场效应管-12课时.doc

课题课题：场效应管授课班级　时间数　12课时教学方法讲授法教具自制课件、场效应管、万用表教学目标知识与技能1、能识别场效应管2、掌握场效应管电流特性3、掌握场效应管的主要参数情感与态度培养学生学习兴趣，克服学习障碍，养成良好学习习惯，树立学习信心教学重点场效应管的工作原理、场效应管的识别和检测教学难点场效应管的工作原理教学过程：第一课时教学环节　教学内容教师活动学生活动教学资源安排１．课题引入视频引入２．新课教学一、结型场效应管的简介1.名称结型场效应晶体管（Junction Field-Effect Transistor，JFET）：JFET是由p-n结栅极(G)与源极(S)和漏极(D)构成的一种具有放大功能的三端有源器件其工作原理就是通过电压改变沟道的导电性来实现对输出电流的控制对于结型场效应晶体管（JFET），最常见到的是耗尽型JFET（D-JFET），即在0栅偏压时就存在有沟道 的JFET；一般，不使用增强型JFET（E-JFET）——在0栅偏压时不存在沟道 的JFET这主要是由于长沟道E-JFET在使用时较难以产生出导电的沟道、从而导通性能不好的缘故不过，由于高速、低功耗电路中应用的需要，有时也需要采用E-JFET。

JFET导电的沟道在体内耗尽型和增强型这两种晶体管在工艺和结构上的差别主要在于其沟道区的掺杂浓度和厚度D-JFET的沟道的掺杂浓度较高、厚度较大，以致于栅pn结的内建电压不能把沟道完全耗尽；而E-JFET的沟道的掺杂浓度较低、厚度较小，则栅pn结的内建电压即可把沟道完全耗尽讲解课件展示2 / 23但是，对于短沟道E-JFET，情况则有所不同，因为这种晶体管的漏极电压可以作用到源极附近，使得沟道中的势垒降低，所以能够形成导电沟道这种E-JFET从本质上来说也就是静电感应晶体管在导电机理上与JFET相同的场效应晶体管就是Schottky栅极场效应晶体管（MESFET），这里只是用金属-半导体接触的Schottky结代替了p-n结作为栅极另外还有一种场效应晶体管，就是高电子迁移率晶体管（HEMT），这种器件在结构上与MESFET类似，但是在工作机理上却更接近于MOSFET此外，MOSFET的衬偏效应实际上也就是JFET的一种作用所有的FET都有栅极（gate）、漏极（drain）、源极（source）三个端，分别大致对应双极性晶体管的基极（base）、集电极（collector）和发射极（emitter）。

除了结型场效应管外，所有的FET也有第四端，被称为体（body）、基（base）、块体（bulk）或衬底（substrate）这个第四端可以将晶体管调制至运行；在电路设计中，很少让体端发挥大的作用，但是当物理设计一个集成电路的时候，它的存在就是重要的在图中栅极的长度（length）L，是指源和漏的距离宽度（width）是指晶体管的范围，在图中和横截面垂直通常情况下宽度比长度大得多长度1微米的栅极限制最高频率约为5GHz，0.2微米则是约30GHz这些端的名称和它们的功能有关栅极可以被认为是控制一个物理栅的开关这个栅极可以通过制造或者消除源极和漏极之间的沟道，从而允许或者阻碍电子流过如果受一个外加的电压影响，电子流将从源极流向漏极体很简单的就是指栅、漏、源极所在的半导体的块体通常体端和一个电路中最高或最低的电压相连，根据类型不同而不同体端和源极有时连在一起，因为有时源也连在电路中最高或最低的电压上当然有时一些电路中FET并没有这样的结构，比如图片展示级联传输电路和串叠式电路2.发明场效应晶体管于1925年由Julius Edgar Lilienfeld和于1934年由Oskar Heil分别发明，但是实用的器件一直到1952年才被制造出来（结型场效应管）。

1960年Dawan Kahng发明了金属氧化物半导体场效应晶体管，从而大部分代替了JFET，对电子行业的发展有着深远的意义3.符号和结构３．课堂作业看书学习4．课外作业5．课后反思教学过程：第二课时教学环节　教学内容教师活动学生活动教学资源安排１．课题引入回顾上一次课讲的主要内容结型场效应管的符号、结构、类型提问思考回答２．新课教学一、结型场效应三极管的型号命名方法　　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J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管第二位字母代表 材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3DO6C 是绝缘栅型N沟道场效应三极管　　第二种命名方法是CS#，CS代表场效应管，以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格例如CS14A、CS45G等 二、结型场效应管的参数场效应管的参数很多，包括直流参数、交流参数和极限参数，但一般使用时关注以下主要参数：1、I DSS — 饱和漏源电流是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中，栅极电压U GS=0时的漏源电流2、UP — 夹断电压是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中，使漏源间刚截止时的栅极电压。

