场效应管的结构、特性与参数.docx

场效应管的结构、特性与参数一、绝缘栅场效应管(IGFET)1.增强型 NMOS 管B1 丐丨饨在 N 型衬底上扩散上 2 个 P 区， P 型表面加 SiO2 绝缘层，在二个 P 区加铝线引出电极PMOS与NMOS管的工作原理完全相同，只是电流和电压方向不同3.增强型 NMOS 管的工作原理正常工作时外加电源电压的配置：(1)VGS=0, VDS=0：漏源间是两个背靠背串联的PN结，所以d-s间不可能有电流 流过，即iD~0ng（2）当VGS>0, VDS=0时：d-s之间便开始形成导电沟道开始形成导电沟道所需 的最小电压称为开启电压VGS（th）（习惯上常表示为VT）沟道形成过程作如下解释：此时,在栅极与衬底之间产生一个垂直电场（方向为 由栅极指向衬底），它使漏-源之间的P型硅表面感应出电子层（反型层）使两个N 区沟通，形成N型导电沟道如果，此时再加上VDS电压，将会产生漏极电流iD 当VGS = 0时没有导电沟道，而当VGS增强到〉V时才形成沟道，所以称为增强型 MOS管并且VGS越大，感应电子层越厚，导电沟道越厚，等效沟道电阻越小， iD 越大⑶当vgs>vt，Vds>0后，漏-源电压VDS产生横向电场：由于沟道电阻的存在， iD沿沟道方向所产生的电压降使沟道上的电场产生不均匀分布。

近s端电压差较 高，为VGS；近d端电压差较低，为VGD=VGS-VDS，所以沟道的形状呈楔形分布1）当VDS较小时：VDS对导电沟道的影响不大，沟道主要受VGS控制，所以VGS为 定值时，沟道电阻保持不变，iD随VDS增加而线性增加此时，栅漏间的电压大 于开启电压，沟道尚未夹断，*更二忌忌弋忌-耳2）当VDS增加到VgS-VdS=Vt时（即VDS=VGS-VT）:栅漏电压为开启电压时，漏极端 的感应层消失，沟道被夹断，称为“预夹断”3)当VDS再增加时(即Vds>Vgs-Vt或Vgd=Vgs-VDs忌-耳伏安特性与电流方程： (1)增强型NMOS管的转移特性：在一定Vds下，栅-源电压Vgs与漏极电流iD之 间的关系：IDO是Vgs=2Vt时的漏极电流2) 输出特性(漏极特性)表示漏极电流iD漏-源电压Vds之间的关系:Sb 小I* 1丿佢 ■tl 1=1 LIXI Wt A; IX4 5.5 V5.0 V200与三极管的特性相似，也可分为 3 个区：可变电阻区，放大区（恒流区、饱和区）， 截止区（夹断区）。

可变电阻区管子导通，但沟道尚未预夹断，即满足的条件为： 沧畑■=沧-怙 ＞耳在可变电阻区iD仅受VGS的控制，而且随VDS增大- k -conn而线性增大可模拟为受VGS控制的压控电阻Rds, 5 放大区（沟道被预夹断后）又称恒流区、饱和区条件是:%＞卩「忸八圏7烫至耳 特征是iD主要受VGS控制，与VDS几乎无关，表现为较好的恒流特性夹断区又 称截止区，管子没有导电沟道（vGSvvT）时的状态，5"4.耗尽型 NMOs 管在制造过程中，人为地在栅极下方的Sj02绝缘层中埋入了大量的K （钾）或Na （钠） 等正离子；VGS=0，靠正离子作用，使P型衬底表面感应出N型反型层，将两个 N区连通，形成原始的N型导电沟道；VDS —定，夕卜加正栅压（VGS＞0），导电沟道 变厚，沟道等效电阻下降，漏极电流iD增大；外加负栅压VGSV0）时，沟道变薄， 沟道电阻增大，iD减小；vgs负到某一定值VGS（off）（常以VP表示，称为夹断电压）， 导电沟道消失，整个沟道被夹断，iD~0,管子截止耗尽型 NMOS 的伏安特性：/['AJMOS"8*IDss为饱和漏极电流，是VGS=0时耗尽型MOS 管的漏极电流。

二、结型场效应管(JFET)结构与符号在N区两侧扩散两个P+区，形成两个PN结两个P+区相连，引出栅极go N 体的上下两端分别引出漏极d和源极s导电原理：（1） VGS = O时，N型棒体导电沟道最宽（N型区）有了 VDS后，沟道中的电流最大2） VgsV0时，耗尽层加宽（主要向沟道一测加宽），并向沟道中间延伸，沟道变 窄当vgsvvp（称为夹断电压）时，二个耗尽层增大到相遇，沟道消失，这时称沟道 夹断，沟道中的载流子被耗尽若有VDS电压时，沟道电流也为零所以属于耗 尽型FET，原理和特性与耗尽型MOSFET相似所不同的是JFET正常工作时，两 个PN结必须反偏，如对N沟道JFET，要求VGSWO加上负VGS电压和VDS电压以后，VGD的负压比VGS大，所以，二个反偏PN结的空 间电荷区变得上宽下窄，使沟道形成楔形/?88JFET通过VGS改变半导体内耗尽层厚度（沟道的截面积）控制iD,称为体内场效应 器件；MOSFET主要通过改变衬底表层沟道的厚度来控制iD,称为表面场效应器 件JFET的伏安特性（以N沟道JFET为例）：伏安特性曲线和电流方程与耗尽型 MOSFET相似但VGS必定要反向偏置。

三、场效应管的主要参数1. 直流参数开启电压VT：增强型管的参数；夹断电压Vp：耗尽型管的参数；饱和漏极电流 IDSS：指耗尽型管在VGS=0时的漏极电流；输入电阻Rgs（dc）:因iG=0,所以输入 电阻很大JFET大于107Q，MOS管大于1012Q2. 交流参数g（譽沁低频跨导（互导）gm: ，跨导gm反映了栅源电压对漏极电流的控制能力，且与工作点有关，是转移特性曲线上过Q点切线的斜率8山的单位是mS；交流输出电阻rds: ' ，rds反映了漏源电压对漏极电流的影响程度，在恒流区内，是输出特性曲线上过Q点的切线斜率的倒数其值一般为 若几十 kQ 3. 极限参数最大漏-源电压V（br）ds :漏极附近发生雪崩击穿时的VDS；最大栅-源电压V（BR）Gs : 栅极与源极间PN结的反向击穿电压；最大耗散功率PDM：同三极管的PCM相似， 当超过PDM时，管子可能烧坏。