《场效应管的原理》word版

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1、1.4场效应三极管　                           前面介绍的半导体三极管称为双极型三极管(英文缩写为BJT)，这是因为在这一类三极管中，参与导电的有两种极性的载流子：既有多数载流子又有少数载流子。现在将要讨论另一种类型的三极管。它们依靠一种极性的载流子(多数载流子)参与导电，所以称为单极型三极管。又因为这种管子是利用电场效应来控制电流的，所以也称为场效应管。   场效应管分为两大类：一类称为结型场效应管，另一类称为绝缘栅场效应管。   1.4.1结型场效应管   本节主要介绍结型

2、场效应管的结构、工作原理和特性曲线。   一、结构   图1.4.1中示出了N沟道结型场效应管的结构示意图以及它在电路中的符号。          图1.4.1N沟道结型场效应管的结构和符合                     (a)结构示意图(b)符号   在一块N型硅棒的两侧，利用合金法、扩散法或其他工艺做成掺杂程度比较高的P型区(用符号表示)，则在型区和N型区的交界处将形成一个PN结，或称耗尽层。将两侧的型区连接在一起，引出一个电极，称为栅极(G)，再在N型硅棒的一端引出源极(S)，另一端引出

3、漏极(D)，见图1.4.1(a)。如果在漏极和源极之间加上一个正向电压，即漏极接电源正端，源极接电源负端，则因为N型半导体中存在多数载流子电子，因而可以导电。这外场效应管的导电沟道是N型的，所以称为N沟道结型场效应管，其电路符号见图1.4.1(b)。注意电路符号中，栅极上的箭头指向内部，即由区指向N区。   另—种结型场效应管的导电沟道是P型的，即在P型硅棒的两侧做成高掺杂的N型区(用符号表示)，并连在一起引出栅极，然后从P型硅棒的两端分别引出源极和漏极，见图1.4.2(a)。这就是P沟道结型场效应管，

4、其电路符号见图1.4.2(b)所示。此处栅极上的箭头指向外侧，即由P区指向区。           图1.4.2P沟道结型场效应管的结构和符号                 (a)结构示意图(b)符号  上述两种场效应管的工作原理是类似的，下面以N沟道结型场效应管为例，介绍它们的工作原理和特性曲线。二、工作原理   从结型场效应管的结构已经看出，在栅极和导电沟道之间存在一个PN结。假设在栅极和源极之间加上反向电压，使PN结反向偏置，则可以通过改变的大小来改变耗尽层的宽度。例如，当反向电压的值变大时，耗

5、尽层将变宽，于是导电沟道的宽度相应地减小，使沟道本身的电阻值增大，于是，漏极电流将减小。所以，通过改变的大小，即可控制漏极电流的值。   由于导电沟道的半导体材料(例如N区)掺杂程度相对比较低，而栅极一边(例如区)的掺杂程度很高，因此当反向偏置电压值升高时，耗尽层总的宽度将随之增大。但交界面两侧耗尽层的宽度并不相等，而是N区一侧正离子的数目与区一侧负离子的数目相等。因此，掺杂程度低的N型导电沟道中耗尽层的宽度比高掺杂的区栅极一侧耗尽层的宽度大得多。可以认为，当反向偏置电压增大时，耗尽层主要向着导电沟道一

6、侧展宽。   下面讨论当结型场效应管的栅极和源极之间的电压变化时，对耗尽层和导电沟道的宽度以及漏极电流的大小将产生什么影响。   1.首先假设=0，即将漏极和源极短接，同时在栅源之间加上负电源，然后改变的大小，观察耗尽层的变化情况。   由图1.4.3可见，当栅源之间的反向偏置电压=0时，耗尽层比较窄，导电沟道比较宽。当由零逐渐增大时，耗尽层逐渐加宽，导电沟道相应地变窄。  图1.4.3当=0时，对耗尽层和导电沟道的影响           (a)=0(b)<0(c)=   当=时，两侧的耗尽层合拢在一

7、起，导电沟道被夹断，所以将称为夹断电压。N沟道结型场效应管的夹断电压是一个负值。   在图1.4.3所示情况下，因为漏极和源极之间没有外加电源电压，即=0，所以当变化时虽然导电沟道随之发生变化，但漏极电流总是等于零。   2．假设在漏极和源极之间加上一个正的电源电压，使>0,然后仍在栅极和源极之间加上负电源，现在再来观察变化时对耗尽层和漏极电流的影响。   由图1.4.4(a)可见，若=0，则耗尽层较窄，而导电沟道较宽，因此沟道的电阻较小，当加上正电压时，漏源之间将有一个较大的电流。   但要注意—点，

8、当>0时，沿着导电沟道各处耗尽层的宽度并不相等。在靠近漏极处耗尽层最宽，而靠近源极处最窄，呈现出楔形。这是由于当流过沟道时，沿着沟道的方向产生一个电压降落，因此沟道上各点的电位不同，因而各点与栅极之间的电位差也不相等。沟道上靠近漏极的地方电位最高，该处，则PN结上的反向偏置电压也最大，因而耗尽层最宽。而沟道上靠近源极处电位最低，PN结上的反向偏置电压也最小，所以耗尽层宽度也最窄，如图1.4.4(a)所示。   如果在栅极和漏极之间外加一个负