电子技术基础第七章场效应管.ppt

第七章场效应管第七章场效应管1 1概述概述2 2场效应管的工作原理场效应管的工作原理3 3场效应管的检测场效应管的检测场效应管场效应管 7.1 7.1 概述概述•场效应晶体管场效应晶体管（（Field Effect TransistorField Effect Transistor缩写缩写(FET)(FET)）简称）简称场效应管场效应管•FETFET仅是由多数载流子参与导电仅是由多数载流子参与导电, ,它与双极型相反它与双极型相反, ,也称为也称为单单极极型晶体管型晶体管•它属于它属于电压控制型电压控制型半导体器件，具有输入电阻高、噪声小、半导体器件，具有输入电阻高、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者强大竞争者 CEP35P03  CEB05N65 2N2102 IRF150  CEM8311 CED6426 场效应管与晶体管的优缺点场效应管与晶体管的优缺点•晶体三极管晶体三极管(BJT)的弱点：的弱点：•1、、 晶体管为晶体管为电流电流控制器件，需要信号源提供一定的电控制器件，需要信号源提供一定的电流，因此流，因此输入电阻低。

输入电阻低2、因为有少子参与导电，受温度、辐射等因素影响大，、因为有少子参与导电，受温度、辐射等因素影响大，噪声大场效应管（场效应管（FETFET）的优点）的优点1 1、、场效应管为电压控制器件，基本不需要输入电流、场效应管为电压控制器件，基本不需要输入电流、 因此因此输入电阻高输入电阻高 ( (结构上能保证结构上能保证) ) 2 2、场效应管只有多子参与导电、稳定性好，噪声低；、场效应管只有多子参与导电、稳定性好，噪声低；3 3、场效应管比晶体管种类多，漏极、源极可以互换，、场效应管比晶体管种类多，漏极、源极可以互换， 灵活性高；灵活性高；4 4、集成电路工艺简单集成电路工艺简单场效应管的分类场效应管的分类N沟道沟道P沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)场效应管的结构场效应管的结构N基底基底 ：：N型半导体型半导体PP两边是两边是P区区G(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极导电沟道导电沟道结构结构NPPG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极N沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSDGSPNNG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极P沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSDGSPGSDUDSUGSNNNNPN结反偏，结反偏，UGS越大则耗尽越大则耗尽区越宽，导电区越宽，导电沟道越窄。

沟道越窄UDS较小时较小时场效应管的工作原理场效应管的工作原理UDS较小时较小时PGSDUDSUGSNNNN但当但当UGS较小时，耗较小时，耗尽区宽度有限，存在尽区宽度有限，存在导电沟道导电沟道DS间相间相当于线性电阻当于线性电阻UGS越大耗尽区越越大耗尽区越宽，沟道越窄，宽，沟道越窄，电阻越大电阻越大PGSDUDSUGSNNUDS较小时较小时UGS达到一定值时达到一定值时（（夹断电压夹断电压VP））,耗尽区碰到一起，耗尽区碰到一起，DS间被夹断，漏极间被夹断，漏极电流是电流是ID=0PGSDUDSUGSUGS

加，呈恒流特性UGS0IDIDSSVP饱和漏极电流饱和漏极电流夹断电压夹断电压转移特性曲线转移特性曲线一定一定UDS下的下的ID-UGS曲线曲线场效应管的特性曲线场效应管的特性曲线予夹断曲线予夹断曲线IDU DS2VUGS=0V1V3V4V5V可变电阻区可变电阻区夹断区夹断区恒流区恒流区输出特性曲线输出特性曲线0N沟道沟道结型场效应管的特性曲线结型场效应管的特性曲线转移特性曲线转移特性曲线UGS0IDIDSSVP输出特性曲线输出特性曲线IDU DS0UGS=0V-1V-3V-4V-5VN沟道沟道结型场效应管的特性曲线结型场效应管的特性曲线-2v 结型场效应管的缺点：结型场效应管的缺点：1. 1. 栅源极间的电阻虽然可达栅源极间的电阻虽然可达10107 7以上，但在某些以上，但在某些场合仍嫌不够高场合仍嫌不够高3. 3. 栅源极间的栅源极间的PNPN结加正向电压时，将出现较大的结加正向电压时，将出现较大的栅极电流栅极电流绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题2. 2. 在高温下，在高温下，PNPN结的反向电流增大，栅源极间的结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。

