各种场效应管的原理和特性曲线讲解演示课件

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：
ID

COXW
2l
(VGS
VGS(th) )2
c)联立解上述方程，选出合理的一组解。
d)判断电路工作模式：
若|VDS| < |VGS– 若VGS|(VthD)S|| > |VGS– V|
非饱和模式（需重新计算Q点） 放大模式
N沟道 耗尽型（DMOS） P沟道
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
ebc 极极极
放 大 区
饱 和 区
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双 极 小大 型
场效 应管
sgd 极极极
饱 和 区
非饱 和区
单 极 型
大小
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2019/6/26
VGS (V)
VGS(off
VGS(th) VGS(th) )
VGS(V)
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VGS(=Q /COX)，使绝缘层击穿，造成MOS管永久性损坏。
饱和区数学模型
MOSFET:
ID

COXW
2l
(VGS
VGS(th) )2
JFET:
ID

I
DSS
1

VGS VGS(off)
2
几种FET管子的转移特性曲线比较:
ID(mA)
耗尽型
结型
增强型
耗尽型 ID(mA)
增强型
结型
VGS(off ) VGS(th) VGS(th)
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
按结构不同分为
绝缘栅型场效应管MOSFET N沟道
结型场效应管JFET P沟道
MOSFET
（按工作方式不同）
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）
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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
VDS =0
S -VGS + G
U
反型层
D
P+
N+
N+
P
VGS 开启电压VGS(th) 表面层 n>>p 形成N型导电沟道
VGS越大，反型层中n 越多，导电能力越强。
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3.2 场效应管的伏安特性曲线（以NEMOSFET为例）
ID
由于场效应管的栅极
电流为零，故不讨论输 入特性曲线。
主要内容
3.0 概述 3.1 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。
共源组态特性曲线：
IG0 VG+-S
+
T VDS
-
输出特性：
ID= f ( VDS )
VGS = 常数
转移特性：
ID= f ( VGS )
VDS = 常数
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。
NDMOSFET的特性曲线
NJFET的特性曲线
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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。
VBE(on)
-
-
S
S
E
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 。
IC
C
IB
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。
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。
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场效应管与三极管性能比较
项目 器件
电极名称
工作区
导输 电 入跨 类 电导 型阻
三 极 管
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)
ID
IG0
DG
+
ID
D
IB
B
+
G
VGS ID(VGS )
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。
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