清華模電第3講 場效應管課件

第四節(jié)場效應晶體管(FET)單極型晶體管場效應管的特點：輸入阻抗高、溫度穩(wěn)定性好、低噪聲、易集成化

分類：結型(JFET)和絕緣柵型(MOS)

一、結型場效應管(JFET)1結構與工作原理（1）構成場效應管(FET)是利用電場效應來控制電流的一種半導體器件，屬于壓控器件。由于它僅靠多子參加導電，又稱單極型晶體管。結型場效應管又有N溝道和P溝道兩種類型。（2）工作原理N·JFET的結構及符號在同一塊N型半導體上制作兩個高摻雜的P區(qū)，并將它們連接在一起，引出的電極稱為柵極G，N型半導體的兩端引出兩個電極，一個稱為漏極D，一個稱為源極S。P區(qū)與N區(qū)交界面形成耗盡層，漏極和源極間的非耗盡層區(qū)域稱為導電溝道。兩個PN結之間的N溝道①UDS決定耗盡層的楔形程度②UGS決定溝道的寬窄度③UDS、UGS同時作用工作原理當且時，耗盡層很窄，導電溝道最寬。(b)當增大時，耗盡層加寬，導電溝道變窄，溝道電阻增大。(c)當增大到某一數值時，耗盡層閉合，溝道消失，溝道電阻趨于無窮大，此時值為夾斷電壓。(a)②當固定時，決定耗盡層的楔形程度。若，電流從漏極流向源極，從而使溝道中各點與柵極間的電壓不再相等，而是沿溝道從源極到漏極逐漸增大，造成靠近漏極一邊的耗盡層比靠近源極一邊寬，溝道呈楔形。（a）（b）（c）且柵漏電壓，所以當逐漸增大時，逐漸減小，靠近漏極一邊的導電溝道必將隨之變窄。一旦的增大使等于，則漏極一邊的耗盡層就會出現夾斷，如圖(b)所示，為預夾斷。若繼續(xù)增大，則，耗盡層閉合部分將沿溝道延伸，即夾斷區(qū)加長，如圖(c)所示。因此，當時，增大幾乎不變，即幾乎僅僅決定于，表現出的恒流性和受控性。N·JFET的特性曲線（2）漏極特性可變電阻區(qū)、

漏極特性與BJT管的輸出特性相仿，也分為三個區(qū)飽和區(qū)、

擊穿區(qū)

P·JFETP·JFET的特性曲線N溝道結型場效應管的結構示意圖(a)N溝道管(b)P溝道管結型場效應管的符號

（1）結構與符號1N溝道耗盡型絕緣柵場效應管絕緣柵N溝道耗盡型MOS管的結構與符號B端為襯底，與源極短接在一起。（2）N溝道的形成N溝道的形成與外電場對N溝道的影響控制原理分四種情況討論：

①

時，來源于外電場UGS正極的正電荷使SiO2中原有的正電荷數目增加，由于靜電感應，N溝道中的電子隨之作同等數量的增加，溝道變寬，溝道電阻減小，漏電流成指數規(guī)律的增加。（2）N溝道的形成N溝道的形成與外電場對N溝道的影響

②

時，N溝道已經存在，因此不為零，仍記以IDSS，但不是最大值。

④

時，SiO2層中的正電荷全部被負電源中和，N溝道中電子全部消失，也就是說N溝道不存在了，溝道電阻為無窮大，漏電流，管子截止(夾斷)。綜上所述，MOS管與J型管的導電機理不同。J型管利用耗盡區(qū)的寬窄度控制漏流；而MOS管是利用感應電荷的多少改變導電溝道的性質，從而達到控制的目的。（3）特性曲線及工作原理①轉移特性(a)轉移特性；(b)漏極特性②漏極特性(d)(c)時(b)時(a) 時

MOS管的漏極特性與J型管類似。對N溝道也有楔形影響。越大，N溝道的楔形程度越嚴重。一定，楔形一定。改變大小可改變N溝道的寬窄度，從正到負，即漏極特性曲線由上而下，反映對的控制作用。*2N溝道增強型絕緣柵場效應管（1）結構與符號增強型的特點在N溝道的形成上有所不同，增強型管子的N溝道只當外加電場uGS＞0時才能存在，而當uGS=0時，N溝道就不存在了。（3）特性曲線輸出特性上也分為可變電阻區(qū)、飽和區(qū)、夾斷區(qū)和擊穿區(qū)。

ID與UGS之間的關系:ID0是時的ID值。增強型NMOS管的特性曲線(a)輸出特性；(b)轉移特性*3P溝道絕緣柵場效應管(PMOS管)增強型PMOS管的結構示意圖2微變等效電路及其參數低頻跨導的定義式為是轉移特性曲線上某一點的切線的斜率，與切點的位置密切相關。①在漏極特性上確定gm②在轉移特性上求gm

③用計算法求gm

四、場效應管和雙極型三極管的比較

1場效應管是電壓控制元件，而雙極型三極管則是電流控制元件。

2場效應管是利用多數載流子導電(例如N型硅中的自由電子)，而