《電子電路分析與實(shí)踐》課件-場效應(yīng)管

電子電路分析與實(shí)踐場效應(yīng)管張家口職業(yè)技術(shù)學(xué)院《電子電路分析與實(shí)踐》教學(xué)團(tuán)隊(duì)目錄CONTENTS01場效應(yīng)管場效應(yīng)管分類02場效應(yīng)晶體三極管是由一種載流子導(dǎo)電的、用輸入電壓控制輸出電流的半導(dǎo)體器件從參與導(dǎo)電的載流子來劃分，它有自由電子導(dǎo)電的N溝道器件和空穴導(dǎo)電的P溝道器件。按照場效應(yīng)三極管的結(jié)構(gòu)劃分，有結(jié)型場效應(yīng)管和絕緣柵型場效應(yīng)管兩大類。

場效應(yīng)管1.結(jié)構(gòu)結(jié)型場效應(yīng)管2.工作原理N溝道場效應(yīng)管工作時，在柵極與源極之間加負(fù)電壓，柵極與溝道之間的PN結(jié)為反偏。在漏極、源極之間加一定正電壓，使N溝道中的多數(shù)載流子(電子)由源極向漏極漂移，形成iD。iD的大小受VGS的控制。P溝道場效應(yīng)管工作時，極性相反，溝道中的多子為空穴。

N溝道PN結(jié)結(jié)型場效應(yīng)管①柵源電壓VGS對iD的控制作用當(dāng)VGS＜0時，PN結(jié)反偏，耗盡層變厚，溝道變窄，溝道電阻變大，ID減小；VGS更負(fù)，溝道更窄，ID更小；直至溝道被耗盡層全部覆蓋，溝道被夾斷，ID≈0。這時所對應(yīng)的柵源電壓VGS稱為夾斷電壓VP。結(jié)型場效應(yīng)管②漏源電壓VDS對iD的影響

在柵源間加電壓VGS＞VP，漏源間加電壓VDS。VGD=VGS-VDS，比源端耗盡層所受的反偏電壓VGS大,(如:VGS=-2V,VDS=3V,VP=-9V,則漏端耗盡層受反)。

當(dāng)VDS繼續(xù)增加時，預(yù)夾斷點(diǎn)向源極方向伸長為預(yù)夾斷區(qū)。由于預(yù)夾斷區(qū)電阻很大，能把未夾斷區(qū)漂移到其邊界上的載流子都掃至漏極，形成漏極飽和電流。當(dāng)VDS增加到使VGD=VGS-VDS=VP

時，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷點(diǎn)結(jié)型場效應(yīng)管(3)伏安特性曲線①輸出特性曲線恒流區(qū)：(又稱飽和區(qū)或放大區(qū)）特點(diǎn):(1)受控性：輸入電壓vGS控制輸出電流(2)恒流性：輸出電流iD

基本上不受輸出電壓vDS的影響。用途:可做放大器和恒流源。條件:(1)源端溝道未夾斷

(2)源端溝道予夾斷結(jié)型場效應(yīng)管特點(diǎn):(1)當(dāng)VGS

為定值時,iD

是VDS

的線性函數(shù),其阻值受VGS

控制。（2）管壓降vDS很小。用途：做壓控線性電阻和無觸點(diǎn)的、閉合狀態(tài)的電子開關(guān)。條件：源端與漏端溝道都不夾斷

可變電阻區(qū)用途：做無觸點(diǎn)的、接通狀態(tài)的電子開關(guān)。條件：整個溝道都夾斷特點(diǎn)：夾斷區(qū)當(dāng)漏源電壓增大到時，漏端PN結(jié)發(fā)生雪崩擊穿，其值一般為（20—50）V之間。由于VGD=VGS-VDS,故VGS越負(fù)，對應(yīng)的VP就越小。管子不能在擊穿區(qū)工作。擊穿區(qū)可變電阻區(qū)②轉(zhuǎn)移特性曲線輸入電壓VGS對輸出漏極電流ID的控制可變電阻區(qū)結(jié)型場效應(yīng)管N溝道耗盡型P溝道耗盡型結(jié)型場效應(yīng)管的特性小結(jié)

