5-第1章—場效應管

1、第一章 常用半導體器件 場效應管1.4 場效應管(單極型三極管)本節(jié)要介紹的場效應管是依靠一種極性的載流子(多子)飄移參與導電，所以稱單極型三極管。又因為它是利用輸入回路的電場效應來控制輸出回路電流的，所以又稱場效應管。它是電壓控制電流源(VCCS)器件。它的輸入阻抗高1.4.1 場效應管FET(Field Effect Transistor) 的類型按其結構絕緣柵型結型按其工作狀態(tài)增強型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道1.4.1 結型場效應管(耗盡型)一、結構示意圖（以N溝道為例）NP耗盡層GSD兩個PN結夾著一個N溝道。三個電極： G：柵極 Gate D：漏極 Drain S：源極 Sour

2、ce結構和符號（以N溝道為例）GSDVGG(uGS) 二、結型場效應管的工作原理 1. 柵源電壓對溝道的控制作用 在柵源間加負電壓VGG = 0，令uDS =0(2)當uGS時，PN結反偏，導電溝道變窄，溝道電阻增大。(3)當uGS增加到一定值時 ，溝道完全合攏。溝道電阻無窮大 夾斷電壓UGS(off)使導電溝道完全合攏（消失）所需要的柵源電壓uGS。 (1)當uGS=0時，為平衡PN結，導電溝道最寬。溝道電阻最小UGS(off)=0 ，令uGS =0由于uGS =0，所以導電溝道最寬。（1）輸出特性曲線： iD=f（ uDS ）UGS=常數 3.結型場效應三極管的特性曲線 飽和區(qū)內： iD

3、/uGS 常數= gm gm 低頻跨導可變電阻區(qū)：預夾斷前。飽和區(qū)（恒流區(qū)）：預夾斷后。夾斷區(qū)（截止區(qū)）。即： iD = gm uGS 放大原理（2）轉移特性曲線： iD=f（ uGS ）UDS=常數4321051015UGS =0-1V-2V-3V-4V uDS / ViD /mA4321iD /mAuGS / V0-1-2-3-4UGS（off）飽和漏極電流IDSSUGS(off) uGSiD=IDSS(1)2（UGS（off）uGS0）N 溝道UDS =10V只在恒流區(qū)內只適合于恒流區(qū)內IDSS: uGS=0時的iD直流模型1.4.2 絕緣柵場效應管(MOS管)SiO2結構示意圖P型硅襯

4、底源極S柵極G漏極D 襯底引線BN+N+符號1. 結構和符號一、增強型絕緣柵場效應管（以N溝道為例）DBSGN溝道DBSGP溝道G(Metal)-SiO2鋁SiO2結構示意圖P型硅襯底耗盡層襯底引線BN+N+SGDUDSiD = 0D與S之間是兩個PN結反向串聯，無論D與S之間加什么極性的電壓，漏極電流均接近于零。2. 工作原理(1) uGS =0 時P型硅襯底N+BSGD。耗盡層iD 柵極下P型半導體表面形成N型導電溝道，當D、S加上正向電壓后可產生漏極電流iD 。 (2) uGS 變化時N型導電溝道N+N+UGSUDSP型硅襯底N+BSGD。耗盡層iD 柵極下P型半導體表面形成N型導電溝道

5、，當D、S加上正向電壓后可產生漏極電流iD 。 (3) uGS UGS(th)N型導電溝道N+N+UGSUDS4.uGS為大于UGS(th)的某一值時, uDS對iD的影響預夾斷前預夾斷預夾斷后可變電阻區(qū)溝道電阻受uGS控制恒流區(qū)4321051015UGS =5V6V4V3V2ViD /mAUDS =10V增強型 NMOS 管的特性曲線 0123恒流區(qū)可變電阻區(qū)245uGS / V3. 特性曲線UGs(th)輸出特性轉移特性 uDS / ViD /mAiD=IDO( 1)2 uGS UGS(th) 夾斷區(qū)IDOIDO: uGS=2UGS(th)時的iD（uGSUGS（th) 0 , N 溝道)

6、1. 結構特點和工作原理符號結構示意圖P型硅襯底源極S漏極D 柵極G襯底引線B耗盡層N+N+正離子N型溝道SiO2制造時，在二氧化硅絕緣層中摻入大量的正離子。二、耗盡型絕緣柵場效應管（以N溝道為例）DBSGN溝道DBSGP溝道432104812UGS =1V2V3V輸出特性轉移特性耗盡型NMOS管的特性曲線 1230V101123 uGS / V2. 特性曲線UGs(off) uDS / VUDS =8ViD /mAiD /mAIDSSUGS(off) uGSiD=IDSS(1)2N 溝道耗盡型（UGS（off）uGS）UGS（off) 0 N 溝道耗盡型柵源電壓與柵極電流的比值，其值很高。1

7、.4.3 場效應管的主要參數一、開啟電壓UGS(th) 在一定的uDS下，開始出現漏極電流所需的柵源電壓。它是增強型MOS管的參數，NMOS UGS(th)為正，PMOS UGS(th)為負。二、夾斷電壓 UGS(off) 在一定的uDS下，使漏極電流近似等于零時所需的柵源電壓。它是耗盡型管的參數，N溝道 UGS(off)是負值，P溝道 UGS(off)是正值。三、直流輸入電阻 RGS(DC) 四、飽和漏極電流DSS 五、D 耗盡型的參數增強型的參數uGS=0時的iDuGS=2UGS(th)時的iDN溝道為正，P溝道為負。N溝道為正，P溝道為負。六、低頻跨導 gm UDS為常數時，漏極電流的微變量與引起這個變化的柵源電壓的微變量之比稱為低頻跨導,即gm=iD / uGS UDS =常數低頻跨導是衡量場效應管柵源電壓對漏極電流控制能力的一個重要參數。 交流參數1.4.4 場效應管的直流等效模型N 溝道耗盡型N 溝道增強型溝道耗盡型溝道增強型UGS(off) uGSiD=IDSS(1)2iD=IDO( 1)2 uGS UGS(th) iD參考方向仍是