場(chǎng)效應(yīng)管課件

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)高等教育出版社場(chǎng)效應(yīng)三極管（FET）一、目標(biāo)：

1.掌握?qǐng)鲂?yīng)管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；

2.熟悉場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理。二、重點(diǎn)：場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)的點(diǎn)三、難點(diǎn)：場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理四、主要內(nèi)容：（一）什么叫場(chǎng)效應(yīng)三極管？用電場(chǎng)效應(yīng)控制導(dǎo)電溝道的形和寬窄，從而達(dá)到控制電流以實(shí)現(xiàn)放大作用的半導(dǎo)體器件。（二）場(chǎng)效應(yīng)管的形狀結(jié)構(gòu)及其符號(hào)（如圖4.1）。1.如圖4.2，以N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)為例在一塊N型半導(dǎo)體的兩側(cè)，利用合金法、擴(kuò)散法或者其他工藝做成兩個(gè)摻雜濃度比較高的P型區(qū)，此時(shí)在P型區(qū)和N型區(qū)的交界處將形成一個(gè)PN結(jié)，即耗盡層。將兩側(cè)的P型區(qū)連接起來(lái)，引出一個(gè)電極，稱為柵極（ɡ），再在N型半導(dǎo)體的一端引出原極（s），另一端引出漏極（d）。圖4.2場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)

（三）場(chǎng)效應(yīng)管類型

場(chǎng)效應(yīng)管也是由PN結(jié)組成，其可分別為兩類，即結(jié)型和絕緣柵型。結(jié)型管又可分為兩類，絕緣柵型又可分為四類。場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型（JFET）N溝道型P溝道型絕緣柵型（MOS）N溝道增強(qiáng)型N溝道耗盡型P溝道增強(qiáng)型P溝道耗盡型（四）場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)：

晶體三極管是用基極較小的電流去控制集電極一個(gè)較大的電流，其屬于電流控制器件；而場(chǎng)效應(yīng)管則屬于電壓控制器件，其輸入電阻可達(dá)，MOS場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻可達(dá)，同時(shí)噪聲系數(shù)小、制造簡(jiǎn)單、易于集成等，故越來(lái)越廣泛使用。（五）工作原理：場(chǎng)效應(yīng)管工作時(shí)是利用柵源電壓UGS的大小來(lái)來(lái)控制導(dǎo)電溝道的通斷或漏源電流ID的大小而實(shí)現(xiàn)的。

1.外部工作條件：UDS為正值，UGS為負(fù)值。當(dāng)uGS=0時(shí)，PN結(jié)最窄，導(dǎo)電溝道最寬。在正向電壓uDS的作用下，產(chǎn)生較大的漏極電流IDSS，IDSS稱為飽和漏極電流，如圖4.8（a）所示。當(dāng)uGS<0時(shí)，PN結(jié)反偏，PN結(jié)變寬，導(dǎo)電溝道變窄。在正向電壓uDS的作用下，漏極電流iD

減小，如圖4.8（b）所示。當(dāng)uGS≤UP，UP<0時(shí)，PN結(jié)反偏，PN結(jié)變得更寬且把導(dǎo)電溝道夾斷，漏極電流iD

為零。UP稱為夾斷電壓，如圖4.8（c）所示。圖4.8場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理圖(a)(b)(c)（六）特性曲線圖：

1.增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線分別示于圖4.4和圖4.5。圖4.5場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線

2.增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性與三極管類似，同樣有三個(gè)區(qū)域：可變電阻區(qū)（A），恒流區(qū)（B）和擊穿區(qū)（C），如圖4.4所示?？勺冸娮鑵^(qū)與恒流區(qū)之間的虛線表示與夾斷軌跡，該虛線與各條輸出特性的交點(diǎn)滿足關(guān)系uGD=uGS-uDS=UGS。（七）主要參數(shù)：

1.直流參數(shù)（1）飽和漏極電流IDSS

這是耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管的一個(gè)重要參數(shù)。它的定義適當(dāng)柵極與源極之間的電壓uGS等于零，而漏極與源極之間的電壓uDS大于夾斷電壓UGS時(shí)對(duì)應(yīng)的漏極電流。（2）夾斷電壓UGS

UGS也是耗盡層型場(chǎng)效應(yīng)管的一個(gè)重要參數(shù)。其定義是當(dāng)uDS一定時(shí)，時(shí)iD減小到某一個(gè)微小電流時(shí)所需的uGS值。（3）開啟電壓UGS

UGS是增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管的一個(gè)重要參數(shù)。它定義是當(dāng)uDS一定時(shí)，是漏極電流達(dá)到某一數(shù)值時(shí)所需加的UGS值。（4）直流輸入電阻RGS

即柵極與源極之間所加電壓與產(chǎn)生的柵極電流之比。由于場(chǎng)效應(yīng)管的柵極幾乎不取電流，因此其輸入電阻很高。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的RGS一般以上，絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻更高，一般大于。2.交流參數(shù)（1）低頻跨導(dǎo)（gm）UDS為定值時(shí)，漏極電流變化量△ID與引起這個(gè)變化的柵源電壓變化量△UGS之比，定義為跨導(dǎo)，即若ID的單位是毫安（mA），的單位是伏（V），則gm的單位是毫西【門子】（mS）。（2）極間電容這是場(chǎng)效應(yīng)管三個(gè)電極之間的等效電容，包括CgS、CgD和CDS。極間電容愈小，則管子的高頻性能愈好。一般為幾個(gè)皮法。

3.極限參數(shù)（1）漏極最大允許消耗功率PDM

場(chǎng)效應(yīng)管的漏極消耗功率等于漏極電流與漏極之間電壓的乘積，即PD=ID

uDS。這部分功率轉(zhuǎn)化為熱能，使管子的溫度升高。漏極最大消耗功率決定于場(chǎng)效應(yīng)管的溫升。

（2）漏極擊穿電壓U（BR）DS

這是場(chǎng)效應(yīng)管的漏極特性曲線上，當(dāng)漏極電流ID急劇上升產(chǎn)生雪崩擊穿時(shí)的uDS。工作時(shí)外加在漏極與源極之間的電壓不得超過(guò)此值。

（3）柵源擊穿電壓U（BR）GS結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管正常工作時(shí)，柵極與源極之間的PN結(jié)處于反向偏置狀態(tài)，若uGS過(guò)高，PN結(jié)將被擊穿。MOS場(chǎng)效應(yīng)管的柵極與溝道之間有一層很薄的二氧化硅絕緣層，當(dāng)uGS過(guò)高時(shí)，可能二氧化硅絕緣層被擊穿，使柵極柵極與底發(fā)生短路。這種擊穿不同于一般的PN結(jié)擊穿，而與電容器擊穿的情況相類似，其屬于破壞性的擊穿。柵極與源極發(fā)生擊穿，即MOS管即被破壞。4.夾斷電流（UP）在漏源電壓UDS為定值時(shí)，其ID可小到接近于零的UGS值，即UGS≤UP時(shí)，截止；UGS＞UP時(shí)，