场效应管ppt
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场效应管与三极管性能比较
项目 电极名称 工作区 导 电 类 型 输 入 电 阻 小 跨 导
器件 三 极 管 场效 应管
e 极 b 极 c 极
放 大 区
饱 和 区
饱 和 区 非饱 和区
双 极 型
单 极 型
大
s 极
g 极
d 极
大
小
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3.1.2 N沟道EMOSFET沟道形成原理
• 假设VDS =0，讨论VGS作用
VGS
衬底表面层中 负离子、电子 形成空间电荷区 并与PN结相通 VGS 开启电压VGS(th) 表面层 n>>p
U P+ S N+ P
VDS =0
VGS + 反型层
G N+ D
形成N型导电沟道
VGS越大，反型层中n 越多，导电能力越强。
N沟道：VDS > 0
P沟道：VDS < 0
增强型MOS管： VGS 与VDS 极性相同。 耗尽型MOS管： VGS 取值任意。 结型FET管： VGS与VDS极性相反。
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3.3 场效应管的使用注意事项
由于MOS管COX很小，因此当带电物体（或人）靠近金
属栅极时，感生电荷在SiO2绝缘层中将产生很大的电压
MOSFET
（按工作方式不同）
N沟道 增强型（EMOS） P沟道
沟道：指载流子流通的渠道、路径。N沟道是指 以N型材料构成的区域作为载流子流通的路径；P沟道 指以P型材料构成的区域作为载流子流通的路径。
3.1 场效应管的工作原理
JFET与MOSFET工作原理相似，它们都 是利用电场效应来控制电流，即都是利用改变 栅源电压vGS，来改变导电沟道的宽度和高度， 从而改变沟道电阻，最终达到对漏极电流iD 的 控制作用。不同之处仅在于导电沟道形成的原 理不同。(下面我们以N沟道JFET、N沟道增 强型为例进行分析）
具体电路分析 小信号等效电路
3.5 场效应管电路的分析方法 场效应管电路分析方法与三极管电路分析方
法相似，可以采用估算法分析电路直流工作点； 采用小信号等效电路法分析电路动态指标。
估算法
场效应管估算法分析思路与三极管相同，只是
由于两种管子工作原理不同，从而使外部工作条件
有明显差异。因此用估算法分析场效应管电路时， 一定要注意自身特点。
2l
1 VGS I D I DSS V GS(off)
2
几种FET管子的转移特性曲线比较:
ID(mA)
耗尽型
耗尽型 增强型
ID(mA)
结型
增强型
结型
VGS(off )
VGS(off ) V GS(th) VGS(th) VGS (V) VGS(th) VGS(th) VGS(V)
线 性 电 子 电 路
主要内容
3.0
3.1
概述
场效应管的工作原理
3.2 场效应管特性曲线 3.3 场效应管的使用注意事项 3.4 场效应管的等效电路 3.5 场效应管电路的分析方法
3.0 概 述
场效应管是一种利用电场效应来控制电流的半导体
器件,也是一种具有正向受控作用的半导体器件。它
体积小、工艺简单，器件特性便于控制，是目前制造 大规模集成电路的主要有源器件。
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3.2
场效应管的伏安特性曲线（以NEMOSFET为例）
由于场效应管的栅极 电流为零，故不讨论输 入特性曲线。 共源组态特性曲线：
ID IG0
+ VGS
+
T VDS
-Biblioteka Baidu
-
输出特性：
转移特性：
ID= f ( VDS )
VGS = 常数 VDS = 常数
ID= f ( VGS )
转移特性与输出特性反映场效应管同一物理过程， 它们之间可以相互转换。
VGS(=Q /COX)，使绝缘层击穿，造成MOS管永久性损坏。 MOS管保护措施： 分立的MOS管：各极引线短接、烙铁外壳接地。 MOS集成电路：
D1 D2
T
D1 D2一方面限制VGS间 最大电压，同时对感 生 电荷起旁路作用。
