场效应管复习知识点

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转移特性近似公式：
i D (mA)
IDO
uGS (V )
UGS(th) 2UGS(th)
uGS 2 iD I DO ( 1) U GS (th)
其中：IDO为 uGS = 2UGS(th)时的 iD
UGS ≧ UGS(th)
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二、 N沟道耗尽型MOS场效应管
②
③
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三、JFET的特性曲线
1 输出特性曲线
预夹断轨迹
i D (mA)
uDS uGS UGS( off )
uGS 0
uGS 0.4V uGS 0.8V
iD f ( uDS ) u
I区
GS 常数
它反映了uDS对iD的影响。 Ⅰ：可变电阻区
6V
u DS
uD S uG S UG S( off )
•在P型区两端引出两个电极分别称为源极S和漏极D； •两个P+N结之间的P区称为导电沟道； •符号中箭头的方向代表了栅源P+N结正偏时栅极的电 流方向。
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二、工作原理
1 uDS =0时，uGS与对沟道电阻的控制作用 •当UGS=0时: 为平衡PN结，导电沟道最宽。
G
P
D
P
•当UGS < 0时： PN 结反偏，耗尽层
P
P
当UGS ≦ UGS(off)时 iD降为0
沟道夹断
U GS
S
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JFET特点：
① JFET栅极与源极之间的PN结反偏，因此，栅极电流 iG≈0，输入阻抗很高； 漏极电流受栅源极电压uGS 控制，所以场效应管是电压 控制电流器件； 预夹断前，即iD与uDS间基本呈线性关系；预夹断后，iD 趋于饱和。
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UGS UGS ( th ) ( 一定),U DS 0 uDS对iD的影响
① UDS = 0，沿沟道方向无电场，iD = 0； ② UDS ↑， 且UGD＝UGS－UDS> UGS(th) ， iD > 0； iD沿导电沟道产生的电压降使沟道各 点与G极间的电压不再相等，靠近D端的 电压最小，沟道最薄，靠近S端电压最大， S 沟道最厚。 ③ UDS > 0，但较小时，对沟道影响 不大 ，iD 随UDS增大而增大；
iD 仅由uGS 决定，而与uDS 无关，可 近似看成一个受uGS控制的电流源。
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2 转移特性曲线
FET是电压控制器件，由于栅极输入端基本没有电流， 讨论它的输入特性无意义。
uGS 对漏极电流 iD 的控制作用体现在转移特性曲线上。
一般数学表示式：
iD f ( uGS ) u
uGS 0.4V uGS 0.8V
uD S uG S UG S( off )
6V

uGS UGS( off )
III区
u DS
表示管子预夹断后电压电流的关系， iD 基本不随 uDS 变化； iD 大小受uGS 控制，D-S极间可看成一个受uGS控制的电流源。 u GS UGS(off) 以下
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1.4 场效应管
场效应管（简称FET）是一种电压控制器件 （uGS~ iD） 。工作时，只有一种载流子参与导电，因此它是单极 型器件。 FET因其制造工艺简单、功耗小、热稳定性好、输入电 阻极高、便于集成等优点，得到了广泛应用。
场效应管根据结构不同分为两大类：
结型场效应管 (JFET) 输入阻抗
U GS
N
G

u DS
P
P
预夹断状态之后： UDS ↑ 合拢点沿沟道向源极方向移动 iD基本不变（恒流区）
S
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3 UDS >0(一定) , UGS ≦0对iD的控制作用
•当UGS=0时: 导电沟道最宽，iD最大。 UGS﹤0 加强反偏 iD 耗尽层
G D ID
N

