模電第一章半導(dǎo)體基礎(chǔ)(場(chǎng)效應(yīng)管)

共發(fā)射極接法電路復(fù)習(xí)：晶體管的特性曲線1、輸入特性曲線UCE1ViB(

A)uBE(V)204060800.40.8工作壓降：硅管UBE0.6~0.8V,鍺管UBE0.1~0.3V。UCE=0VUCE=0.5V

死區(qū)電壓，硅管0.5V，鍺管0.2V。iB=f(uBE)∣UCE=常數(shù)

輸出特性曲線可以分為三個(gè)區(qū)域:飽和區(qū)——iC受uCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)uCE的數(shù)值較小，一般uCE＜0.7

V(硅管)。此時(shí)

發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或0偏。截止區(qū)——iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)IB=0的曲線的下方。此時(shí)，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。放大區(qū)——iC平行于uCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，電壓大于0.7

V左右(硅管)。1.4場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管的比較

1.定義

是利用電場(chǎng)效應(yīng)來控制輸出電流的半導(dǎo)體器件。因僅一種載流子參與導(dǎo)電，又稱單極型晶體管。2.分類從參與導(dǎo)電的載流子來劃分，有N溝道器件和P溝道器件。

從場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)來劃分，有結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管。

概述場(chǎng)效應(yīng)管分類N溝道P溝道增強(qiáng)型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道（耗盡型）FET場(chǎng)效應(yīng)管JFET結(jié)型MOSFET絕緣柵型(IGFET)3.特點(diǎn)輸入電阻大（107~1012歐姆），故控制電流小。受溫度、輻射等的影響小。噪聲小、能耗低。便于集成。抗靜電能力差。一、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管1.結(jié)構(gòu)及符號(hào)源極（souce）漏極（drain）柵極（gate）N型半導(dǎo)體高摻雜P區(qū)高摻雜P區(qū)1.結(jié)構(gòu)及符號(hào)1.結(jié)構(gòu)及符號(hào)(A1-11)2.工作原理(N溝道）耗盡層很窄溝道很寬⑴uGS=0，uDS=0時(shí)2.工作原理⑵uGS＜0，uDS=0時(shí)耗盡層加寬溝道變窄溝道電阻增大PN結(jié)反偏uGS增加2.工作原理⑵uGS＜0，uDS=0時(shí)uGS增加到UGS（off）時(shí)耗盡層相交溝道消失溝道電阻∞稱溝道夾斷UGS（off）為夾斷電壓2.工作原理⑵uGS＜0，uDS=0時(shí)2.工作原理⑶uGS不變，uDS＞0時(shí)uGS恒定時(shí)溝道有電流iD流過使溝道不等寬uDS＞02.工作原理⑶uGS=C，uDS＞0時(shí)uGS恒定時(shí)uDS增大時(shí)使溝道不等寬明顯uDG增大到∣UGS（off）∣時(shí)溝道予夾斷2.工作原理⑶uGS=C，uDS＞0時(shí)iD基本不變，為IDSS稱飽和漏極電流隨uDS增大夾斷區(qū)加長(zhǎng)溝道電阻變大2.工作原理⑶uGS=C，uDS＞0時(shí)2.工作原理⑷uGS＜0，uDS＞0時(shí)uDS＞0變化uGS＜0變化實(shí)現(xiàn)電壓對(duì)電流的控制gm=△id/△uGS低頻跨導(dǎo)工作原理演示（A1-12)結(jié)論由上分析可知當(dāng)uDS增加到使uGD=uGS-uDS＞uGS(off)

，即uDS

＜uGS-

uGS(off)時(shí)，D-S間呈電阻性。當(dāng)uDS=uGS-

uGS(off)時(shí)，予夾斷。當(dāng)uDS

＞uGS-

uGS(off)時(shí)，iD恒定。

漏極輸出特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線

3.特性曲線iD=f(uDS)

uGS=constiD=f(uGS)

uDS=const予夾斷軌跡uDS=uGS-UGS(off)夾斷區(qū)電流方程恒流區(qū)內(nèi)電流方程為：二、絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管

絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管

(MOS

管）分為

增強(qiáng)型

N溝道、P溝道

耗盡型

N溝道、P溝道uGS=0時(shí)無導(dǎo)電溝道存在uGS=0時(shí)有導(dǎo)電溝道存在

1.N溝道增強(qiáng)型MOS管①結(jié)構(gòu)與符號(hào)