电阻会显著下降金属金属- -氧化物氧化物- -半导体场效应管半导体场效应管 MOSFET （（1 1）结构和电路符号）结构和电路符号PNNGSDP型基底型基底两个两个N区区SiO2绝缘层绝缘层Metal-Oxide-Simiconductor Field Effect TransistorPNNGSD金属铝金属铝导电沟道导电沟道GSDN沟道增强型沟道增强型N沟道耗尽型沟道耗尽型PNNGSD予埋了导予埋了导电沟道电沟道 GSDNPPGSDGSDP沟道增强型沟道增强型P沟道耗尽型沟道耗尽型NPPGSDGSD予埋了导予埋了导电沟道电沟道 （（2））MOS管的工作原理管的工作原理以以N沟道增强型为例沟道增强型为例PNNGSDUDSUGSPNNGSDUDSUGSUGS=0时时D-S间相当间相当于两个反接于两个反接的的PN结结ID=0对应截止区对应截止区PNNGSDUDSUGSUGS>0时时UGS足够大时足够大时（（UGS>VT））感应出足够多感应出足够多电子，这里以电子，这里以电子导电为主电子导电为主出现出现N型的导型的导电沟道。

电沟道感应出电子感应出电子VT称为阈值电压称为阈值电压PNNGSDUDSUGSUGS较小时，较小时，导电沟道相当导电沟道相当于电阻将于电阻将D-S连接起来，连接起来，UGS越大此电阻越大此电阻越小PNNGSDUDSUGS当当UDS不太大不太大时，导电沟道时，导电沟道在两个在两个N区间区间是均匀的是均匀的当当UDS较较大时，靠大时，靠近近D区的区的导电沟道导电沟道变窄PNNGSDUDSUGSUDS增加，增加，UGD=VT时，靠时，靠近近D端的沟道端的沟道被夹断，称为被夹断，称为予夹断夹断后夹断后ID呈呈恒流特性恒流特性ID4321051015UGS =5V6V4V3V2VID /mAUDS =10V增强型增强型 MOS 管的特性曲线管的特性曲线 0123饱和区饱和区击击穿穿区区可可变变电电阻阻区区246UGS / VUGs(th)输出特性输出特性转移特性转移特性 UDS / VID /mA 可变电阻区：可变电阻区：UGS不变，不变，ID与与UDS成正比，漏成正比，漏源之间相当于一个可变电阻源之间相当于一个可变电阻4321051015UGS =5V6V4V3V2VID /mAUDS =10V增强型增强型 NMOS 管的特性曲线管的特性曲线 0123饱和区饱和区击击穿穿区区可可变变电电阻阻区区246UGS / V3. 特性曲线特性曲线UGs(th)输出特性输出特性转移特性转移特性 UDS / VID /mA4321051015UGS =5V6V4V3V2VID /mAUDS =10V增强型增强型 NMOS 管的特性曲线管的特性曲线 0123饱和区饱和区击击穿穿区区可可变变电电阻阻区区246UGS / V3. 特性曲线特性曲线UGs(th)输出特性输出特性转移特性转移特性 UDS / VID /mA击穿区：击穿区：UDS过大，过大，ID急剧增加。

急剧增加4321051015UGS =5V6V4V3V2VID /mAUDS =10V增强型增强型 NMOS 管的特性曲线管的特性曲线 0123饱和区饱和区击击穿穿区区可可变变电电阻阻区区246UGS / V3. 特性曲线特性曲线UGs(th)输出特性输出特性转移特性转移特性 UDS / VID /mA转移特性：转移特性： ID=f（（ UGS ））| u=常数常数（（3）） N沟道增强型沟道增强型MOS管的特性曲线管的特性曲线转移特性曲线转移特性曲线0IDUGSVT耗尽型耗尽型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线耗尽型的耗尽型的MOS管管UGS=0时就有导电沟道，时就有导电沟道，加反向电压才能夹断加反向电压才能夹断转移特性曲线转移特性曲线0IDUGSVT输出特性曲线输出特性曲线UGS=0VU DS （（V））ID（（mA））01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2V固定一个固定一个U DS，画出，画出ID和和UGS的关系曲线，称为转移特性的关系曲线，称为转移特性曲线曲线综上分析可知综上分析可知• 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电， 所以场效应管也称为单极型三极管。

所以场效应管也称为单极型三极管•JFETJFET是电压控制电流器件，是电压控制电流器件，i iD D受受v vGSGS控制控制•预夹断前预夹断前i iD D与与v vDSDS呈近似线性关系；预夹断后，呈近似线性关系；预夹断后， i iD D趋于饱和趋于饱和• JFETJFET栅极与沟道间的栅极与沟道间的PNPN结是反向偏置的，因结是反向偏置的，因 此此i iG G 0 0，输入电阻很高输入电阻很高N沟道沟道结型管与结型管与P沟道沟道结型管比较结型管比较场效应管的主要参数场效应管的主要参数①① 夹断电压夹断电压VP (或或VGS(off))：：②② 饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS：： ③③ 低频跨导低频跨导gm：：或或漏极电流约为零时的漏极电流约为零时的VGS值值 VGS=0时对应的漏极电流时对应的漏极电流 低频跨导反映了低频跨导反映了vGS对对iD的控制作用的控制作用gm可以在转移特性曲线上求得，单位是可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子毫西门子)⑤⑤ 直流输入电阻直流输入电阻RGS：： 对于结型场效应三极管，反偏时对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于约大于107Ω。

