《场效应晶体管》PPT课件

（三）N沟道增强型MOS管的主要参数 直流参数 交流参数
第四节
极限参数
1.直流参数
（1）开启电压UT
在衬底表面感生 出导电沟道所需 的栅源电压。实 际上是在规定的 uDS条件下，增大 uGS ， 当 iD 达 到 规 定的数值时所需 要的uGS值。
第四节
（2）直流输入电阻RGS
在 uDS=0 的 条 件 下，栅极与源 极之间加一定 直流电压时， 栅源极间的直 流 电 阻 。 RGS 的 值很大，一般
大于 109Ω。
2.交流参数
第四节
（1）跨导gmபைடு நூலகம்
定义：当uDS一定时，漏极电流变化量与引起这一变化的栅源 电压变化量之比，即
gm相当于转移特性的斜率，反映了场效应管的放大能力。 它可以从输出特性上求出，或根据转移特性的表达式求导 数得到。
（2）极间电容：栅、源极间电容Cgs和栅、漏极间电容
Cgd，它影响高频性能的交流参数，应越小越好。
iD≈0。
增大VGG，使uGS=UT时形成导电沟道。在正向漏源电压作用下， 沟道内的多子（电子）产生漂移运动，形成漏极电流iD。
uGS≥UT时才能形成导电沟道
uGS对iD的控制作用：
VDD d s VGG g iD
uGS变大 iD变大
沟道宽度变宽 沟道电阻变小
N
N
N沟道
P
b
（3）漏源电压uDS对漏极电流iD的影响
第四节
（3）栅源极间击穿电压U(BR)GS
是指在uDS=0时，栅源极间绝缘层发生击穿，产生很大的短路 电流所需的uGS值。击穿将会损坏管子。
（4）漏源极间击穿电压U(BR)DS
P i u iD(mA)
DM
D
DS
是指在uDS增大时，使iD开始急剧增 加的uDS值。
此时不仅产生沟道中的电子参与导 电，空间电荷区也发生击穿，使电 流增大。
4
3
4
2
3
1
2
0 2 4 6 8 10 12 14 16 uDS(V)
恒流区（饱和区）
第四节
Ⅱ区对应 预夹断后，uGS>UT，uDS很大，uGD<UT的情况。
iD只受uGS控制。若uGS不变， 随着uDS的增大，iD几乎不变。
预夹断轨迹方程为：
uGD uGS uDS UT
uDS uGS uGD uGS UT
第四章
绝 缘 栅 场效应晶体管 场 效 应 管
结 型 场 效 应 管
场 效 应 管 的 特 点
第四节
场效应晶体管简称场效应管，用FET来表示 （Field Effect Transistor）。
绝缘栅场效应管
结型场效应管
一、绝缘栅场效应管
第四节
绝缘栅场效应管是一种金属—氧化物—半导体场效 应管，简称MOS管。
MOS 管按 工作 方式 分类
增强型MOS管 N沟道 P沟道 耗尽型MOS管 N沟道 P沟道
（一）N沟道增强型MOS管的结构和工作原理
第四节
s g d SiO2绝 铝 缘层 g
N
N
N型区
P衬底
b
g
S-源极 d-漏极 g-栅极
b-衬底引线
d
N沟道
b
s 箭头方向是区别N 沟道与P沟道的标志
d
b
s
P沟道
iD(mA)
uDS=10V
iD(mA)
6 5
uGS=6V
5
4 3
4
UT 0 1 2 3 4 5 6 uGS(V)
2
3
1
0 2 4 6 8 1012 1416 uDS(V)
当FET工作在恒流区，不同uDS的转移特性曲线基本接近。 转移特性曲线方程
iD K（uGS UT）2 （UGS>UT）
其中K为常数，由管子结构决定，可以估算出来。
iD(mA)
6Ⅰ
5
Ⅱ
uGS=6V
5
4
3
4
2
3
1
2
0 2 4 6 8 1012 1416 uDS(V)
截止区
该区对应于uGS≤UT的情况 由于没有感生沟道，故电流iD≈0，管子处于截止状态。
2.转移特性
第四节
转移特性是指uDS为固定值时，iD与uGS之间的关系，即
iD f (uGS) uDS 常数
2.工作原理
第四节
绝缘栅场效应管是利用电场效应来改变导电通道的宽窄，从而 控制漏-源极间电流的大小。
（1）感生沟道的形成 栅极和源极之间加正向电压
在电场的作用下，可以把P型衬底表面层中多数载流子空穴全部排斥 掉，形成空间电荷区。
当uGS增加到某一临界电压(UT)值时，吸引足够多的电子，在P型半导 体的表面附近感应出一个N型层,形成反型层—漏源之间的导电沟道。
第四节
uGS≥UT 时，沟道形成。当uDS较小，即uGD>>UT时，沟道宽度受uDS的影 响很小，沟道电阻近似不变，iD随uDS的增加呈线性增加。
当uDS增大时，沟道各点与栅极间电压不等，使沟道从源极向漏极逐渐变 窄。随着uDS增大，沟道电阻迅速增大，iD不再随uDS线性增大。
当uDS增大到使uGD =UT时，在靠近漏极处，沟道开始消失，称为预夹断。
输出
可变电阻区
特性
分为
恒流区
三个
区：
截止区
可变电阻区（非饱和区）
第四节
Ⅰ区对应预夹断前，uGS>UT，uDS很小，uGD>UT的 情况。
①若uGS不变，沟道电阻rDS 不变，iD随uDS的增大而线性 上升。
②uGS变大， rDS变小，看作 由电压uGS控制的可变电阻。
iD(mA)
6Ⅰ
5
Ⅱ
uGS=6V 5
开应始的形电成子反越型多层，的沟铝道uG就S称S越为iO宽开2。启电压(衬 PU型T底)。硅uGS越高，空电穴场越强，感
自由电子
uGS
uGS
g
g
耗尽区
b
b
受主离子
反型层 耗尽区
（2）栅源电压uGS对漏极电流iD的控制作用
第四节
在栅源电压uGS=0时，没有导电沟道。漏源极之间存在两个背向 PN结，其中一个为反向偏置，只能流过很小的反向饱和电流，
继续增大uDS ，则uGD <UT，夹断区增加，增加的uDS电压几乎全部降落 在夹断区上，所以uDS虽然增加而电流基本上是恒定的。
VDD
s g VGG
d
iD
uGD>UT
N
N
uGD=UT
耗尽区 P N沟道
uGD<UT
b
（二）N沟道增强型MOS管的特性曲线
第四节
1.输出特性
输出特性是指uGS为一固定值时，iD与uDS之间的关 系，即
3.极限参数
（1）漏极最大允许电流IDM
是指场效应管工作时，允许的最大漏极电流。
第四节
（2）漏极最大耗散功率PDM
是指管子允许的最大耗散功率， 相当于双极型晶体管的PCM。
在输出特性上画出临界最大功耗 线。
P i u iD(mA)
DM
D
DS
uGS=7V
IDM
6
5
4 3
0 2 4 6 8 10 12 14 16 uDS(V)