1、場效應(yīng)管基本知識(shí)模擬電子技術(shù) 場效應(yīng)管基本知識(shí)場效應(yīng)管利用輸入回路的電場效應(yīng)（電壓）來控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件。主要特點(diǎn)： 輸入電阻高（1071012歐姆） 僅靠多數(shù)載流子導(dǎo)電，即單極型晶體管。優(yōu)點(diǎn)： 具備雙極型晶體管體積小、重量輕、壽命長等優(yōu)點(diǎn) 輸入內(nèi)阻高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、制作工藝簡單1.1 絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管（MetalOxideSemiconductor） ，簡稱為MOSFET。其輸入電阻很高，可達(dá)1015以上。絕緣柵場效應(yīng)管增強(qiáng)型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道（1）結(jié)構(gòu)和符號(hào)1.N溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管 箭頭方向是表示由P（襯底）指向N（溝道）

2、，符號(hào)中的斷線表示當(dāng)UGS=0 時(shí)，導(dǎo)電溝道不存在。（2）工作原理柵源電壓UGS的控制作用 無柵壓時(shí)：當(dāng)UGS=0時(shí)，漏源之間相當(dāng)兩個(gè)背靠背的二極管，因此，即使在D、S之間加上電壓, 在D、S間也不可能形成電流，即管子截止。 加正的柵壓時(shí)（當(dāng)UGS0時(shí)），柵源電壓UGS對(duì)導(dǎo)電溝道有控制作用： 當(dāng)UGS0V時(shí)縱向電場將靠近柵極下方的空穴向下排斥耗盡層。 再增加UGS縱向電場將P區(qū)少子電子聚集到P區(qū)表面形成導(dǎo)電溝道，如果此時(shí)加有漏源電壓，就可以形成漏極電流id。 定義： 開啟電壓（ UGS(th)）剛剛產(chǎn)生溝道所需的柵源電壓UGS。 N溝道增強(qiáng)型MOS管的基本特性： UGS UGS(th) ，管子

3、截止， UGS UGS(th) ，管子導(dǎo)通。 UGS 越大，溝道越寬，在相同的漏源電壓UDS作用下，漏極電流iD越大。漏源電壓UDS對(duì)溝道導(dǎo)電能力的影響當(dāng)UGS UGS（th）且固定為某值的情況下（1） UDS iD ； 同時(shí)溝道靠漏區(qū)變窄,溝道呈錐形分布.（2）當(dāng)UDS增加到使UGD= UGS(th)時(shí)，溝道靠漏區(qū)夾斷，稱為預(yù)夾斷。（3） UDS再增加，預(yù)夾斷區(qū)加長， UDS增加的部分基本降落在隨之加長的夾斷溝道上， iD基本不變。（3）特性曲線輸出特性曲線（a）夾斷區(qū)（截止區(qū)）（b）可變電阻區(qū)（預(yù)夾斷前） （c）恒流區(qū)也稱飽和區(qū)（預(yù)夾 斷后）（d）擊穿區(qū)轉(zhuǎn)移特性曲線 轉(zhuǎn)移特性能更好的體現(xiàn)柵

4、極電壓對(duì)漏極電流的控制作用。 研究表明， iD與UGS的近似關(guān)系為： 【例3.1】電路和場效應(yīng)管的傳輸特性如圖1.6所示，試分析uI為0V、8V和10V時(shí)，uO分別為多少？解(1)uGSuI0V，管子處于夾斷狀態(tài)，iD0，uOuDSVDDiDRD=15V。(2)uGSuI8V,管子處于恒流區(qū)狀態(tài)， iD1mA， uOuDSVDDiDRD=10V；可以看到（ uGS ， uDS ）（8，10）仍在恒流區(qū) 。（需要反向復(fù)核，即恒流和可變電阻區(qū)是由uGS和 uDS共同確定，需先假設(shè)一種狀態(tài)，再驗(yàn)證）(3)uGSuI10V,假設(shè)工作在恒流區(qū)， iD2.2mA 。則uOuDSVDDiDRD=4V .而

5、uGS10V時(shí)的預(yù)夾斷電壓uDS uGSUGS(off)=10-4=6V， （ uGS ， uDS ）（10，6）說明應(yīng)在可變電阻區(qū)。則RdsuDS/iD=3/(110-3)=3000（1）結(jié)構(gòu)和符號(hào) 耗盡型MOS場效應(yīng)管與增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)基本相同。區(qū)別在于，耗盡型MOS管在SiO2絕緣層中摻有大量正離子。因此，在uGS0時(shí)，這些正離子已經(jīng)感應(yīng)出反型層，有了導(dǎo)電溝道。這種無外加電壓時(shí)已有導(dǎo)電溝道的場效應(yīng)管稱為耗盡型場效應(yīng)管。2.N溝道耗盡型MOS場效管（2）工作原理 當(dāng)uGS為負(fù)值，抵消掉部分正離子的影響，溝道變窄，在相同的uDS作用下，iD減小。之所以稱為耗盡型,是因?yàn)楫?dāng)uGS為負(fù)

