學(xué)習(xí)情境場(chǎng)效應(yīng)管的識(shí)別與檢測(cè)

學(xué)習(xí)情境場(chǎng)效應(yīng)管的識(shí)別與檢測(cè)第一頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日7.1場(chǎng)效應(yīng)管的識(shí)別與檢測(cè)本節(jié)教學(xué)目標(biāo)

1.掌握?qǐng)鲂?yīng)管的類型、符號(hào)、伏安特性和主要參數(shù)。

2.了解場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、工作原理、特性曲線。第二頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日7.1場(chǎng)效應(yīng)管（單極型晶體管）

場(chǎng)效應(yīng)管與晶體三極管不同，它是多子導(dǎo)電，輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好。其特點(diǎn)為：（1）場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制器件，它通過(guò)VGS來(lái)控制ID；（2）場(chǎng)效應(yīng)管的輸入端電流極小，因此它的輸入電阻很大。（3）它是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電，因此它的溫度穩(wěn)定性較好；（4）它組成的放大電路的電壓放大系數(shù)要小于三極管組成放大電路的電壓放大系數(shù)；（5）場(chǎng)效應(yīng)管的抗輻射能力強(qiáng)；（6）由于不存在雜亂運(yùn)動(dòng)的少子擴(kuò)散引起的散粒噪聲，所以噪聲低。第三頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日7.1場(chǎng)效應(yīng)管（單極型晶體管）

場(chǎng)效應(yīng)管與晶體三極管不同，它是多子導(dǎo)電，輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管:JFET絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管:MOS場(chǎng)效應(yīng)管有兩種:第四頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日7.1.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管一、結(jié)構(gòu)N基底：N型半導(dǎo)體P+P+兩邊是高濃度P+區(qū)G柵極S源極D漏極導(dǎo)電溝道圖7.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（N溝道）N溝道JFET的符號(hào)DGSDGS第五頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日7.1.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管一、結(jié)構(gòu)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（P溝道）PN+N+G柵極S源極D漏極P溝道JFET的符號(hào)DGSDGS箭頭表示柵結(jié)（PN結(jié)）的方向，從P指向N。第六頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日7.1.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管二、工作原理（以N溝道為例）圖7.2JFET共源接法NP+P+GSDNiDRDVGGVDD以源極為公共端，共源接法。GD、GS間均加反向電壓，兩個(gè)PN結(jié)均反偏。|UGS|增大，耗盡層變寬，使導(dǎo)電溝道變窄，溝道電阻增大，電流ID減小。UDS=0時(shí)第七頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日二、工作原理（以N溝道為例）圖7.2夾斷電壓NP+P+GSDiDRDVGGVDDUDS=0時(shí)P+P+|UGS|繼續(xù)增大到一定值時(shí)UGS(off)

（夾斷電壓）,兩個(gè)PN結(jié)的耗盡層碰到一起，導(dǎo)電溝道被夾斷。這時(shí)，即使UDS>0V，漏極電流ID=0A。第八頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日二、工作原理（以N溝道為例）圖7.2可變電阻特性和恒流特性|UGS|<|UGS(off)

|且UDS>0時(shí)NGSDiDRDVGGVDDP+P+P+P+P+P+UDS從0V開始增加時(shí)，漏極電流iD從0隨之增加。溝道表現(xiàn)為非線性電阻特性。當(dāng)UDS大到一定值（UDS-UGS=|UGS(off)

|）時(shí),兩個(gè)PN結(jié)的耗盡層靠漏極側(cè)碰到一起，導(dǎo)電溝道極窄（予夾斷）。導(dǎo)電溝道予夾斷后，即使UDS再增加，夾斷區(qū)向下延伸，電流iD也不再增加，呈恒流特性。第九頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日二、特性曲線圖7.3轉(zhuǎn)移特性1.

轉(zhuǎn)移特性u(píng)GS/V0iD/mAIDSSUGS(off)0iD/mAuGS/VIDSSUGS(off)N溝道JFET轉(zhuǎn)移特性曲線P溝道JFET轉(zhuǎn)移特性曲線夾斷電壓飽和漏極電流第十頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日二、特性曲線圖7.4漏極特性1.

