場(chǎng)效應(yīng)晶體管的特點(diǎn)

1、2.2 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管2.2.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管2.2.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管2.2.3 場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)和特點(diǎn)場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)和特點(diǎn)2.2 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管 場(chǎng)效應(yīng)管：場(chǎng)效應(yīng)管：是利用輸入電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)效應(yīng)控制輸是利用輸入電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)效應(yīng)控制輸出電流的電壓控制型器件。出電流的電壓控制型器件。特點(diǎn)：特點(diǎn)：管子內(nèi)部只有一種載流子參與導(dǎo)電，稱(chēng)為單管子內(nèi)部只有一種載流子參與導(dǎo)電，稱(chēng)為單極型晶體三極管。極型晶體三極管。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：由兩個(gè)由兩個(gè)PN結(jié)和一個(gè)導(dǎo)電溝道所組成。三個(gè)電極分結(jié)和一個(gè)導(dǎo)電溝道所組成。三個(gè)電極分別為源極別為源極S、漏極、漏極D和柵極和柵極G。漏極和源極具

2、有互換性。漏極和源極具有互換性。2.2.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管一、結(jié)構(gòu)和符號(hào)一、結(jié)構(gòu)和符號(hào) N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)如圖溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)如圖2.2.1所示；所示；P溝道溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管如圖結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管如圖2.2.2所示。所示。工作條件：工作條件：兩個(gè)兩個(gè)PN結(jié)加反向電壓。結(jié)加反向電壓。圖圖2.2.1 .N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管圖圖2.2.2 P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管二、工作原理二、工作原理 以以N 溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管為例，原理電路如圖所示。溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管為例，原理電路如圖所示。動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)12 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理 1 1結(jié)型場(chǎng)效

3、應(yīng)管是一個(gè)電壓控制電流的電壓控制結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管是一個(gè)電壓控制電流的電壓控制型器件。型器件。 2. 2. 所以輸入電阻很大。一般可達(dá)所以輸入電阻很大。一般可達(dá)10107 710108 8。 結(jié)論：結(jié)論： ； 。在漏源電壓 不變條件下，改變柵源電壓 ，通過(guò)PN結(jié)的變化，控制溝道寬窄，即溝道電阻的大小，從而控制漏極電流 。0DSV0GSVDSVGSVDI工作原理如下：工作原理如下：三、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線(xiàn)和跨導(dǎo)三、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線(xiàn)和跨導(dǎo)1. 1. 轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)GSVDI 反映柵源電壓反映柵源電壓 對(duì)漏極電流對(duì)漏極電流 的控制作用。如圖的控制作用。如圖2. .2. .5所示，若漏源電

4、壓一定：所示，若漏源電壓一定： 當(dāng)柵源電壓當(dāng)柵源電壓 向負(fù)值方向變化時(shí)，漏極電流向負(fù)值方向變化時(shí)，漏極電流 逐漸減小；逐漸減小； DIGSV0GSVDSSI 當(dāng)柵源電壓當(dāng)柵源電壓 時(shí)，漏極電流時(shí)，漏極電流 ， 稱(chēng)為飽稱(chēng)為飽和漏極電流；和漏極電流；DSSDII 當(dāng)柵源電壓當(dāng)柵源電壓 時(shí)，漏極電流時(shí)，漏極電流 ， 稱(chēng)為夾斷稱(chēng)為夾斷電壓。電壓。 PVPGSVV0DI圖圖2. .2. .5 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn) 結(jié)論：在結(jié)論：在區(qū)中，場(chǎng)效應(yīng)管可看作一個(gè)受柵源電壓控制區(qū)中，場(chǎng)效應(yīng)管可看作一個(gè)受柵源電壓控制的可變電阻。的可變電阻。圖圖2. .2. .6 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特

5、性曲線(xiàn)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性曲線(xiàn)2. 輸出特性曲線(xiàn)輸出特性曲線(xiàn) 表示在柵源電壓一定條件下，漏極電流與漏源電壓之間表示在柵源電壓一定條件下，漏極電流與漏源電壓之間的關(guān)系。如圖的關(guān)系。如圖2.2.6所示。所示。（1）可調(diào)電阻區(qū)（圖中）可調(diào)電阻區(qū)（圖中區(qū)）區(qū)） 不變時(shí)，不變時(shí)， 隨隨 作線(xiàn)性變化，漏源間呈現(xiàn)電阻性；作線(xiàn)性變化，漏源間呈現(xiàn)電阻性；GSVDIDSV柵源電壓柵源電壓 越負(fù)，輸出特性越陡，漏源間的電阻越大。越負(fù)，輸出特性越陡，漏源間的電阻越大。GSV圖圖2. .2. .6 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性曲線(xiàn)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性曲線(xiàn)結(jié)論：在結(jié)論：在區(qū)中，場(chǎng)效應(yīng)管具有線(xiàn)性放大作用。區(qū)中，場(chǎng)效應(yīng)管具有線(xiàn)

