電子技術(shù)基礎(chǔ)第七章場效應(yīng)管課件

第七章場效應(yīng)管1概述2場效應(yīng)管的工作原理3場效應(yīng)管的檢測場效應(yīng)管

7.1概述場效應(yīng)晶體管（FieldEffectTransistor縮寫(FET)）簡稱場效應(yīng)管。FET僅是由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電,它與雙極型相反,也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件，具有輸入電阻高、噪聲小、功耗低、動(dòng)態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強(qiáng)大競爭者。

2N2102IRF150

CEM8311CED6426場效應(yīng)管與晶體管的優(yōu)缺點(diǎn)晶體三極管(BJT)的弱點(diǎn)：1、晶體管為電流控制器件，需要信號源提供一定的電流，因此輸入電阻低。

2、因?yàn)橛猩僮訁⑴c導(dǎo)電，受溫度、輻射等因素影響大，噪聲大。

場效應(yīng)管（FET）的優(yōu)點(diǎn)

1、場效應(yīng)管為電壓控制器件，基本不需要輸入電流、因此輸入電阻高(結(jié)構(gòu)上能保證)。

2、場效應(yīng)管只有多子參與導(dǎo)電、穩(wěn)定性好，噪聲低；

3、場效應(yīng)管比晶體管種類多，漏極、源極可以互換，靈活性高；

4、集成電路工藝簡單。7.2.2場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)N基底：N型半導(dǎo)體PP兩邊是P區(qū)G(柵極)S源極D漏極導(dǎo)電溝道結(jié)構(gòu)NPPG(柵極)S源極D漏極N溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGSDGSPNNG(柵極)S源極D漏極P溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGSDGSUDS較小時(shí)PGSDUDSUGSNNNN但當(dāng)UGS較小時(shí)，耗盡區(qū)寬度有限，存在導(dǎo)電溝道。DS間相當(dāng)于線性電阻。UGS越大耗盡區(qū)越寬，溝道越窄，電阻越大。PGSDUDSUGSNNUDS較小時(shí)UGS達(dá)到一定值時(shí)（夾斷電壓VP）,耗盡區(qū)碰到一起，DS間被夾斷，漏極電流是ID=0。PGSDUDSUGSUGS<Vp且UDS較大時(shí)UGD<VP時(shí)耗盡區(qū)的形狀NN越靠近漏端，PN結(jié)反壓越大GSDUDSUGSUGS<VpUGD=VP時(shí)NN漏端的溝道被夾斷，稱為予夾斷。UDS增大則被夾斷區(qū)向下延伸。GSDUDSUGSUGS<VpUGD=VP時(shí)NN此時(shí)，電流ID由未被夾斷區(qū)域中的載流子形成，基本不隨UDS的增加而增加，呈恒流特性。UGS0IDIDSSVP飽和漏極電流夾斷電壓轉(zhuǎn)移特性曲線一定UDS下的ID-UGS曲線場效應(yīng)管的特性曲線N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線UGS0IDIDSSVP輸出特性曲線IDUDS0UGS=0V-1V-3V-4V-5VN溝道結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線-2v

結(jié)型場效應(yīng)管的缺點(diǎn)：1.柵源極間的電阻雖然可達(dá)107以上，但在某些場合仍嫌不夠高。3.柵源極間的PN結(jié)加正向電壓時(shí)，將出現(xiàn)較大的柵極電流。絕緣柵場效應(yīng)管可以很好地解決這些問題。2.在高溫下，PN結(jié)的反向電流增大，柵源極間的電阻會(huì)顯著下降。PNNGSD金屬鋁導(dǎo)電溝道GSDN溝道增強(qiáng)型N溝道耗盡型PNNGSD予埋了導(dǎo)電溝道GSDNPPGSDGSDP溝道增強(qiáng)型（2）MOS管的工作原理以N溝道增強(qiáng)型為例PNNGSDUDSUGSPNNGSDUDSUGSUGS=0時(shí)D-S間相當(dāng)于兩個(gè)反接的PN結(jié)ID=0對應(yīng)截止區(qū)PNNGSDUDSUGSUGS>0時(shí)UGS足夠大時(shí)（UGS>VT）感應(yīng)出足夠多電子，這里以電子導(dǎo)電為主出現(xiàn)N型的導(dǎo)電溝道。感應(yīng)出電子VT稱為閾值電壓PNNGSDUDSUGSUGS較小時(shí)，導(dǎo)電溝道相當(dāng)于電阻將D-S連接起來，UGS越大此電阻越小。PNNGSDUDSUGS當(dāng)UDS不太大時(shí)，導(dǎo)電溝道在兩個(gè)N區(qū)間是均勻的。當(dāng)UDS較大時(shí)，靠近D區(qū)的導(dǎo)電溝道變窄。PNNGSDUDSUGSUDS增加，UGD=VT時(shí)，靠近D端的溝道被夾斷，稱為予夾斷。夾斷后ID呈恒流特性。ID4321051015UGS