3.4 场效应管的等效电路
3.4.1 FET直流简化电路模型(与三极管相对照)
NEMOSFET的特性曲线 NJFET的特性曲线
饱和区（放大区）外加电压极性及数学模型 VDS极性取决于沟道类型 N沟道：VDS > 0， P沟道：VDS < 0 VGS极性取决于工作方式及沟道类型 增强型MOS管： VGS 与VDS 极性相同。 耗尽型MOS管： VGS 取值任意。 结型FET管： VGS与VDS极性相反。 COXW ID (VGS VGS(th) ) 2 MOSFET: 饱和区数学模型 JFET:
场效应管与三极管主要区别：
• 场效应管输入电阻远大于三极管输入电阻。
• 场效应管是单极型器件（三极管是双极型器件）。
• 场效应管受温度的影响小（只有多子漂移运动形成电流）
一、场效应管的种类
绝缘栅型场效应管MOSFET 按结构不同分为 N沟道 结型场效应管JFET P沟道 N沟道 耗尽型（DMOS） P沟道
ID
D G
G
IG0 + VGS S
ID
D
IB
B
IC
C
+
VBE(on)
ID(VGS )
IB
E
-
S
场效应管G、S之间开路 ，IG0。 三极管发射结由于正偏而导通，等效为VBE(on) 。 FET输出端等效为压控电流源， ID受VGS控制。 三极管输出端等效为流控电流源，满足IC= IB 。
MOS管截止模式判断方法
截止条件 N沟道管：VGS < VGS(th) P沟道管：VGS > VGS(th)
非饱和与饱和（放大）模式判断方法 假定MOS管工作在放大模式：
a)由直流通路写出管外电路VGS与ID之间关系式。
b)利用饱和区数学模型： d)判断电路工作模式：
若|VDS| < |VGS–VGS(th)| 若|VDS| > |VGS–VGS(th)| 非饱和模式（需重新计算Q点） 放大模式
ID
COXW
2l
(VGS VGS(th) ) 2
c)联立解上述方程，选出合理的一组解。
小信号等效电路法
场效应管小信号等效电路分法与三极管相似。
画交流通路 将FET用小信号电路模型代替 计算微变参数gm、rds 利用微变等效电路分析交流指标。 注：具体分析将在第四章中详细介绍。
场效应管与三极管性能比较
项目 电极名称 工作区 导 电 类 型 输 入 电 阻 小 跨 导
器件 三 极 管 场效 应管
e 极 b 极 c 极
放 大 区
饱 和 区
饱 和 区 非饱 和区
双 极 型
单 极 型
大
s 极
g 极
d 极
大
小
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3.1.2 N沟道EMOSFET沟道形成原理
• 假设VDS =0，讨论VGS作用
VGS
衬底表面层中 负离子、电子 形成空间电荷区 并与PN结相通 VGS 开启电压VGS(th) 表面层 n>>p
U P+ S N+ P
VDS =0
VGS + 反型层
G N+ D
形成N型导电沟道
VGS越大，反型层中n 越多，导电能力越强。
N沟道：VDS > 0
P沟道：VDS < 0
增强型MOS管： VGS 与VDS 极性相同。 耗尽型MOS管： VGS 取值任意。 结型FET管： VGS与VDS极性相反。
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3.3 场效应管的使用注意事项
由于MOS管COX很小，因此当带电物体（或人）靠近金
属栅极时，感生电荷在SiO2绝缘层中将产生很大的电压
MOSFET
（按工作方式不同）
N沟道 增强型（EMOS） P沟道
沟道：指载流子流通的渠道、路径。N沟道是指 以N型材料构成的区域作为载流子流通的路径；P沟道 指以P型材料构成的区域作为载流子流通的路径。
3.1 场效应管的工作原理
JFET与MOSFET工作原理相似，它们都 是利用电场效应来控制电流，即都是利用改变 栅源电压vGS，来改变导电沟道的宽度和高度， 从而改变沟道电阻，最终达到对漏极电流iD 的 控制作用。不同之处仅在于导电沟道形成的原 理不同。(下面我们以N沟道JFET、N沟道增 强型为例进行分析）