6、性放大作用。（2）飽和區(qū)（圖中）飽和區(qū)（圖中區(qū)）區(qū)） 當(dāng)當(dāng) 不變時(shí)，不變時(shí)， 不隨不隨 變化，基本上維持恒定值，變化，基本上維持恒定值，即即 對(duì)對(duì) 呈飽和狀態(tài)。呈飽和狀態(tài)。DSVDIGSVDIDSVGSV 一定時(shí)，一定時(shí)， 的少量變化引起的少量變化引起 較大變化，即較大變化，即 受受 控制?？刂?。GSVDSVDIDI圖圖2. .2. .6 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性曲線(xiàn)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性曲線(xiàn)（3）擊穿區(qū)（圖中）擊穿區(qū)（圖中區(qū)）區(qū)）3. 跨導(dǎo)（跨導(dǎo)（gm） 當(dāng)當(dāng) 增至一定數(shù)值后，增至一定數(shù)值后， 劇增，出現(xiàn)電擊穿。如果對(duì)劇增，出現(xiàn)電擊穿。如果對(duì)此不加限制，將損壞管子。因此，管子不允許工作在這個(gè)此

7、不加限制，將損壞管子。因此，管子不允許工作在這個(gè)區(qū)域。區(qū)域。DSVDIGSVDIA/V反映在線(xiàn)性放大區(qū)反映在線(xiàn)性放大區(qū) 對(duì)對(duì) 的控制能力。單位是的控制能力。單位是 。 (2.2.1)GSDmVIg2.2.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管是一種柵極與源極、漏極之間有絕緣層絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管是一種柵極與源極、漏極之間有絕緣層的場(chǎng)效應(yīng)管，的場(chǎng)效應(yīng)管，簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)MOS管。管。分類(lèi)：分類(lèi)：有有P溝道和溝道和N溝道兩種類(lèi)型；每種類(lèi)型又分為增強(qiáng)溝道兩種類(lèi)型；每種類(lèi)型又分為增強(qiáng) 型和耗盡型兩種。型和耗盡型兩種。一、結(jié)構(gòu)和工作原理一、結(jié)構(gòu)和工作原理1.1. N N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管溝道增強(qiáng)型絕緣

8、柵場(chǎng)效應(yīng)管特點(diǎn)：特點(diǎn)：輸入電阻高，噪聲小。輸入電阻高，噪聲小。圖圖2. .2. .7 N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管 工作原理如圖工作原理如圖2.2.8所示：所示：0GSV （1）當(dāng) ，在漏、源極間加一正向電壓 時(shí)，漏源極之間的電流 。0DIDSVDSV0GSV （2）當(dāng) ，在絕緣層和襯底之間感應(yīng)出一個(gè)反型層，使漏極和源極之間產(chǎn)生導(dǎo)電溝道。在漏、源極間加一正向電壓 時(shí)，將產(chǎn)生電流ID 。TV開(kāi)啟電壓開(kāi)啟電壓 ：增強(qiáng)型：增強(qiáng)型MOS管開(kāi)始形成反型層的柵源電壓。管開(kāi)始形成反型層的柵源電壓。圖圖2. .2. .8 N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管工作原理溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管工作原理

9、 （3）在）在 時(shí)：時(shí)：0DSV若若 ，反型層消失，無(wú)導(dǎo)電溝道，反型層消失，無(wú)導(dǎo)電溝道， ；TGSVV0DI若若 逐漸增大，導(dǎo)電溝道變寬，逐漸增大，導(dǎo)電溝道變寬， 也隨之逐漸增大，也隨之逐漸增大，即即 控制控制 的變化。的變化。DIGSVDIGSV 若若 ，出現(xiàn)反型層即，出現(xiàn)反型層即(導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道)，D、S之間有之間有電流電流 流過(guò)；流過(guò)；TGSVVDI圖圖2. .2. .8 N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管工作原理溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管工作原理 夾斷電壓：夾斷電壓：使使ID=0時(shí)的柵源電壓。時(shí)的柵源電壓。 2. N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)及符號(hào)如圖結(jié)構(gòu)及符號(hào)如圖2

10、. .2. .9所示。所示。特點(diǎn)：特點(diǎn)：管子本身已形成導(dǎo)電溝道。管子本身已形成導(dǎo)電溝道。圖圖2. .2. .9 N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管0DSV工作原理：在工作原理：在 時(shí)，時(shí)，DI0GSV當(dāng)當(dāng) ，導(dǎo)電溝道有電流，導(dǎo)電溝道有電流 ；DI0GSV當(dāng)當(dāng) ，并逐漸增大時(shí)，導(dǎo)致溝道變寬，使，并逐漸增大時(shí)，導(dǎo)致溝道變寬，使 增大；增大；DIGSV0GSV 當(dāng)當(dāng) ，并逐漸增大此負(fù)電壓，導(dǎo)致溝道變窄，并逐漸增大此負(fù)電壓，導(dǎo)致溝道變窄，使使 。實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn) 對(duì)對(duì) 的控制作用。的控制作用。DIPV0DIGSV夾斷電壓夾斷電壓 ：使：使 時(shí)的柵源電壓時(shí)的柵源電壓 。 圖圖2. .2. .9