沟道电阻
u DS
S
uGS
u DS
G
D
N+ P
⊕⊕⊕ ⊕⊕ ……
…… ……
N+
D型NMOSFET的结构与E型NMOSFET管的结构基本相 同，差别在于耗尽型管的二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离 子。因此，即使uGS =0 ，在两个N型区之间的P型硅表面也会 感应出大量的电子，而形成导电沟道。在uDS的作用下，出现 漏极电流iD 。
预夹断前
• uDS 较小，漏极电流 iD 与 uDS 近似线性关系，沟道电阻基本 不变，但其大小受uGS控制。
• D--S极间可看成由 uGS控制的可变电阻。
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i D (mA)
预夹断轨迹 uDS uGS UGS( off ) 击穿区
II ：恒流区（或饱和区）
I区
II区
uGS 0
uGS UGS (th)
u DS ( V )
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4 转移特性曲线：
iD= f (uGS)uDS=常数
i D (mA)
uGS (V )
UGS(th)
当UGS ＜ UGS(th) ，无导电沟道， iD = 0； 当UGS > UGS(th) ，导电沟道形成； UGS ↑ → 导电沟道宽度↑→ iD ↑
U GS
N
导电沟道
S
| 一般： UGS |
导电沟道
沟道电阻 沟道夹断 夹断电压: UGS(off)
当UGS = UGS(off)时
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2 UGS(off) <UGS ≦0 （一定）时， UDS >0对iD的影响
漏极电流沿沟道产生的压降使沟道上各点与栅极电压不等， D 故沿沟道PN结反偏电压不等（上大，下小）。
S
uGS u DS
G
D
N+
P
…… ……
N+
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3 输出特性: i D = f (uDS)uGS=常数
i D (mA)
uDS uGS UGS (th)
预夹断轨迹
uGS4
可变电阻区
uGS3 击穿区 恒流区 uGS2
四个区域： 可变电阻区
uGS1
恒流区
截止区 击穿区
截止区
增强型N沟道MOS管----------E型N MOSFET
耗尽型N沟道MOS管----------D型N MOSFET 增强型P沟道MOS管-----------E型P MOSFET 耗尽型P沟道MOS管-----------D型P MOSFET
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一、 N沟道增强型MOS场效应管
图中IDSS称为饱和漏极电流，即 uGS 0 时的
iD
uGS 2 iD I DSS ( 1 ) UGS( off )
U G S( off ) uG S 0
iD 的与uGS 之间不是线性关系，而是平方律关系。故JFET也是一种非 线性器件。当然uDS 为不同值时，可得一簇转移特性曲线，当工作在恒流 区时， iD 几乎与uDS 之间无关。各曲线基本重合。
在漏极和源极之间形成N型导电 沟道。
G
D
U GS
N+
…… ……
B
N+
P
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开启电压UGS(th) ：开始形成反型层的UGS。 显然： UGS↑→反型层↑→N型沟道电阻↓

在U
DS 作 用 下
iD↑
U DS
可见：UGS对 iD 有控制作用。
S
G
D
U GS
N+
…… ……
B
N+
III ：截止区（或夹断区）
• 沟道全部被夹断，iD近似为0。 IV ：击穿区
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总 结：
1. 当
uG D UG S( off )
对于不同的uGS ，D--S之间等效成不同的电阻；
2. 当
UGD UGS U DS UGS( off ) D--S之间预夹断；
3. 当
uG D UG S( off )
S
1 ENMOS管结构及电路符号
N+ N+ P
G
D SO i 2
B
衬底引线
在一块P型硅衬底上扩散两个高掺杂的N型区，分别作 为源极S和漏极D，在S和D之间的P型衬底平面上利用氧化 工艺生长一层薄的SiO2绝缘层，并引出栅极G，在衬底上 引出接触电极－衬底B（引线）电极。
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S
N+
G
D SO i 2
N+ P
B
衬底引线
一般： 当uGS =0时，d---s间无导电沟道存在→增强型（E型） 当uGS =0时，d---s间有导电沟道存在→耗尽型（D型）
D
D
D
D
G S
G S
G S
G S
E型N MOSFET
E型P MOSFET
D型N MOSFET
D型P MOSFET
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2 工作原理 栅源之间不加电压（uGS =0），在漏极和源极的两个N区 之间是P型衬底，漏源间相当于两个背靠背的PN结 。
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结型场效应管的缺点：
1. 栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在某些场合仍 嫌不够高； 2. 在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻 会显著下降； 3. 栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极 电流。
绝缘栅型场效应管可以很好地解决这些问题。
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下图为D型NMOS管特性曲线
i D (mA)
i D (mA)
uGS 0
u DS
I DSS
uGS 0
uGS 0
S
G
uGS
D
UGS(off)
U GS (off )
0
uGS ( V )
N+ P
⊕⊕⊕ ⊕⊕ ……
uGS UGS (off )
1.4.2 绝缘栅型场效应管
栅极处于绝缘状态的场效应管，输入阻抗很大，目前广 泛应用的是SiO2 为绝缘层的绝缘栅场效应管，称为金属－氧 化物－半导体场效应管。 绝缘栅型场效应管 ( Metal_Oxide Semiconductor FET)， 简称-------------------------------MOSFET MOSFET的类型：
ID
耗尽层（上宽下窄）, 沟道宽度（上窄下宽）
N