絕緣柵型場效應(yīng)管MetalOxideSemiconductor——MOSFET

分為增強(qiáng)型

N溝道、P溝道耗盡型N溝道、P溝道增強(qiáng)型：沒有導(dǎo)電溝道，耗盡型：存在導(dǎo)電溝道，N溝道P溝道

增強(qiáng)型N溝道P溝道

耗盡型金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管（1）柵源電壓VGS的控制作用

當(dāng)VGS=0V時，

在D、S間也不可能形成電流。

當(dāng)0＜VGS＜VT(開啟電壓)時，在襯底表面形成一薄層負(fù)離子的耗盡層。漏源間仍無載流子的通道。管子仍不能導(dǎo)通，處于截止?fàn)顟B(tài)。N溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管的工作原理

當(dāng)VGS＞VT時，襯底表層中的自由電子數(shù)量大于空穴數(shù)量，該薄層轉(zhuǎn)換為N型半導(dǎo)體，稱此為反型層。形成N源區(qū)到N漏區(qū)的N型溝道。

1.柵源電壓VGS的控制作用實(shí)現(xiàn)了輸入電壓VGS對輸出電流ID的控制把開始形成反型層的VGS值稱為該管的開啟電壓VT。在漏源間加電壓VDS，就能產(chǎn)生漏極電流

iD即管子開啟當(dāng)VGS＞VT自由電子將沿著溝道漂移到漏區(qū)，形成漏極電流ID；當(dāng)ID從D

S流過溝道時，源極端電壓最大，為VGS，由此感生的溝道最深；漏極端，柵漏間電壓最小，其值為：

VGD=VGS-VDS

,由此感生的溝道也最淺?？梢?，在VDS作用下導(dǎo)電溝道的深度是不均勻的，溝道呈錐形分布。若VDS進(jìn)一步增大，直至VGD=VT，即VGS-VDS=VT或VDS=VGS-VT

時，則漏端溝道消失，出現(xiàn)預(yù)夾斷點(diǎn)。2.漏源電壓VDS對溝道導(dǎo)電能力的影響當(dāng)VDS為0或較小時，VGD＞VT，此時VDS

基本均勻降落在溝道中，溝道呈斜線分布。當(dāng)VDS增加到使VGD=VT時，漏極處溝道將縮減到剛剛開啟的情況，稱為預(yù)夾斷。形成漏極電流。當(dāng)VDS增加到使VGD

VT時，預(yù)夾斷點(diǎn)向源極端延伸成小的夾斷區(qū)。從漏端溝道出現(xiàn)預(yù)夾斷點(diǎn)開始，ID基本不隨VDS增加而變化。2.漏源電壓VDS對溝道導(dǎo)電能力的影響1.漏極輸出特性曲線MOSFET的特性曲線2.轉(zhuǎn)移特性曲線—VGS對ID的控制特性轉(zhuǎn)移特性曲線的斜率

gm

的大小反映了柵源電壓對漏極電流的控制作用。其量綱為mA/V，稱gm為跨導(dǎo)。

gm=

ID/

VGS

Q

（mS)

ID=f(VGS)

VDS=常數(shù)MOSFET的特性曲線絕緣柵場效應(yīng)管N溝道增強(qiáng)型P溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOS管特性小結(jié)

N溝道耗盡型MOS管，它是在柵極下方的SiO2絕緣層中摻入了大量的金屬正離子，形成了導(dǎo)電溝道。

因此，使用時無須加開啟電壓（VGS=0），只要加漏源電壓，就會有漏極電流。當(dāng)VGS＞0時，將使ID進(jìn)一步增加。VGS＜0時，隨著VGS的減小ID逐漸減小，直至ID=0。對應(yīng)ID=0的VGS值為夾斷電壓VP

。耗盡型MOSFET2.夾斷電壓VP夾斷電壓是耗盡型FET的參數(shù)，當(dāng)VGS=VP時,漏極電流為零。3.飽和漏極電流IDSS

耗盡型場效應(yīng)三極管,當(dāng)VGS=0時所對應(yīng)的漏極電流。一、場效應(yīng)三極管的參數(shù)1.開啟電壓VT

開啟電壓是MOS增強(qiáng)型管的參數(shù)，柵源電壓小于開啟電壓的絕對值,場效應(yīng)管不能導(dǎo)通。場效應(yīng)三極管的參數(shù)和型號常用場效應(yīng)三極管的主要參數(shù)雙極型三極管場效應(yīng)三極管結(jié)構(gòu)與分類NPN型PNP型C與E一般不可倒置使用

結(jié)型N溝道P溝道絕緣柵增強(qiáng)型N溝道P溝道絕緣柵耗盡型N溝道P溝道D與S有的型號可倒置使用載流子多子擴(kuò)散少子漂移多子漂移輸入量電流輸入電壓輸入控制電流控制