漏極特性u(píng)DS/V0iD/mAUGS=0VUDS-UGS=-UGS(off)0iD/mAuDS/VN溝道JFET漏極特性曲線P溝道JFET漏極特性曲線-2.5V-1.5V-1.0V-0.5V-2.0V夾斷區(qū)恒流區(qū)予夾斷軌跡UGS=0V1.0V2.0V3.0V4.0V5.0V夾斷區(qū)恒流區(qū)可變電阻區(qū)-UDS+UGS=UGS(off)可變電阻區(qū)第十一頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日漏極特性三個(gè)區(qū)域的特點(diǎn):（2）恒流區(qū)（飽和區(qū)、放大區(qū)）：（3）夾斷區(qū)：（1）可變電阻區(qū)：第十二頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日SGDPN+N+B7.1.2絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管一、N溝道增強(qiáng)型MOS管圖7.5N溝道增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)2、符號(hào)P型襯底1、結(jié)構(gòu)高摻雜N+區(qū)SiO2絕緣層Al電極預(yù)先沒有導(dǎo)電溝道GSDB第十三頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日SGDPN+N+B3、工作原理圖7.6N溝道增強(qiáng)型MOS管工作原理1（1）當(dāng)UGS=0VGGVDDD-S間相當(dāng)于兩個(gè)反接的PN結(jié)iD=0對(duì)應(yīng)夾斷區(qū)第十四頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日3、工作原理圖7.6N溝道增強(qiáng)型MOS管工作原理2（2）當(dāng)UGS>0SGDPN+N+BVGGVDD對(duì)應(yīng)可變電阻區(qū)當(dāng)UGS足夠大時(shí)（UGS>UGS(th)

），形成N型導(dǎo)電溝道。UDS從0V開始增加時(shí)，漏極電流iD從0隨之增加。溝道表現(xiàn)為非線性電阻特性。感應(yīng)出電子，形成反型層UGS(th)稱為開啟電壓第十五頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日3、工作原理圖7.6N溝道增強(qiáng)型MOS管工作原理3（3）當(dāng)UGD=UGS(th)時(shí)SGDPN+N+BVGGVDD即UDS=UGS－UGS(th)靠近D端的溝道被夾斷夾斷后，即使UDS繼續(xù)增加，iD

也不再增加，呈恒流特性。第十六頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日3、特性曲線圖7.7N溝道增強(qiáng)型MOS管特性（1）轉(zhuǎn)移特性u(píng)GS/V0iD/mAUGS(th)開啟電壓（2）漏極特性u(píng)DS/V0iD/mAUGS=6VUDS-UGS=-UGS(th)1V3V4V5V2V夾斷區(qū)恒流區(qū)予夾斷軌跡可變電阻區(qū)UGS=UGS(th)第十七頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日1.4.2絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管二、N溝道耗盡型MOS管圖7.8N溝道耗盡型MOS管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)2、符號(hào)1、結(jié)構(gòu)GSDBSGDPN+N+B+++++N型導(dǎo)電溝道正離子絕緣層第十八頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日3、特性曲線圖7.9N溝道耗盡型MOS管的特性（1）轉(zhuǎn)移特性u(píng)GS/V0iD/mAUGS(off)夾斷電壓（2）漏極特性u(píng)DS/V0iD/mAUGS=0VUDS-UGS=-UGS(off)-3V-1V1V2V-2V夾斷區(qū)恒流區(qū)予夾斷軌跡可變電阻區(qū)IDSS飽和漏極電流UGS=UGS(off)第十九頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日1.4.2絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管三、P溝道增強(qiáng)型MOS管P溝道增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)2、符號(hào)1、結(jié)構(gòu)GSDBVGGVDDDSGNP+P+BN型襯底++++++++預(yù)先沒有導(dǎo)電溝道第二十頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日3、特性曲線圖7.10P溝道增強(qiáng)型MOS管的特性（1）轉(zhuǎn)移特性u(píng)GS/V0iD/mA開啟電壓（2）漏極特性u(píng)DS/V0iD/mAUGS=UGS(th)-UDS+UGS=UGS(th)-6V-4V-3V-2V-5V夾斷區(qū)恒流區(qū)予夾斷軌跡可變電阻區(qū)UGS(th)-1V第二十一頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日VDD1.4.2絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管四、P溝道耗盡型MOS管P溝道耗盡型MOS管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)2、符號(hào)1、結(jié)構(gòu)GSDBVGGSGDNP+P+B－－－－－++++++++++負(fù)離子絕緣層P型導(dǎo)電溝道第二十二頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日3、特性曲線圖7.11P溝道耗盡型MOS管的特性（1）轉(zhuǎn)移特性u(píng)GS/V0iD/mA夾斷電壓（2）漏極特性u(píng)DS/V0iD/mAUGS=0V-UDS+UGS=UGS(off)-1V1V1.5V2V2.5V夾斷區(qū)恒流區(qū)予夾斷軌跡可變電阻區(qū)UGS(off)UGS=UGS(off)IDSS飽和漏極電流第二十三頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日【例7.1.1】圖1電路如圖1所示，已知JFET的夾斷電壓UGS(off)=-2V，飽和漏極電流IDSS=2mA，試求漏極電流iD。DGSRGRD+VDDiD解：因?yàn)闁艠O電流為0，故uGS=0。由轉(zhuǎn)移特性可知：iD=IDSS=2mA【思路點(diǎn)撥】