具体电路分析 小信号等效电路
3.5 场效应管电路的分析方法 场效应管电路分析方法与三极管电路分析方
法相似，可以采用估算法分析电路直流工作点； 采用小信号等效电路法分析电路动态指标。
估算法
场效应管估算法分析思路与三极管相同，只是
由于两种管子工作原理不同，从而使外部工作条件
有明显差异。因此用估算法分析场效应管电路时， 一定要注意自身特点。
2l
1 VGS I D I DSS V GS(off)
2
几种FET管子的转移特性曲线比较:
ID(mA)
耗尽型
耗尽型 增强型
ID(mA)
结型
增强型
结型
VGS(off )
VGS(off ) V GS(th) VGS(th) VGS (V) VGS(th) VGS(th) VGS(V)
线 性 电 子 电 路
主要内容
3.0
3.1
概述
场效应管的工作原理
3.2 场效应管特性曲线 3.3 场效应管的使用注意事项 3.4 场效应管的等效电路 3.5 场效应管电路的分析方法
3.0 概 述
场效应管是一种利用电场效应来控制电流的半导体
器件,也是一种具有正向受控作用的半导体器件。它
体积小、工艺简单，器件特性便于控制，是目前制造 大规模集成电路的主要有源器件。
返回
3.2
场效应管的伏安特性曲线（以NEMOSFET为例）
由于场效应管的栅极 电流为零，故不讨论输 入特性曲线。 共源组态特性曲线：
ID IG0
+ VGS
+
T VDS
-Biblioteka Baidu
-
输出特性：
转移特性：
ID= f ( VDS )
VGS = 常数 VDS = 常数
ID= f ( VGS )
转移特性与输出特性反映场效应管同一物理过程， 它们之间可以相互转换。
VGS(=Q /COX)，使绝缘层击穿，造成MOS管永久性损坏。 MOS管保护措施： 分立的MOS管：各极引线短接、烙铁外壳接地。 MOS集成电路：
D1 D2
T
D1 D2一方面限制VGS间 最大电压，同时对感 生 电荷起旁路作用。
3.4 场效应管的等效电路
3.4.1 FET直流简化电路模型(与三极管相对照)
NEMOSFET的特性曲线 NJFET的特性曲线
饱和区（放大区）外加电压极性及数学模型 VDS极性取决于沟道类型 N沟道：VDS > 0， P沟道：VDS < 0 VGS极性取决于工作方式及沟道类型 增强型MOS管： VGS 与VDS 极性相同。 耗尽型MOS管： VGS 取值任意。 结型FET管： VGS与VDS极性相反。 COXW ID (VGS VGS(th) ) 2 MOSFET: 饱和区数学模型 JFET:
场效应管与三极管主要区别：
• 场效应管输入电阻远大于三极管输入电阻。
• 场效应管是单极型器件（三极管是双极型器件）。
• 场效应管受温度的影响小（只有多子漂移运动形成电流）
一、场效应管的种类
绝缘栅型场效应管MOSFET 按结构不同分为 N沟道 结型场效应管JFET P沟道 N沟道 耗尽型（DMOS） P沟道
ID
D G
G
IG0 + VGS S
ID
D
IB
B
IC
C
+
VBE(on)
ID(VGS )
IB
E
-
S
场效应管G、S之间开路 ，IG0。 三极管发射结由于正偏而导通，等效为VBE(on) 。 FET输出端等效为压控电流源， ID受VGS控制。 三极管输出端等效为流控电流源，满足IC= IB 。
MOS管截止模式判断方法
截止条件 N沟道管：VGS < VGS(th) P沟道管：VGS > VGS(th)
非饱和与饱和（放大）模式判断方法 假定MOS管工作在放大模式：
a)由直流通路写出管外电路VGS与ID之间关系式。
b)利用饱和区数学模型： d)判断电路工作模式：
若|VDS| < |VGS–VGS(th)| 若|VDS| > |VGS–VGS(th)| 非饱和模式（需重新计算Q点） 放大模式
ID
COXW
2l
(VGS VGS(th) ) 2
c)联立解上述方程，选出合理的一组解。
小信号等效电路法
场效应管小信号等效电路分法与三极管相似。
画交流通路 将FET用小信号电路模型代替 计算微变参数gm、rds 利用微变等效电路分析交流指标。 注：具体分析将在第四章中详细介绍。