3、UT — 开启电压是指增强型绝缘栅场效管中，使漏源间刚导通时的栅极电压4、gM — 跨导是表示栅源电压U GS — 对漏极电流I D的控制能力，即漏极电流I D变化量与栅源电压UGS变化量的比值gM 是衡量场效应管放大能力的重要参数5、BUDS — 漏源击穿电压是指栅源电压UGS一定时，场效应管正常工作所能承受的最大漏源电压这是一项极限参数，加在场效应管上的工作电压必须小于BUDS6、PDSM — 最大耗散功率也是一项极限参数，是指场效应管性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率使用时，场效应管实际功耗应小于PDSM并留有一定余量7、IDSM — 最大漏源电流是一项极限参数，是指场效应管正常工作时，漏源间所允许通过的最大电流场效应管的工作电流不应超过IDSM设问讲解请学生上来动手测试课件展示视频展示 三、结型场效应管的作用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很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解电容器2、场效应管很高的输入阻抗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3、场效应管可以用作可变电阻4、场效应管可以方便地用作恒流源5、场效应管可以用作电子开关。

四、结型场效应管的测试1、结型场效应管的管脚识别：　　场效应管的栅极相当于晶体管的基极，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R1k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脚间的正、反向电阻相等，均为数KΩ时，则这两个管脚为漏极D和源极S（可互换），余下的一个管脚即为栅极G对于有4个管脚的结型场效应管，另外一极是屏蔽极（使用中接地）2、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N沟道场效应管，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，可以互换使用，并不影响电路的正常工作，所以不必加以区分源极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3、估测场效应管的放大能力　　将万用表拨到R100档，红表笔接源极S，黑表笔接漏极D，相当于给场效应管加上1.5V的电源电压这时表针指示出的是D-S极间电阻值然后用手指捏栅极G，将人体的感应电压作为输入信号加到栅极上。

由于管子的放大作用，UDS和ID都将发生变化，也相当于D-S极间电阻发生变化，可观察到表针有较大幅度的摆动如果手捏栅极时表针摆动很小，说明管子的放大能力较弱；若表针不动，说明管子已经损坏　　由于人体感应的50Hz交流电压较高，而不同的场效应管用电阻档测量时的工作点可能不同，因此用手捏栅极时表针可能向右摆动，也可能向左摆动少数的管子RDS减小，使表针向右摆动，多数管子的RDS增大，表针向左摆动无论表针的摆动方向如何，只要能有明显地摆动，就说明管子具有放大能力３．课堂作业看书学习4．课外作业5．课后反思教学过程：第三课时教学环节　教学内容教师活动学生活动教学资源安排１．课题引入回顾上一次课讲的主要内容：结型场效应管的测试？提问思考回答２．新课教学一、结型场效应管的特性曲线FET通过影响导电沟道的尺寸和形状，控制从源到漏的电子流（或者空穴流）沟道是由（是否）加在栅极和源极的电压而创造和影响的（为了讨论的简便，这默认体和源极是相连的）导电沟道是从源极到漏极的电子流在一个n沟道"耗尽模式"器件，一个负的栅源电压将造成一个耗尽区去拓展宽度，自边界侵占沟道，使沟道变窄如果耗尽区扩展至完全关闭沟道，源极和漏极之间沟道的电阻将会变得很大，FET就会像开关一样有效的关闭。

类似的，一个正的栅源电压将增大沟道尺寸，而使电子更易流过相反的，在一个n沟道"增强模式"器件中，一个正的栅源电压是制造导电沟道所必需的，因为它不可能在晶体管中自然的存在正电压吸引了体中的自由移动的电子向栅极运动，形成了导电沟道但是首先，充足的电子需要被吸引到栅极的附近区域去对抗加在FET中的掺杂离子；这形成了一个没有运动载流子的被称为耗尽区的区域，这种现象被称为FET的阈值电压更高的栅源电压将会吸引更多的电子通过栅极，则会制造一个从源极到漏极的导电沟道；这个过程叫做"反型"无论是增强模式还是耗尽模式器件，在漏源电压远小于栅源电压时，改变栅极电压将改变沟道电阻，漏电流将和漏电压（相对于源极的电压）成之比在这种模式下FET将像一个可变电阻一样运行，被称为"线性模式"或"欧姆模式"[2][3]如果漏源电压增长了，由于源漏电势的梯度，它将造成沟道形状上的一个很大的非对称改变在沟道的漏末端，反型区域的形状变成夹断（pinched-off）如果漏源电压进一步增长，沟道的夹断点将开始离开漏极，向源极移动这种FET被称为"饱和模式"；讲解课件展示视频展示[4] 一些作者把它称为"有源模式"，为了更好的和双极晶体管操作区对比。

[5][6] 当需要放大的时候一般用饱和模式或者欧姆模式与饱和模式的中间模式中间模式有时被认为是欧姆或线性模式的一部分，尽管漏电流并不随着漏电压大致线性增长尽管在饱和模式下，栅源电压形成的导电沟道不再和源相连，载流子的流动并没有被禁止重新考虑n沟道器件，耗尽区存在于p型体中的导电沟道和漏、源区域周围如果受到漏源电压向漏方向的吸引，组成沟道的电子将通过耗尽区自由的从沟道中移走耗尽区将没有载流子，而有近似于硅的电阻任何漏源电压的增长将增加漏极到夹断点的距离，相对于耗尽区增加的电阻和加在漏源上的电压成正比这种正比的变化造成漏源电流保持相对固定的对漏源电压的独立变化，这和线性模式运行有所不同尽管在饱和模式下，FET就像一个稳恒电流源而不是电阻，它可以在电压放大器中大多数有效的运用在这种情况下，栅源电压决定了通过沟道的固定电流的大小。