=5V6V4V3V2VID/mAUDS=10V增強(qiáng)型

MOS

管的特性曲線

0123飽和區(qū)擊穿區(qū)可變電阻區(qū)246UGS

/

VUGs(th)輸出特性轉(zhuǎn)移特性UDS/VID/mA可變電阻區(qū)：UGS不變，ID與UDS成正比，漏源之間相當(dāng)于一個(gè)可變電阻。4321051015UGS

=5V6V4V3V2VID/mAUDS=10V增強(qiáng)型

NMOS

管的特性曲線

0123飽和區(qū)擊穿區(qū)可變電阻區(qū)246UGS

/

V3.特性曲線UGs(th)輸出特性轉(zhuǎn)移特性UDS/VID/mA4321051015UGS

=5V6V4V3V2VID/mAUDS=10V增強(qiáng)型

NMOS

管的特性曲線

0123飽和區(qū)擊穿區(qū)可變電阻區(qū)246UGS

/

V3.特性曲線UGs(th)輸出特性轉(zhuǎn)移特性UDS/VID/mA擊穿區(qū)：UDS過大，ID急劇增加。4321051015UGS

=5V6V4V3V2VID/mAUDS=10V增強(qiáng)型

NMOS

管的特性曲線

0123飽和區(qū)擊穿區(qū)可變電阻區(qū)246UGS

/

V3.特性曲線UGs(th)輸出特性轉(zhuǎn)移特性UDS/VID/mA轉(zhuǎn)移特性：

ID=f（

UGS）|

u=常數(shù)（3）N溝道增強(qiáng)型MOS管的特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線0IDUGSVT耗盡型N溝道MOS管的特性曲線耗盡型的MOS管UGS=0時(shí)就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓才能夾斷。轉(zhuǎn)移特性曲線0IDUGSVT輸出特性曲線UGS=0VUDS（V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2V固定一個(gè)UDS，畫出ID和UGS的關(guān)系曲線，稱為轉(zhuǎn)移特性曲線綜上分析可知溝道中只有一種類型的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，

所以場效應(yīng)管也稱為單極型三極管。JFET是電壓控制電流器件，iD受vGS控制預(yù)夾斷前iD與vDS呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，iD趨于飽和。

JFET柵極與溝道間的PN結(jié)是反向偏置的，因

此iG0，輸入電阻很高。7.2.4N溝道結(jié)型管與P溝道結(jié)型管比較場效應(yīng)管的主要參數(shù)①夾斷電壓VP(或VGS(off))：②飽和漏極電流IDSS：③低頻跨導(dǎo)gm：或漏極電流約為零時(shí)的VGS值。VGS=0時(shí)對應(yīng)的漏極電流。低頻跨導(dǎo)反映了vGS對iD的控制作用。gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求得，單位是mS(毫西門子)。⑤直流輸入電阻RGS：對于結(jié)型場效應(yīng)三極管，反偏時(shí)RGS約大于107Ω。⑧最大漏極功耗PDM⑥最大漏源電壓V(BR)DS⑦最大柵源電壓V(BR)GS④輸出電阻rd：幾種常用的場效應(yīng)三極管的主要參數(shù)

7.3場效應(yīng)管的命名方法現(xiàn)行有兩種命名方法。第一種命名方法與雙極型三極管相同，第三位字母J代表結(jié)型場效應(yīng)管，O代表絕緣柵場效應(yīng)管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反型層是N溝道；C是N型硅P溝道。例如,3DJ6D是結(jié)型N溝道場效應(yīng)三極管，3DO6C是絕緣柵型N溝道場效應(yīng)三極管。

第二種命名方法是CS××#，CS代表場效應(yīng)管，××以數(shù)字代表型號的序號，#用字母代表同一型號中的不同規(guī)格。例如CS14A、CS45G等。場效應(yīng)管的作用：1、場效應(yīng)管可應(yīng)用于放大。由于場效應(yīng)管放大器的輸入阻抗很高，因此耦合電容可以容量較小，不必使用電解電容器。

2、場效應(yīng)管很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換。常用于多級放大器的輸入級作阻抗變換。

3、場效應(yīng)管可以用作可變電阻。

4、場效應(yīng)管可以方便地用作恒流源。

5、場效應(yīng)管可以用作電子開關(guān)。場效應(yīng)管的測試：1、結(jié)型場效應(yīng)管的管腳識別：

場效應(yīng)管的柵極相當(dāng)于晶體管的基極，源極和漏極分別對應(yīng)于晶體管的發(fā)射極和集電極。將萬用表置于R×1k檔，用兩表筆分別測量每兩個(gè)管腳間的正、反向電阻。當(dāng)某兩個(gè)管腳間的正、反向電阻相等，均為數(shù)KΩ時(shí)，則這兩個(gè)管腳為漏極D和源極S（可互換），余下的一個(gè)管腳即為柵極G。對于有4個(gè)管腳的結(jié)型場效應(yīng)管，另外一極是屏蔽極（使用中接地）。2、判定柵極

用萬用表黑表筆碰觸管子的一個(gè)電極，紅表筆分別碰觸另外兩個(gè)電極。若兩次測出的阻值都很小，說明均是正向電阻，該管屬