清华模电课件第3讲场效应管

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1、第四节场效应晶体管(FET)单极型晶体管场效应管的特点：输入阻抗高、温度稳定性好、低噪声、易集成化分类：结型(JFET)和绝缘栅型(MOS)一、结型场效应管(JFET)1结构与工作原理（1）构成场效应管(FET)是利用电场效应来控制电流的一种半导体器件，属于压控器件。由于它仅靠多子参加导电，又称单极型晶体管。结型场效应管又有N沟道和P沟道两种类型。（2）工作原理N·JFET的结构及符号在同一块N型半导体上制作两个高掺杂的P区，并将它们连接在一起，引出的电极称为栅极G，N型半导体的两端引出两个电极，一个称为漏极D，一个称为源极S。P区与N区

2、交界面形成耗尽层，漏极和源极间的非耗尽层区域称为导电沟道。两个PN结之间的N沟道①UDS决定耗尽层的楔形程度②UGS决定沟道的宽窄度③UDS、UGS同时作用工作原理结型场效应管的工作原理①当（即、短路）时，控制导电沟道的宽窄。时，对导电沟道的控制作用当且时，耗尽层很窄，导电沟道最宽。(b)当增大时，耗尽层加宽，导电沟道变窄，沟道电阻增大。(c)当增大到某一数值时，耗尽层闭合，沟道消失，沟道电阻趋于无穷大，此时值为夹断电压。(a)②当固定时，决定耗尽层的楔形程度。若，电流从漏极流向源极，从而使沟道中各点与栅极间的电压不再相等，而是沿沟道从源

3、极到漏极逐渐增大，造成靠近漏极一边的耗尽层比靠近源极一边宽，沟道呈楔形。（a）（b）（c）且栅漏电压，所以当逐渐增大时，逐渐减小，靠近漏极一边的导电沟道必将随之变窄。一旦的增大使等于，则漏极一边的耗尽层就会出现夹断，如图(b)所示，为预夹断。若继续增大，则，耗尽层闭合部分将沿沟道延伸，即夹断区加长，如图(c)所示。因此，当时，增大几乎不变，即几乎仅仅决定于，表现出的恒流性和受控性。（1）转移特性及特征方程①当UGS=0时，N沟道最宽，ID最大，记作IDSS，称最大饱和漏电流。②当UGS＜0时，两个耗尽层加厚，ID成指数规律下降，其特征方程

4、为③当时，N沟道被夹断，ID≈0，管子截止。2结型场效应管的特性曲线N·JFET的特性曲线（2）漏极特性可变电阻区、漏极特性与BJT管的输出特性相仿，也分为三个区饱和区、击穿区P·JFETP·JFET的特性曲线N沟道结型场效应管的结构示意图(a)N沟道管(b)P沟道管结型场效应管的符号二、绝缘栅场效应管（MOS管）JFET的缺点MOS管的特点绝缘栅型场效应管的栅极与源极、栅极与漏极之间均采用SiO2绝缘层隔离，栅极为金属铝，故又称为MOS管。MOS管分为四种类型：N沟道耗尽型管、N沟道增强型管、P沟道耗尽型管和P沟道增强型管。输入阻抗高、

5、栅源电压可正可负、耐高温、易集成。（1）结构与符号1N沟道耗尽型绝缘栅场效应管绝缘栅N沟道耗尽型MOS管的结构与符号B端为衬底，与源极短接在一起。（2）N沟道的形成N沟道的形成与外电场对N沟道的影响控制原理分四种情况讨论：①时，来源于外电场UGS正极的正电荷使SiO2中原有的正电荷数目增加，由于静电感应，N沟道中的电子随之作同等数量的增加，沟道变宽，沟道电阻减小，漏电流成指数规律的增加。（2）N沟道的形成N沟道的形成与外电场对N沟道的影响②时，N沟道已经存在，因此不为零，仍记以IDSS，但不是最大值。③时，来源于外电场负极上的负电荷抵消一

6、部分SiO2中原有的正电荷，使其数目减少，沟道变窄，沟道电阻增加，从而漏电流ID成指数规律减小。④时，SiO2层中的正电荷全部被负电源中和，N沟道中电子全部消失，也就是说N沟道不存在了，沟道电阻为无穷大，漏电流，管子截止(夹断)。综上所述，MOS管与J型管的导电机理不同。J型管利用耗尽区的宽窄度控制漏流；而MOS管是利用感应电荷的多少改变导电沟道的性质，从而达到控制的目的。（3）特性曲线及工作原理①转移特性(a)转移特性；(b)漏极特性②漏极特性(d)(c)时(b)时(a)时MOS管的漏极特性与J型管类似。对N沟道也有楔形影响。越大，N沟

7、道的楔形程度越严重。一定，楔形一定。改变大小可改变N沟道的宽窄度，从正到负，即漏极特性曲线由上而下，反映对的控制作用。*2N沟道增强型绝缘栅场效应管（1）结构与符号增强型的特点在N沟道的形成上有所不同，增强型管子的N沟道只当外加电场uGS＞0时才能存在，而当uGS=0时，N沟道就不存在了。（2）工作原理N沟道增强型MOS管导电沟道的形成(a)0＜UGS＜UGS(th)出现耗尽层(b)UGS＞UGS(th)出现N型沟道开启电压是指在为常量情况下，使大于零所需要的最小值。（3）特性曲线输出特性上也分为可变电阻区、饱和区、夹断区和击穿区。ID与

8、UGS之间的关系:ID0是时的ID值。增强型NMOS管的特性曲线(a)输出特性；(b)转移特性*3P沟道绝缘栅场效应管(PMOS管)增强型PMOS管的结构示意图三、场效应管的主要参数1直流参数