②工作原理uGS=0時(shí)無導(dǎo)電溝道存在漏源之間加電壓也無電流有PN結(jié)形成②工作原理uGS＞0時(shí)柵極下感應(yīng)正電荷P區(qū)中的空穴被推向襯底空間電荷區(qū)產(chǎn)生②工作原理uGS增大時(shí)耗盡層加寬P區(qū)中的電子向上運(yùn)動(dòng)N型溝道（反型層）產(chǎn)生此時(shí)的uGS=UGS（th）開啟電壓②工作原理uDS大于零，有電流流過溝道溝道不等寬②工作原理uDS增大，溝道予夾斷轉(zhuǎn)移特性曲線的斜率gm的大小反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用。gm

的量綱為mA/V，所以gm也稱為跨導(dǎo)?？鐚?dǎo)的定義式如下

gm=

iD/

uGS

uDS=const(單位mS)

iD=f(uGS)

uDS=const③特性曲線和電流方程

轉(zhuǎn)移特性曲線UGS（th）2UGS（th）漏極輸出特性曲線iD=f(uDS)

uGS=const2UGS(th)UGS(th)電流方程為：

2.N溝道耗盡型MOS管在柵極下方的SiO2絕緣層中摻入了大量的金屬正離子。所以當(dāng)UGS=0時(shí)，這些正離子已經(jīng)在感應(yīng)出反型層，在漏源之間形成了溝道。于是只要有漏源電壓，就有漏極電流存在。結(jié)構(gòu)示意圖

2.N溝道耗盡型MOS管各類場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管N溝道增強(qiáng)型P溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管

N溝道耗盡型P溝道耗盡型結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管

N溝道P溝道

三、場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)和型號(hào)①開啟電壓uGS(th)(或VT)

是MOS增強(qiáng)型管的參數(shù)，柵源電壓小于開啟電壓的絕對(duì)值,場(chǎng)效應(yīng)管不能導(dǎo)通。

②夾斷電壓uGS(off)(或VP)

夾斷電壓是耗盡型FET的參數(shù)，當(dāng)uGS=uGS(off)時(shí),漏極電流為零。③飽和漏極電流IDSS

耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管,當(dāng)uGS=0時(shí)所對(duì)應(yīng)的漏極電流。

④輸入電阻RGS

場(chǎng)效應(yīng)三極管的柵源輸入電阻的典型值，對(duì)于結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管，反偏時(shí)RGS約大于107Ω，對(duì)于絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)三極管,RGS約是109～1015Ω。

⑤低頻跨導(dǎo)gm

低頻跨導(dǎo)反映了柵壓對(duì)漏極電流的控制作用，gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求取，單位是mS(毫西門子)。⑥最大漏極功耗PDM

最大漏極功耗可由PDM=

uDS

iD決定，與雙極型三極管的PCM相當(dāng)。輸入電阻上（從信號(hào)源取電流）導(dǎo)電機(jī)理噪聲系數(shù)極的互換集成四、晶體管與場(chǎng)效應(yīng)管的比較場(chǎng)效應(yīng)管的漏極d、柵極g和源極s分別對(duì)應(yīng)晶體管的集電極c、基極b和發(fā)射極e，其作用類似。場(chǎng)效應(yīng)管以柵-源電壓控制漏極電流，是電壓控制型器件，且只有多子參與導(dǎo)電，是單極性晶體管；三極管以基極電流控制集電極電流，是電流控制型器件，晶體管內(nèi)既有多子又有少子參與導(dǎo)電，是雙極性晶體管。場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻遠(yuǎn)大于晶體管的輸入電阻，其溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、噪聲系數(shù)小。場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和源極可以互換，而互換后特性變化不大；晶體管的集電極和發(fā)射極互換后特性相差很大，只有在特殊情況下才互換使用。但要注意的是，場(chǎng)效應(yīng)管的某些產(chǎn)品在出廠時(shí)，已將襯底和源極連接在一起，此時(shí)，漏極和源極不可以互換使用。四、晶體管與場(chǎng)效應(yīng)管的比較例題1：已知某管子的輸出特性曲線如圖所示，分析該管的類型。解：由電流、電壓的方向知，該管為N溝道；開啟電壓為4V大于0，則為增強(qiáng)型。為N溝道增強(qiáng)型MOS管例題2：電路如圖所示，其中管子T的輸出特性曲線如圖。試分析uI為0、8V和10V三種情況下u0分別為多少伏。解：當(dāng)uGS=uI=0時(shí)，管子處于夾斷狀態(tài)，因而iD=0。所以u(píng)0=uDS=VDD-iDRD=15V。當(dāng)uGS=uI=8V時(shí)，從輸出特性曲線可知，管子工作在恒流區(qū)時(shí)的iD=1mA，所以

u0=uDS=VDD-iDRD=10V當(dāng)uGS=uI=10V時(shí)，從輸出特性曲線可知，管子工作在恒流區(qū)時(shí)的iD=2.2mA，所以

u0=uDS=VDD-i