结型场效应管

场效应管根据结构不同分为两大类： 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 10
6
~ 10 9 Ω
12
绝缘栅场效应管 (IGFET)
输入阻抗 10
~ 1014 Ω
中又有多种类型， 在 IGFET 中又有多种类型，目前应用最广泛的是以二氧 为绝缘层的场效应管，称为金属－氧化物－ 化硅 Si O2 为绝缘层的场效应管，称为金属－氧化物－半导体场 效应管(MOSFET,Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) 。 效应管
4.1结型 结型 场效应管
2.工作原理 工作原理
沟道JFET为例） 为例） （以N沟道 沟道 为例
③ VGS和VDS同时作用时 ② VDS对沟道的控制作用
当VGS=0时， DS↑ → ID ↑ 时V G、 <0 时， 导电沟 间 结的反向电 当VP <V、D间PN结的反向电 GS 压增加， 压增加，使靠近漏极处的 道更容易夹断， 道更容易夹断， 对于同样 耗尽层加宽，沟道变窄， 耗尽层加宽，沟道变窄， 的值比V 的VDS ， ID的值比 GS=0时 时 从上至下呈楔形分布。 从上至下呈楔形分布。 的值要小。 的值要小。 增加到使V 当VDS增加到使 GD=VP 时，在紧靠漏极处出现预 在预夹断处 夹断。 夹断。 VGD=VGS-VDS =VP 此时V 此时 DS ↑ → 夹断区延长 → 沟道电阻↑ → ID基本不变 沟道电阻↑
输出特性
输出特性曲线表达以U 输出特性曲线表达以 GS为参变 量时i 的关系。 量时 D与uDS的关系。根据特性曲线 的各部分特征,分为四个区域： 的各部分特征 分为四个区域： 分为四个区域 1)恒流区 恒流区 恒流区相当于双极型晶体管的 放大区。其主要特征为： 放大区。其主要特征为： uGS对iD的控制能力很强 ，uDS的变化对 D影响很小。 的变化对i 影响很小。 2）可变电阻区 ） 与双极型晶体管不同， 与双极型晶体管不同，在JFET中，栅源电压 GS对iD上升的斜 中 栅源电压u 率影响较大，随着|U 增大 曲线斜率变小，说明JFET的输出电 增大， 率影响较大，随着 GS|增大，曲线斜率变小，说明 的输出电 阻变大。 阻变大。 3） 截止区 ） 当|UGS|>|UP|时，沟道被全部夹断，iD=0，故此区为截止区。 时 沟道被全部夹断， ，故此区为截止区。 若利用JFET作为开关，则工作在截止区，即相当于开关打开。 作为开关，则工作在截止区，即相当于开关打开。 若利用 作为开关 4）击穿区 ） 随着u 增大，靠近漏区的PN结反偏电压 结反偏电压u 也随之增大。 随着 DS增大，靠近漏区的 结反偏电压 DG也随之增大。
• 结构 • 工作原理
二、 JFET的特性曲线及参数 的特性曲线及参数
• 输出特性 • 转移特性 • 主要参数
4.1结型 结型 场效应管
一、JFET的结构和工作原理 的结构和工作原理 1.结构 结构： 1.结构：
N沟道管：电子电导，导电沟道为N型半导体 沟道管：电子电导，导电沟道为N P沟道管：空穴导电，导电沟道为P型半导体 沟道管：空穴导电，导电沟道为P
4.2 MOSFET
4.2 金属 氧化物 半导体场效应管 金属-氧化物 氧化物-半导体场效应管
一、增强型MOSFET 增强型 二、耗尽型MOSFET 耗尽型 三、各种类型MOS管的符号及特性对比 各种类型MOS管的符号及特性对比 MOS
4.2 MOSFET
一、增强型MOSFET 增强型
沟道增强型MOSFET结构与工作原理 1. N沟道增强型 沟道增强型 结构与工作原理
当VGS＜0时 时 PN结反偏 → 耗尽层加厚 结反偏 沟道变窄。 → 沟道变窄。 VGS继续减小，沟道 继续减小， 继续变窄 当沟道夹断时， 当沟道夹断时，对应 的栅源电压V 称为夹断 的栅源电压 GS称为夹断 电压V 电压 P （ 或VGS(off) ）。 对于N沟道的 对于 沟道的JFET，VP <0。 沟道的 ， 。
4.1结型 结型 场效应管
综上分析可知
• 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电， 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电， 所以场效应管也称为单极型三极管。 所以场效应管也称为单极型三极管。 • JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因 JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的， 栅极与沟道间的PN结是反向偏置的 输入电阻很高。 此iG≈0，输入电阻很高。 • JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制 JFET是电压控制电流器件， 是电压控制电流器件 • 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后， 呈近似线性关系；预夹断后， iD趋于饱和。 趋于饱和。
结型场效应管的结构示意图及其表示符号 结型场效应管的结构示意图及其表示符号 (a)N沟道JFET；(b)P沟道JFET (a)N沟道JFET；(b)P沟道JFET 沟道JFET 沟道
4.1结型 结型 场效应管
2.工作原理 工作原理
沟道JFET为例） 为例） （以N沟道 沟道 为例
① VGS对沟道的控制作用
4.1结型 结型 场效应管
二、 JFET的特性曲线及参数 的特性曲线及参数
iD = f ( vGS ) vDS = const.
