模電第四節(jié)場效應(yīng)三極管

第四節(jié)場效應(yīng)三極管結(jié)型場效應(yīng)管絕緣柵場效應(yīng)管場效應(yīng)管的主要參數(shù)下頁總目錄場效應(yīng)三極管中參與導(dǎo)電的只有一種極性的載流子（多數(shù)載流子），故稱為單極型三極管。分類：結(jié)型場效應(yīng)管絕緣柵場效應(yīng)管增強型耗盡型N溝道P溝道N溝道N溝道P溝道P溝道下頁上頁首頁一、結(jié)型場效應(yīng)管1.結(jié)構(gòu)N型溝道耗盡層GDSGDSP+P+N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和符號柵極漏極源極下頁上頁首頁N2.工作原理UGS=0UGS<0UGS=UGS(off)⑴

當UDS=0

時，UGS對耗盡層和導(dǎo)電溝道的影響。ID=0ID=0下頁上頁首頁N型溝道GDSP+P+N型溝道GDSP+P+GDSP+P+uGS可以控制導(dǎo)電溝道的寬度。為什么g-s必須加負電壓？UDS較小，UDG<|UGS(off)|UDS逐漸增大，UDG=|UGS(off)|⑵.當UGS固定不變時（

），UDS對耗盡層和ID的影響。預(yù)夾斷下頁上頁首頁UDS繼續(xù)增大，UDG>|UGS(off)|⑵.當UGS固定不變時（

），UDS對耗盡層和ID的影響。VDD的增大，幾乎全部用來克服溝道的電阻，iD幾乎不變，進入恒流區(qū)，iD幾乎僅僅決定于uGS。下頁上頁首頁IDISIDISUGS=0，UDG<|UGS(off)|UGS<0，UDG<|UGS(off)|(3).當UDS＞0

但固定不變時，UGS對耗盡層和ID的影響。NP+P+VGGVDDGDSNP+P+VDDGDS溝道較寬，ID

較大。溝道變窄，

ID

較小。下頁上頁首頁NP+P+IDISVGGVDDP+P+IDISVGGVDDUGS<0，UDG=|UGS(off)|，UGS≤

UGS(off)

，ID≈0，導(dǎo)電溝道夾斷。ID更小，導(dǎo)電溝道預(yù)夾斷。下頁上頁首頁改變柵極與源極之間的電壓uGS即可控制漏極電流iD利用柵源之間的電壓uGS來改變PN結(jié)中的電場，從而控制漏極電流iD，因此稱為結(jié)型場效應(yīng)管。下頁上頁首頁3.特性曲線⑴.轉(zhuǎn)移特性ID=f（UGS）|UDS=常數(shù)GDSmAVVIDVGGVDD場效應(yīng)管特性曲線測試電路Ｎ溝道結(jié)型場效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性

IDSSUGS(off)飽和漏極電流柵源間加反向電壓UGS

<

0利用場效應(yīng)管輸入電阻高的優(yōu)點。UGS/VID/mAO下頁上頁首頁⑵.輸出特性ID=f（UDS）|UGS=常數(shù)預(yù)夾斷軌跡可變電阻區(qū)恒流區(qū)擊穿區(qū)|UGS(off)|8VIDSSUGS=0-4-2-6-8ID/mAUDS/VO|UDS-UGS|=|UGS(off)|可變電阻區(qū)：ID與UDS基本上線性關(guān)系，但不同的UGS其斜率不同。恒流區(qū)：又稱飽和區(qū)，ID幾乎與UDS無關(guān)，ID的值受UGS控制。N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的漏極特性擊穿區(qū)：反向偏置的PN結(jié)被擊穿，

ID電流突然增大。夾斷電壓下頁上頁首頁場效應(yīng)管的兩組特性曲線之間互相聯(lián)系，可根據(jù)輸出特性用作圖的方法得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)移特性。UDS=常數(shù)ID/mA0-0.5-1-1.5UGS/VUDS=15V5ID/mAUDS/V0UGS=0-0.4V-0.8V-1.2V-1.6V101520250.10.20.30.40.5結(jié)型場效應(yīng)管柵極基本不取電流，其輸入電阻很高，可達107以上。如希望得到更高的輸入電阻，可采用絕緣柵場效應(yīng)管。下頁上頁首頁二、絕緣柵場效應(yīng)管1.N溝道增強型MOS場效應(yīng)管⑴.結(jié)構(gòu)P型襯底N+N+BSGDSiO2鋁P襯底雜質(zhì)濃度較低，引出電極用B表示。N+兩個區(qū)雜質(zhì)濃度很高，分別引出源極和漏極。柵極與其它電極是絕緣的，通常襯底與源極在管子內(nèi)部連接。SGDB下頁上頁首頁P型襯底N+SGDBN+

