模電第四節(jié)場(chǎng)效應(yīng)三極管

第四節(jié)場(chǎng)效應(yīng)三極管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)下頁(yè)總目錄場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管增強(qiáng)型耗盡型N溝道P溝道N溝道N溝道P溝道P溝道下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)一、結(jié)型場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)柵極漏極源極下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)N2.工作原理UGS=0UGS<0UGS=UGS(off)⑴

當(dāng)UDS=0

時(shí)，UGS對(duì)耗盡層和導(dǎo)電溝道的影響。ID=0ID=0下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)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(fù)電壓？UDS較小，UDG<|UGS(off)|UDS逐漸增大，UDG=|UGS(off)|⑵.當(dāng)UGS固定不變時(shí)（

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

），UDS對(duì)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(jìn)入恒流區(qū)，iD幾乎僅僅決定于uGS。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)IDISIDISUGS=0，UDG<|UGS(off)|UGS<0，UDG<|UGS(off)|(3).當(dāng)UDS＞0

但固定不變時(shí)，UGS對(duì)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(yè)上頁(yè)首頁(yè)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(yè)上頁(yè)首頁(yè)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(chǎng)，從而控制漏極電流iD，因此稱為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)3.特性曲線⑴.轉(zhuǎn)移特性ID=f（UGS）|UDS=常數(shù)GDSmAVVIDVGGVDD場(chǎng)效應(yīng)管特性曲線測(cè)試電路Ｎ溝道結(jié)型場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)管輸入電阻高的優(yōu)點(diǎn)。UGS/VID/mAO下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)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(chǎng)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(yè)上頁(yè)首頁(yè)場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)管柵極基本不取電流，其輸入電阻很高，可達(dá)107以上。如希望得到更高的輸入電阻，可采用絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)二、絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管1.N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)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(gè)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(yè)上頁(yè)首頁(yè)P(yáng)型襯底N+SGDBN+

開啟電壓，用UGS(th)表示⑵.工作原理當(dāng)UGS增大到一定值時(shí)，吸引了足夠多的電子，形成一個(gè)N型導(dǎo)電溝道。N型溝道UGS>UGS(th)時(shí)形成導(dǎo)電溝道VGG導(dǎo)電溝道的形成假設(shè)UDS=0，同時(shí)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(yè)上頁(yè)首頁(yè)UDS對(duì)導(dǎo)電溝道的影響UGS為某一個(gè)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(dāng)UDS

增大到UDS=UGS-UGS(th)即UGD=UGS-UDS

=UGS(th)

時(shí)，溝道被預(yù)夾斷，

ID

飽和。P型襯底N+N+SGDBVGGN型溝道VDDUDS對(duì)導(dǎo)電溝道的影響下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)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(duì)導(dǎo)電溝道的影響(a)

UGD>UT(b)

UGD=UT(c)

UGD<UT下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)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(dāng)UGS

≥

UGS(th)時(shí)。下頁(yè)上頁(yè)截止區(qū)轉(zhuǎn)移特性曲線可近似用以下公式表示：首頁(yè)2.N溝道耗盡型MOS場(chǎng)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(shí)，產(chǎn)生N型導(dǎo)電溝道。當(dāng)UGS<0時(shí)，溝道變窄，達(dá)到某一負(fù)值時(shí)被夾斷，ID≈0，稱為夾斷電壓。UGS>0時(shí)，溝道變寬，ID增大。GDSB下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)P(yáng)型襯底N+N+SGDBN型溝道++++++動(dòng)畫耗盡型：UGS

=0

時(shí)有導(dǎo)電溝道。增強(qiáng)型：UGS

=0

時(shí)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(yè)上頁(yè)截止區(qū)首頁(yè)種類符號(hào)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(qiáng)型SGDSGDIDUGS=0V+UDS++oSGDBUGSIDOUT+UGS=UTUDSID+++OIDUGS=0V---UDSOUGSIDUPIDSSOUGSID/mAUPIDSSO種類符號(hào)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(qiáng)型耗盡型IDSGDBUDSID_UGS=0+__OIDUGSUPIDSSOSGDBIDSGDBIDIDUGSUTOIDUGSUPIDSSO_IDUGS=UTUDS_o_UGS=0V+_IDUDSo+三、場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)管的一個(gè)重要參數(shù)。它的定義是當(dāng)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(shí)對(duì)應(yīng)的漏極電流。⑵.夾斷電壓UGS(off)是耗盡型場(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)，使iD減小到某一個(gè)微小電流時(shí)所需的uGS值。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)⑶.開啟電壓UGS(th)UGS(th)是增強(qiáng)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)，使漏極電流達(dá)到某一數(shù)值時(shí)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(chǎng)效應(yīng)管的RGS一般在107Ω以上，絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的RGS更高，一般大于109Ω。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)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(duì)漏極電流iD的控制作用。⑵.極間電容場(chǎng)效應(yīng)管三個(gè)電極之間的等效電容，包括CGS

、CGD和CDS

。極