1. 转移特性
VP
vGS 2 iD = I DSS (1 − ) VP
(VP ≤ vGS ≤ 0 )
2. 输出特性
iD = f ( vDS ) vGS = const.
4.1结型 结型 场效应管
4.2 MOSFET
沟道增强型MOSFET结构与工作原理 1. N沟道增强型 沟道增强型 结构与工作原理
（2）工作原理： 工作原理：
(a)uGS >UT 出现N型沟道 出现 型沟道
(b)uDS较小时 iD迅速增大
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(c )uDS较大出现时 iD趋于饱和
uDS增大时增强型 增大时增强型MOS管沟道的变化过程 管沟道的变化过程
4.1结型 结型 场效应管
3. 主要参数
夹断电压V 或 ① 夹断电压 P (或VGS(off))： 漏极电流约为零时的 GS值 。 ： 漏极电流约为零时的V 饱和漏极电流I 时对应的漏极电流。 ② 饱和漏极电流 DSS： VGS=0时对应的漏极电流。 时对应的漏极电流 ③ 低频跨导gm： 低频跨导反映了 GS对iD的控制作用。gm 低频跨导 低频跨导反映了v 的控制作用。 可以在转移特性曲线上求得，单位是 毫西门子)。 可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子 。 毫西门子 ∂iD gm = V ∂vGS DS 或
4.2 MOSFET
二、耗尽型MOSFET 耗尽型
沟道耗尽型MOSFET结构与工作原理 1. N沟道耗尽型 沟道耗尽型 结构与工作原理
（1）结构： 结构：
N沟道耗尽型 沟道耗尽型MOS管的结构示意图及符号 沟道耗尽型 管的结构示意图及符号
增强型NMOS管在 GS=0时,管内没有导电沟道。耗尽型则 管在u 管内没有导电沟道。 增强型 管在 时 管内没有导电沟道 不同,它在 GS=0时就有导电沟道 它的导电沟道是在制造过程 不同 它在u 时就有导电沟道,它的导电沟道是在制造过程 它在 时就有导电沟道 中就形成了的。 中就形成了的。
4.1结型 结型 场效应管
4 场效应管放大电路
分类： 分类：
JFET 结型 MOSFET (IGFET) 绝缘栅型 N沟道 沟道 P沟道 沟道 N沟道 沟道 增强型 P沟道 沟道 N沟道 沟道 P沟道 沟道
（耗尽型） 耗尽型）
FET 场效应管
耗尽型
4.1结型 结型 场效应管
4.1 结型场效应管
一、 JFET的结构和工作原理 的结构和工作原理
（1）结构： 结构：
N沟道增强型 沟道增强型MOS场效应管的结构示意图及符号 沟道增强型 场效应管的结构示意图及符号
4.2 MOSFET
1. N沟道增强型 沟道增强型MOSFET结构与工作原理 沟道增强型 结构与工作原理
（2）工作原理： 工作原理： 增强型NMOS管在 GS=0时,两 管在u 增强型 管在 时两 个重掺杂的N+源区和漏区之间被 源区和漏区之间被P 个重掺杂的 源区和漏区之间被 型衬底所隔开,就好像两个背向连 型衬底所隔开 就好像两个背向连 接的二极管。这时不论漏极、 接的二极管。这时不论漏极、源极 间加何种极性电压,总有一个 总有一个PN结 间加何种极性电压 总有一个 结 处于反向偏置,所以漏极 所以漏极、 处于反向偏置 所以漏极、源极之 间只有很小的反向电流通过,可以 间只有很小的反向电流通过 可以 认为增强型NMOS管处于关断状态 认为增强型 管处于关断状态 UGS＞UT时形成导电沟道
vGS 2 I DSS (1 − ) VP gm = − VP （当VP ≤ vGS ≤ 0 时）
输出电阻r ④ 输出电阻 d：
rd =
∂vDS ∂iD
VGS
4.1 结型 场效应管
3. 主要参数