⑧⑧ 最大漏极功耗最大漏极功耗PDM⑥⑥ 最大漏源电压最大漏源电压V(BR)DS⑦⑦ 最大栅源电压最大栅源电压V(BR)GS④④ 输出电阻输出电阻rd：：几种常用的场效应三极管的主要参数几种常用的场效应三极管的主要参数    场效应管的命名方法场效应管的命名方法现行有两种命名方法现行有两种命名方法 第一种命名方法与双极型三极管相同，第三位字母第一种命名方法与双极型三极管相同，第三位字母J J代表结型场效应管，代表结型场效应管，O O代表绝缘栅场效应管第二位字母代表绝缘栅场效应管第二位字母代表代表 材料，材料，D D是是P P型硅，反型层是型硅，反型层是N N沟道；沟道；C C是是N N型硅型硅P P沟道例如例如,3DJ6D,3DJ6D是结型是结型N N沟道场效应三极管，沟道场效应三极管，3DO6C 3DO6C 是绝缘栅是绝缘栅型型N N沟道场效应三极管沟道场效应三极管　　第二种命名方法是　　第二种命名方法是CS××#CS××#，，CSCS代表场效应管，代表场效应管，××××以数字代表型号的序号，以数字代表型号的序号，# #用字母代表同一型号中的不同用字母代表同一型号中的不同规格。

例如规格例如CS14ACS14A、、CS45GCS45G等 场效应管的作用：场效应管的作用：1 1、场效应管可应用于放大由于场效应管放大器的输入阻抗、场效应管可应用于放大由于场效应管放大器的输入阻抗很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解电容器很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解电容器2 2、场效应管、场效应管很高的输入阻抗很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换常用于多非常适合作阻抗变换常用于多级放大器的输入级作阻抗变换级放大器的输入级作阻抗变换3 3、场效应管可以用作、场效应管可以用作可变电阻可变电阻4 4、场效应管可以方便地用作、场效应管可以方便地用作恒流源恒流源5 5、场效应管可以用作、场效应管可以用作电子开关电子开关 场效应管的测试：场效应管的测试：1 1、结型场效应管的管脚识别：、结型场效应管的管脚识别：　　场效应管的　　场效应管的栅极相当于晶体管的基极栅极相当于晶体管的基极，源极和漏极分别，源极和漏极分别对应于晶体管的发射极和集电极将万用表置于对应于晶体管的发射极和集电极将万用表置于R×1kR×1k档，用档，用两表笔分别测量每两个管脚间的正、反向电阻当某两个管两表笔分别测量每两个管脚间的正、反向电阻。

当某两个管脚间的正、反向电阻相等，均为数脚间的正、反向电阻相等，均为数KΩKΩ时，则这两个管脚为时，则这两个管脚为漏漏极极D D和源极和源极S S（可互换），（可互换），余下的一个管脚即为栅极余下的一个管脚即为栅极G G对于有4 4个个管脚的结型场效应管，另外一极是管脚的结型场效应管，另外一极是屏蔽极屏蔽极（使用中接地）使用中接地） 2 2、判定栅极、判定栅极　　用万用表黑表笔碰触管子的一个电极，红表笔分别碰触另　　用万用表黑表笔碰触管子的一个电极，红表笔分别碰触另外两个电极若两次测出的阻值都很小，说明均是正向电阻，外两个电极若两次测出的阻值都很小，说明均是正向电阻，该管属于该管属于N N沟道场效应管，沟道场效应管，黑表笔接的也是栅极黑表笔接的也是栅极　　制造工艺决定了场效应管的源极和漏极是对称的，可以互　　制造工艺决定了场效应管的源极和漏极是对称的，可以互换使用，并不影响电路的正常工作，所以不必加以区分换使用，并不影响电路的正常工作，所以不必加以区分源极源极与漏极间的电阻约为几千欧与漏极间的电阻约为几千欧　　　　注意不能用此法判定绝缘栅型场效应管的栅极注意不能用此法判定绝缘栅型场效应管的栅极。

因为这种因为这种管子的输入电阻极高，栅源间的极间电容又很小，测量时只要管子的输入电阻极高，栅源间的极间电容又很小，测量时只要有少量的电荷，就可在极间电容上形成很高的电压，容易将管有少量的电荷，就可在极间电容上形成很高的电压，容易将管子损坏 目前常用的结型场效应管和MOS型绝缘栅场效应管的管脚顺序如下图所示。