先分析管子的柵源電壓。該電路實(shí)質(zhì)是一個(gè)自偏壓恒流源第二十四頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日【例7.1.2】圖2在圖2（a）所示電路中，已知MOS管的漏極特性如圖2（b）所示。試分析RD在何范圍內(nèi)MOS工作在恒流區(qū)。DGS4VRD+12VID(a)恒流區(qū)uDS/V0iD/mAUGS=5VUDS-UGS=-UGS(th)2V4VUGS=UGS(th)3V12(b)【思路點(diǎn)撥】

利用予夾斷曲線判斷恒流區(qū)與可變電阻區(qū)。利用開啟電壓判斷是否在夾斷區(qū)。第二十五頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日【例7.1.2】答案解：由圖（a）可知：UGS=4V。由圖（b）可知：UGS(th)=2V；

UGS=4V時(shí)對(duì)應(yīng)的漏極電流ID=1mA。管子在恒流區(qū)時(shí)要求：UDS>

UGS-UGS(th)=4-2V=2V,即要求：12-IDRD>

2V求得：RD<

10kΩ。第二十六頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日7.1.3場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)

增強(qiáng)型MOS管而言。當(dāng)UDS一定時(shí)能產(chǎn)生漏極電流ID所需的最小|UGS|。1.開啟電壓UGS(th)

耗盡型MOS管而言。當(dāng)UDS一定時(shí)，使ID=0所需的|UGS|。2.夾斷電壓UGS(off)

耗盡型MOS管而言。當(dāng)UGS=0時(shí)，|UDS|>|UGS(off)|時(shí)的漏極電流。3.飽和漏極電流IDSS第二十七頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日7.1.3場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)4.直流輸入電阻RGS5.低頻跨導(dǎo)gm6.漏-源擊穿電壓U(BR)DS

柵-源擊穿電壓U(BR)GS

7.最大耗散功率PDM第二十八頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日7.1.4場(chǎng)效應(yīng)管的檢測(cè)與選用一、用指針式萬(wàn)用表對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行判別

（1）用測(cè)電阻法判別結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的電極

根據(jù)場(chǎng)效應(yīng)管的PN結(jié)正、反向電阻值不一樣的現(xiàn)象，可以判別出結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的三個(gè)電極。具體方法：將萬(wàn)用表?yè)茉赗×1k檔上，任選兩個(gè)電極，分別測(cè)出其正、反向電阻值。當(dāng)某兩個(gè)電極的正、反向電阻值相等，且為幾千歐姆時(shí)，則該兩個(gè)電極分別是漏極D和源極S。因?yàn)閷?duì)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管而言，漏極和源極可互換，剩下的電極肯定是柵極Ｇ。第二十九頁(yè)，共三十一頁(yè)，2022年，8月28日7.1.4場(chǎng)效應(yīng)管的檢測(cè)與選用一、用指針式萬(wàn)用