直流输入电阻R ⑤ 直流输入电阻 GS： 对于结型场效应三极管，反偏时 约大于10 对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于 7 。 最大漏源电压V ⑥ 最大漏源电压 (BR)DS ⑦ 最大栅源电压 (BR)GS 最大栅源电压V 最大漏极功耗P ⑧ 最大漏极功耗 DM
4 场效应管放大电路
4.1 结型场效应管 4.2 金属 氧化物 半导体场效应管 金属-氧化物 氧化物-半导体场效应管 4.3 场效应管放大电路 4.4 各种放大器件电路性能比较
4.1结型 结型 场效应管
4 场效应管放大电路
晶体管工作在放大区时， 结正偏，输入阻抗小， 晶体管工作在放大区时，输入回路 PN 结正偏，输入阻抗小， 且是一个电流控制的有源器件。 且是一个电流控制的有源器件。
uGS 2 iD = I D 0 ( − 1) VT
(uGS > VT )
式中I D 0是uGS = 2VT时的iD值
4.2 MOSFET
2. N沟道增强型 沟道增强型MOS管特性曲线 沟道增强型 管特性曲线
（2）输出特性 ） 分为恒流区、 分为恒流区、可变电 阻区、截止区和击穿区。 阻区、截止区和击穿区。 其特点为： 其特点为： 1)截止区：UGS≤UT，导电 截止区： 截止区 沟道未形成，iD=0。 沟道未形成， 。 2)恒流区： 恒流区： 恒流区 曲线间隔均匀， 控制能力强。 的控制能力弱， 曲线间隔均匀，uGS对iD控制能力强。uDS对iD的控制能力弱，曲 线平坦。 线平坦。 越大， 越小， 3)可变电阻区： uGS越大，rDS越小，体现了可变电阻 可变电阻区： 可变电阻区 4）击穿区： ）击穿区： 随着u 增大，靠近漏区的PN结反偏电压 结反偏电压u 也随之增大。 随着 DS增大，靠近漏区的 结反偏电压 DG也随之增大。
结的正向受控作用的有源器件， 场效应管也是一种具有 PN 结的正向受控作用的有源器件， 它是利用电场效应来控制输出电流的大小 利用电场效应来控制输出电流的大小， 它是利用电场效应来控制输出电流的大小，其输入端 PN 结一 般工作于反偏状态或绝缘状态。输入电阻很高。 般工作于反偏状态或绝缘状态。输入电阻很高。
4.2 MOSFET
沟道耗尽型MOSFET结构与工作原理 1. N沟道耗尽型 沟道耗尽型 结构与工作原理
由于u =0时就存在原始沟道 所以只要此时u >0， 时就存在原始沟道， 由于 GS=0时就存在原始沟道，所以只要此时 DS>0，
（2）工作原理： 工作原理：
就有漏极电流。如果 >0,指向衬底的电场加强 指向衬底的电场加强， 就有漏极电流。如果uGS >0,指向衬底的电场加强，沟道 变宽，漏极电流 将会增大。反之， <0， 变宽，漏极电流iD将会增大。反之，若uGS <0，则栅压产 生的电场与正离子产生的自建电场方向相反，总电场减弱， 生的电场与正离子产生的自建电场方向相反，总电场减弱， 沟道变窄，沟道电阻变大， 减小。 继续变负， 沟道变窄，沟道电阻变大， iD减小。当uGS继续变负，等 于某一阈值电压时，沟道将全部消失， =0， 于某一阈值电压时，沟道将全部消失， iD =0，管子进入 截止状态。 截止状态。
在正的漏极电源u 作用下，将有i 产生。把在u 在正的漏极电源 DS作用下，将有 D产生。把在 DS作用下 开始导电的u 叫做开启电压U 开始导电的 GS叫做开启电压 T。
4.2 MOSFET
2. N沟道增强型 沟道增强型MOS管特性曲线 沟道增强型 管特性曲线
(1)转移特性曲线 (1)转移特性曲线 主要特点如下: 主要特点如下 当0＜uGS≤UT时,iD=0。 ＜ 。 尽管uGS＞0,但无栅流。 但无栅流。 尽管 但无栅流 当uGS＞UT时,导电沟 导电沟 道形成,i 道形成 D＞0。 。