6、,將使溝道中感應(yīng)電荷減少(即耗盡的意思)。隨著uGS的減小， iD逐漸減小，直至iD =0。此時(shí)的uGS值稱為夾斷電壓 UGS（off）。 當(dāng)uGS為正值，溝道變寬，在相同的uDS作用下，iD增加。所以耗盡型MOS管可以在負(fù)柵壓、零柵壓和正柵壓下工作。 結(jié)論：柵極電壓對(duì)導(dǎo)電溝道有控制作用。同樣，電壓uGS固定時(shí)，電壓uDS對(duì)導(dǎo)電溝道的影響類似增強(qiáng)型MOS管。 （3）特性曲線研究表明，uGS與iD的近似關(guān)系為：3.P溝道MOS場效應(yīng)管 左圖為P溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管的符號(hào)。 由于和N溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管是對(duì)偶結(jié)構(gòu)，所以使用時(shí)所加?xùn)旁措妷旱臉O性與N溝道增強(qiáng)型MOS管相反，同時(shí)漏極電流的參考方

7、向仍選取流入漏極，所以漏極電流為負(fù)。除此之外，這兩者特性均相同。P溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管的特性曲線 P溝道耗盡型MOS場效管的符號(hào)及特性曲線 1.2 結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）1結(jié)構(gòu)和符號(hào) N型導(dǎo)電溝道 2工作原理uGS= 0V時(shí)，溝道最寬，溝道電阻最小 。 uGSuGS uGS(off)且為某個(gè)固定值時(shí)，在源極與漏極之間存在導(dǎo)電溝道。當(dāng)有uDS電壓，就會(huì)有溝道電流。當(dāng)uDS電壓為某個(gè)固定值時(shí)，改變uGS的大小，可以控制iD的大小。 uGS反壓增加，耗盡層變寬，溝道變窄，則iD減少，反之則耗盡層變窄，溝道變寬，則iD增加。因此，柵極電壓uGS對(duì)溝道電流iD的控制作用類似MOS管。當(dāng)柵源之間的電

8、壓為滿足0 uGS uGS（off）的某個(gè)固定值時(shí)，有uDS電壓就產(chǎn)生溝道電流iD 。此時(shí)在uDS電壓的作用下，耗盡層是上寬下窄，導(dǎo)電溝道呈現(xiàn)為倒楔形 。 當(dāng)uDS增加到使uDS = uGS - uDS = uGS（off）時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷點(diǎn)。 當(dāng)uDS繼續(xù)增加時(shí)，預(yù)夾斷點(diǎn)向源極方向伸長為預(yù)夾斷區(qū)。此時(shí)溝道電流iD基本維持不變。即漏源電壓uDS對(duì)iD的影響和MOSFET類似。JFET也有四個(gè)工作區(qū) 夾斷區(qū)（截止區(qū)） 可變電阻區(qū)（預(yù)夾斷前） 恒流區(qū)也稱飽和區(qū)（預(yù)夾斷后） 擊穿區(qū) 3特性曲線（1）輸出特性曲線 N溝道JFET輸出特性曲線（2）轉(zhuǎn)移特性在恒流區(qū)，JFET的轉(zhuǎn)移特性方程與耗盡

9、型MOSFET相似，仍可近似表示為： 上式必須滿足條件0 uGS uGS（off） 。IDSS為uGS = 0時(shí)的飽和漏極電流。4. P溝道結(jié)型場效應(yīng)管P溝道結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和N溝道結(jié)型場效應(yīng)管對(duì)稱。由于和N溝道結(jié)型場效應(yīng)管是對(duì)偶結(jié)構(gòu)，所以輸出特性曲線除了電壓和電流極性不同，其它均相同。相同的道理，轉(zhuǎn)移特性曲線也類似，只是相對(duì)縱軸對(duì)稱。 P溝道結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線 【例3.2】場效應(yīng)管的夾斷電壓UGS(off)=-4V，飽和漏極電流IDSS4mA。試問：為保證負(fù)載電阻RL上的電流為恒流， RL的取值范圍應(yīng)為多少？解：UGS0，因而iDIDSS4mA，則預(yù)夾斷點(diǎn)（即恒流區(qū)最小的uDS ）uDSuGSUGS(off) =0(4)4VuDS VDDuo =VDDiDR L，UomaxVDD48V，輸出電壓范圍為08V，則RLuo/IDSS=02 K1.3各種場效應(yīng)管特性比較1、MOS管與JFET的電流控制原理不同。JFET利用耗盡層的寬度改變導(dǎo)電溝道的寬度來控制溝道電流，MOSFET則是利用