶uGS不变，uDS＞0时uGS恒定时沟道有电流iD流过使沟道不等宽uDS＞02.工作原理⑶uGS=C，uDS＞0时uGS恒定时uDS增大时使沟道不等宽明显uDG增大到∣UGS（off）∣时沟道予夹断2.工作原理⑶uGS=C，uDS＞0时iD基本不变，为IDSS称饱和漏极电流随uDS增大夹断区加长沟道电阻变大2.工作原理⑶uGS=C，uDS＞0时2.工作原理⑷uGS＜0，uDS＞0时uDS＞0变化uGS＜0变化实现电压对电流的控制gm=△id/△uGS低频跨导工作原理演示（A1-12)结论由上分析可知当uDS增加到使uGD=uGS-uDS＞uGS(off)

，即uDS

＜uGS-

uGS(off)时，D-S间呈电阻性。当uDS=uGS-

uGS(off)时，予夹断。当uDS

＞uGS-

uGS(off)时，iD恒定。

漏极输出特性曲线转移特性曲线

3.特性曲线iD=f(uDS)

uGS=constiD=f(uGS)

uDS=const予夹断轨迹uDS=uGS-UGS(off)夹断区电流方程恒流区内电流方程为：二、绝缘栅型场效应管

绝缘栅型场效应管

(MOS

管）分为

增强型

N沟道、P沟道

耗尽型

N沟道、P沟道uGS=0时无导电沟道存在uGS=0时有导电沟道存在

1.N沟道增强型MOS管①结构与符号

②工作原理uGS=0时无导电沟道存在漏源之间加电压也无电流有PN结形成②工作原理uGS＞0时栅极下感应正电荷P区中的空穴被推向衬底空间电荷区产生②工作原理uGS增大时耗尽层加宽P区中的电子向上运动N型沟道（反型层）产生此时的uGS=UGS（th）开启电压②工作原理uDS大于零，有电流流过沟道沟道不等宽②工作原理uDS增大，沟道予夹断转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。gm

的量纲为mA/V，所以gm也称为跨导。跨导的定义式如下

gm=

iD/

uGS

uDS=const(单位mS)

iD=f(uGS)

uDS=const③特性曲线和电流方程

转移特性曲线UGS（th）2UGS（th）漏极输出特性曲线iD=f(uDS)

uGS=const2UGS(th)UGS(th)电流方程为：

2.N沟道耗尽型MOS管在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子。所以当UGS=0时，这些正离子已经在感应出反型层，在漏源之间形成了沟道。于是只要有漏源电压，就有漏极电流存在。结构示意图

2.N沟道耗尽型MOS管各类场效应管的特性曲线绝缘栅场效应管N沟道增强型P沟道增强型绝缘栅场效应管

N沟道耗尽型P沟道耗尽型结型场效应管

N沟道P沟道

三、场效应管的参数和型号①开启电压uGS(th)(或VT)

是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通。

②夹断电压uGS(off)(或VP)

夹断电压是耗尽型FET的参数，当uGS=uGS(off)时,漏极电流为零。③饱和漏极电流IDSS

耗尽型场效应管,当uGS=0时所对应的漏极电流。

④输入电阻RGS

场效应三极管的栅源输入电阻的典型值，对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107Ω，对于绝缘栅型场效应三极管,RGS约是109～1015Ω。

⑤低频跨导gm

低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用，gm可以在转移特性曲线上求取，单位是mS(毫西门子)。⑥最大漏极功耗PDM

最大漏极功耗可由PDM=

uDS

iD决定，与双极型三极管的PCM相当。输入电阻上（从信号源取电流）导电机理噪声系数极的互换集成四、晶体管与场效应管的比较场效应管的漏极d、栅极g和源极s分别对应晶体管的集电极c、基极b和发射极e，其作用类似。场效应管以栅-源电压控制漏极电流，是电压控制型器件，且只有多子参与导电，是单极性晶体管；三极管以基极电流控制集电极电流，是电流控制型器件，晶体管内既有多子又有少子参与导电，是双极性晶体管。场效应管的输入电阻远大于晶体管的输入电阻，其温度稳定性好、抗辐射能力强、噪声系数小。场效应管的漏极和源极可以互换，而互换后特性变化不大；晶体管的集电极和发射极互换后特性相差很大，只有在特殊情况下才互换使用。但要注意的是，场效应管的某些产品在出厂时，已将衬底和源极连接在一起，此时，漏极和源极不可以互换使用。四、晶体管与场效应管的比较例题1：已知某管子的输出特性曲线如图所示，分析该管的类型。解：由电流、电压的方向知，该管为N沟道；开启电压为4V大于0，则为增强型。为N沟道增强型MOS管例题2：电路如图所示，其中管子T的输出特性曲线如图。试分析uI为0、8V和10V三种情况下u0分别为多少伏。解：当uGS=uI=0时，管子处于夹断状态，因而iD=0。所以u0=uDS=VDD-iDRD=15V。当uGS=uI=8V时，从输出特性曲线可知，管子工作在恒流区时的iD=1mA，所以

u0=uDS=VDD-iDRD=10V当uGS=uI=10V时，从输出特性曲线可知，管子工作在恒流区时的iD=2.2mA，所以

u0=uDS=VDD-i