UDS↑

G
加强反偏
iD
↑
u DS
耗尽层 ↑
U GS
P
P
当 U GD U GS U DS U GS (off )
S
靠近漏极的耗尽层合拢，即出现预夹断状态。
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预夹断不是完全将沟道夹断， 而是允许电子在它的夹缝中以较 高速度流过，在源极一侧的速度 较低，保持电流的连续性。
P
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NEMOS管的基本特性：
• UGS ＜ UGS(th) --------无导电沟道，iD ≈0，管子截止；
• UGS ＞ UGS(th) --------导电沟道形成，iD >0，管子导通。
• UGS 越大，沟道越厚，在漏源电压UDS一定的情况下，漏
极电流 iD 越大。
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DS 常 数
它反映了在uDS一定时， uGS对iD的控制作用。
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iD
u DS 6V
i D (mA)
uDS uGS UGS( off )
击穿区 II区
uGS 0
uGS 0.4V
IDSS
I区
uGS 0.8V
U G S( off )
uGS
6V
III区
u DS
•符号中箭头的方向代表了栅源P+N结正偏时栅极的电流方向。
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（2） P沟道管 导电沟道为P型半导体，称为 G P型沟道管。 •在一块P型半导体两侧分别扩散一 个高浓度的N型区，形成N+P结； •两个N型区的引线连在一起作为一 个电极，称为栅极G；
栅极
D 漏极
D
N
N
G S
P
S源极
S
B
D
S G D
N+ P
N+
B
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UGS 0 ,U DS 0
uGS对iD的控制作用
uGS→产生由G极垂直指向P型衬底的电场 →排斥空穴，吸引电子 把P型半导体中的电子吸引到栅极附件的P型衬底表面， 与空穴复合产生了由负离子构成的耗尽层。
若增大UGS， 耗尽层加宽，增大到一定值， 吸 引 了足够 多 的电子 ， 形成一 个 N型薄 层 S （反型层）。
u DS
G
uGS
D
N+ P
…… ……
N+
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④ UDS ↑，且UGD＝UGS－UDS ＝ UGS(th) ； D端导电沟道消失（预夹断）。
⑤ UDS ↑ ↑→夹断区向S端延伸
→夹断区电阻↑， △ UDS降落在夹断区 → 沟道电场几乎不变 → iD 基本不变（恒流特性） ； ⑥ UDS > U(BR)DS → iD↑↑↑ 产生雪崩击穿；
10 ~ 10
6 9
12 14
绝缘栅场效应管 (MOSFET) 输入阻抗 10 ~ 10
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1.4.1 结型场效应管（JFET）
一、 JFET的结构
G 栅极
D 漏极
D
1 结构 N沟道管：电子导电 P沟道管：空穴导电
（1） N沟道管
P
P
N
G
S
S 源极
•在一块N型半导体两边各扩散一个高浓度的P型区，形成P+N结； •两个P型区的引线连在一起作为一个电极，称为栅极G； •在N型区两端引出两个电极分别称为源极S和漏极D； •两个P+N结之间的N区是电流流通的通道，称为导电沟道；