各种场效应管原理和特性曲线讲解
36页1、第三章 场效应管,主要内容,3.0 概述,3.1 场效应管的工作原理,3.2 场效应管特性曲线,3.3 场效应管的使用注意事项,3.4 场效应管的等效电路,3.5 场效应管电路的分析方法,第三章 场效应管,3.0 概 述,场效应管是一种利用电场效应来控制电流的半导体器件,也是一种具有正向受控作用的半导体器件。它体积小、工艺简单,器件特性便于控制,是目前制造大规模集成电路的主要有源器件。,场效应管与三极管主要区别:,场效应管输入电阻远大于三极管输入电阻。,场效应管是单极型器件(三极管是双极型器件)。,场效应管受温度的影响小(只有多子漂移运动形成电流),一、场效应管的种类,第三章 场效应管,按结构不同分为,沟道:指载流子流通的渠道、路径。N沟道是指以N型材料构成的区域作为载流子流通的路径;P沟道指以P型材料构成的区域作为载流子流通的路径。,第三章 场效应管,二、场效应管的结构示意图及其电路符号,JFET结构示意图及电路符号,返回,耗尽型场管的结构示意图及其电路符号,第三章 场效应管,DMOS管结构,返回,第三章 场效应管,增强型场管的结构示意图及其电路符号,返回,场效应管的电路符号,第三章
2、 场效应管,MOS场效应管MOSFET,结型场效应管JFET,返回,总结,总结:,第三章 场效应管,场效应管的电路符号可知:无论是JFET或是MOSFET,它都有三个电极:栅极G、源极S、漏极D。它们与三极管的三个电极一一对应(其实它们之间的对应关系除了电极有对应关系外,由它们构成的电路的特性也有对应关系,这些我们在第四再给大家讲) : G-B S-E D-C N沟道管子箭头是指向沟道的,而P沟道管子的箭头是背离沟道的。,返回,3.1 场效应管的工作原理,第三章 场效应管,JFET与MOSFET工作原理相似,它们都是利用电场效应来控制电流,即都是利用改变栅源电压vGS,来改变导电沟道的宽度和高度,从而改变沟道电阻,最终达到对漏极电流iD 的控制作用。不同之处仅在于导电沟道形成的原理不同。(下面我们以N沟道JFET、N沟道增强型为例进行分析),返回,第三章 场效应管,3.1.1 JFET管工作原理,N沟道JFET管外部工作条件,VDS 0 (保证栅漏PN结反偏),VGS 0 (保证栅源PN结反偏),PN结反偏才能有效控制导电沟道的宽度和高度,从而才能有效控制电流。,VGS对沟道宽度的影响
3、,VDS对沟道宽度的影响,返回,第三章 场效应管,VGS对沟道宽度的影响,若VDS=0,返回,第三章 场效应管,VDS对沟道的控制(假设VGS 一定),VDS很小时 VGD VGS,由图 VGD = VGS - VDS,因此 VDSID线性 ,若VDS 则VGD 近漏端沟道 Ron增大。,此时 Ron ID 变慢,此时W近似不变,即Ron不变,VDS对沟道宽度的影响,第三章 场效应管,当VDS增加到使VGD =VGS(off)时 A点出现预夹断,若VDS 继续A点下移出现夹断区,此时 VAS =VAG +VGS =-VGS(off) +VGS (恒定), VDS 的增加主要加在D、A之间形成很强的电场,由S向D行进的多子越过耗尽区到达漏极形成电流,若忽略沟道长度调制效应,则近似认为l 不变(即Ron不变)。,因此预夹断后:,VDS ID 基本维持不变。,返回,第三章 场效应管,N沟道EMOS管工作原理,N沟道EMOS管外部工作条件,VDS 0 (保证栅漏PN结反偏)。,U接电路最低电位或与S极相连(保证源衬PN结反偏)。,VGS 0 (形成导电沟道),增强型管子沟道形成原理,第三章 场
4、效应管,3.1.2 N沟道EMOSFET沟道形成原理,假设VDS =0,讨论VGS作用,VGS越大,反型层中n 越多,导电能力越强。,返回,第三章 场效应管,3.2 场效应管的伏安特性曲线(以NEMOSFET为例),由于场效应管的栅极电流为零,故不讨论输入特性曲线。,共源组态特性曲线:,转移特性与输出特性反映场效应管同一物理过程,它们之间可以相互转换。,NDMOSFET的特性曲线,NJFET的特性曲线,输出特性曲线可划分四个区域:,ID只受UGS控制,而与UDS近似无关,表现出类似三极管 的正向受控作用。,非饱和区(又称可变电阻区),特点:,ID同时受UGS与UDS的控制。,NEMOS管输出特性曲线,非饱和区、饱和区、截止区、击穿区。,饱和区(又称恒流区),特点:,VGS(th)开启电压,开始有ID时对应的VGS值,截止区(ID =0以下的区域),击穿区,IG0,ID0,第一章 半导体器件,返回,第三章 场效应管,非饱和区,特点:,ID同时受VGS与VDS的控制。,当VGS为常数时,VDSID近似线性,表现为一种电阻特性;,当VDS为常数时,VGS ID ,表现出一种压控电阻的特性。,
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