11、 N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管二、絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線(xiàn)和跨導(dǎo)二、絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線(xiàn)和跨導(dǎo)以以N溝道溝道MOS管為例。管為例。 1. 轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn) N溝道溝道MOS管的轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)如圖管的轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)如圖2.2.10所示。所示。增強(qiáng)型：當(dāng)增強(qiáng)型：當(dāng) 時(shí)，時(shí)， ；當(dāng)；當(dāng) 時(shí)，時(shí)， 。 0GSV0DITGSVV0DI 耗盡型：當(dāng)耗盡型：當(dāng) 時(shí)，時(shí)， ；當(dāng)；當(dāng) 為負(fù)電壓時(shí)為負(fù)電壓時(shí) 減??；當(dāng)減小；當(dāng) 時(shí)，時(shí)， 。 0GSV0DIGSVDIPGSVV0DI圖圖2.2.10 N溝道溝道MOS管轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)管轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)2. 輸出特性曲線(xiàn)輸出特性曲線(xiàn)3. 3. 跨

12、導(dǎo)跨導(dǎo)GSDmVIg可調(diào)電阻區(qū)可調(diào)電阻區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)擊擊穿區(qū)穿區(qū)三個(gè)區(qū)三個(gè)區(qū)其含義與結(jié)型管輸出特性其含義與結(jié)型管輸出特性曲線(xiàn)曲線(xiàn)三個(gè)區(qū)相同。三個(gè)區(qū)相同。三、絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的圖形符號(hào)三、絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的圖形符號(hào)注意注意N、P溝溝道的區(qū)別在道的區(qū)別在于圖中箭頭于圖中箭頭的指向相反。的指向相反。圖圖2.2.12 MOS管的圖形符號(hào)管的圖形符號(hào) 場(chǎng)效應(yīng)管輸入電阻很高，結(jié)型管一般在場(chǎng)效應(yīng)管輸入電阻很高，結(jié)型管一般在107以上；以上；絕緣柵管則更高，一般在絕緣柵管則更高，一般在109以上。以上。 2.2.3 場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)和特點(diǎn)場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)和特點(diǎn)一、主要參數(shù)一、主要參數(shù)1. 1. 直流參數(shù)直流參

13、數(shù) （1）開(kāi)啟電壓）開(kāi)啟電壓VT 在在VDS 為定值的條件下，增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管開(kāi)始導(dǎo)通（為定值的條件下，增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管開(kāi)始導(dǎo)通（ ID 達(dá)達(dá)到某一定值，如到某一定值，如10A）時(shí)，所需加）時(shí)，所需加VGS的值。的值。（2）夾斷電壓）夾斷電壓VP 在在VDS 為定值的條件下，耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管為定值的條件下，耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管ID減小到近于零減小到近于零時(shí)時(shí)VGS 的值。的值。 （3）飽和漏極電流）飽和漏極電流IDSS 0GSV 耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管工作在飽和區(qū)且耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管工作在飽和區(qū)且 時(shí)，所對(duì)應(yīng)的時(shí)，所對(duì)應(yīng)的漏極電流。漏極電流。 （4）直流輸入電阻）直流輸入電阻RGS 柵源電壓柵源電壓VGS與對(duì)應(yīng)的柵極

14、電流與對(duì)應(yīng)的柵極電流 IG 之比。之比。2. 交流參數(shù)交流參數(shù) （2）極間電容 場(chǎng)效應(yīng)管三個(gè)電極之間的等效電容CGS、CGD、CDS，一般為幾個(gè)皮法，結(jié)電容小的管子，高頻性能好。DSVDIGSV （1）跨導(dǎo)gm 一定時(shí)，漏極電流變化量 和引起這個(gè)變化的柵源電壓變化量 之比。它表示了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制能力。（2）漏極擊穿電壓）漏極擊穿電壓V(BR)DS 漏極電流漏極電流ID 開(kāi)始劇增時(shí)所加的漏源間的電壓。開(kāi)始劇增時(shí)所加的漏源間的電壓。3. 極限參數(shù)極限參數(shù)（1）漏極最大允許耗散功率）漏極最大允許耗散功率PDM ID與與VDS 的乘積不應(yīng)超過(guò)的極限值。的乘積不應(yīng)超過(guò)的極限值。二、場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)二、場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn) 表表2.2.1 場(chǎng)效應(yīng)管與普通三極管比較表場(chǎng)效應(yīng)管與普通三極管比較表項(xiàng)目項(xiàng)目器件