開啟電壓，用UGS(th)表示⑵.工作原理當UGS增大到一定值時，吸引了足夠多的電子，形成一個N型導(dǎo)電溝道。N型溝道UGS>UGS(th)時形成導(dǎo)電溝道VGG導(dǎo)電溝道的形成假設(shè)UDS=0，同時UGS

>0

柵極排斥空穴吸引電子，形成耗盡層若增大UGS

，則耗盡層變寬。又稱之為反型層導(dǎo)電溝道隨UGS增大而增寬。下頁上頁首頁UDS對導(dǎo)電溝道的影響UGS為某一個大于UGS(th)的固定值，在漏極和源極之間加正電壓，且UDS<UGS-UGS(th)即UGD=UGS-UDS

>UGS(th)則有電流ID

產(chǎn)生，ID使導(dǎo)電溝道發(fā)生變化。當UDS

增大到UDS=UGS-UGS(th)即UGD=UGS-UDS

=UGS(th)

時，溝道被預(yù)夾斷，

ID

飽和。P型襯底N+N+SGDBVGGN型溝道VDDUDS對導(dǎo)電溝道的影響下頁上頁首頁DP型襯底N+N+BGSVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVGGVDD夾斷區(qū)UDS

對導(dǎo)電溝道的影響(a)

UGD>UT(b)

UGD=UT(c)

UGD<UT下頁上頁首頁⑶.特性曲線IDOUT2UT預(yù)夾斷軌跡可變電阻區(qū)恒流區(qū)ID/mAUDS/VOUGS/VID/mAO當UGS

≥

UGS(th)時。下頁上頁截止區(qū)轉(zhuǎn)移特性曲線可近似用以下公式表示：首頁2.N溝道耗盡型MOS場效應(yīng)管預(yù)先在二氧化硅中摻入大量的正離子，使UGS=0時，產(chǎn)生N型導(dǎo)電溝道。當UGS<0時，溝道變窄，達到某一負值時被夾斷，ID≈0，稱為夾斷電壓。UGS>0時，溝道變寬，ID增大。GDSB下頁上頁首頁P型襯底N+N+SGDBN型溝道++++++動畫耗盡型：UGS

=0

時有導(dǎo)電溝道。增強型：UGS

=0

時無導(dǎo)電溝道。特性曲線IDSSUGS(off)預(yù)夾斷軌跡可變電阻區(qū)恒流區(qū)IDSSID/mAUDS/VOUGS=0-2-1+1+2UGS/VOID/mA下頁上頁截止區(qū)首頁種類符號轉(zhuǎn)移特性漏極特性

結(jié)型N溝道耗盡型

結(jié)型P溝道耗盡型

絕緣柵型

N溝道增強型SGDSGDIDUGS=0V+UDS++oSGDBUGSIDOUT+UGS=UTUDSID+++OIDUGS=0V---UDSOUGSIDUPIDSSOUGSID/mAUPIDSSO種類符號轉(zhuǎn)移特性漏極特性絕緣柵型N溝道耗盡型絕緣柵型P溝道增強型耗盡型IDSGDBUDSID_UGS=0+__OIDUGSUPIDSSOSGDBIDSGDBIDIDUGSUTOIDUGSUPIDSSO_IDUGS=UTUDS_o_UGS=0V+_IDUDSo+三、場效應(yīng)管的主要參數(shù)1.直流參數(shù)⑴.飽和漏極電流IDSS是耗盡型場效應(yīng)管的一個重要參數(shù)。它的定義是當柵源之間的電壓uGS等于零，而漏源之間的電壓uDS大于夾斷電壓時對應(yīng)的漏極電流。⑵.夾斷電壓UGS(off)是耗盡型場效應(yīng)管的一個重要參數(shù)。其定義是當uDS一定時，使iD減小到某一個微小電流時所需的uGS值。下頁上頁首頁⑶.開啟電壓UGS(th)UGS(th)是增強型場效應(yīng)管的一個重要參數(shù)。其定義是當uDS一定時，使漏極電流達到某一數(shù)值時所需加的uGS值。⑷.直流輸入電阻RGS柵源之間所加電壓與產(chǎn)生的柵極電流之比。結(jié)型場效應(yīng)管的RGS一般在107Ω以上，絕緣柵場效應(yīng)管的RGS更高，一般大于109Ω。下頁上頁首頁2.交流參數(shù)⑴.低頻跨導(dǎo)gm用以描述柵源之間的電壓uGS對漏極電流iD的控制作用。⑵.極間電容場效應(yīng)管三個電極之間的等效電容，包括CGS

、CGD和CDS

。極