1.4场效应管

1.4  场效应管（FET）

1.4.2  绝缘栅型场效应管（MOS管）

一、N沟道增强型MOS管

1、结构

g栅极 s源极 d漏极

 

2、工作原理

习惯上把和B连在一起的叫做源极（s）

若g不动，ds间加电压则无电流，因为两个背靠背的PN结永远有一个反偏，只能测到晶体管的漏电流

（1）U_DS=0，U_GS>0

 若栅极加正电压，正栅（衬底又叫背栅）聚集正电荷，因为电场存在，每根电力线都要求从正电荷出发，一定要终止在一个负电荷上（或无穷远处）。使得衬底表层有一层N+区，此时再从漏看过去，就不是两个背靠背的PN结，而是N+，N+，N+，即阻值不大的电阻

英文讲Source，gate，drain，可将g极类比三峡大坝，非常形象，gate—闸门

U_GS↑→沟道宽度↑→R_ds↓，此时MOS管即压控可变电阻器

有了电阻后，下一步是让ds间产生电流，ds间有电压就有电流

（2）U_GS（th）：开启电压。（th-threshold，阈值）

UGS<U_GS（th）：ds间绝缘，无电流

UGS>U_GS（th）：沟道形成

 

1.4.3  场效应管转移特性曲线与主要参数

 一、特性曲线

转移特性曲线（增强型）

 

 图（a）要求工作在恒流区，否则I_D与U_GS不是一一对应，而是同时受U_GS和U_DS控制

推导是泊松方程+高斯定理+泰勒展开，得出近似

 

耗尽型

 

 纵截换成I_DSS

 

2、输出特性曲线（b）

恒流区用于放大

对三极管：小信号影响I_B，让三极管工作在放大状态下，变化的IB就会变成变化的I_C，输出I_C

对场效应管：小信号影响U_GS，U_GS变化产生ID的变化，输出ID

为什么能得到比较大的I_D/I_C：因为外部有大的直流电源

 

如何识图

①输出特性曲线

I_D>0得到N沟道（一般认为N沟道管子，漏极电流是流进管子的，I_D大于0说明和规定的电流方向相同，认为流进漏极）

N沟道U_GS全负即结型，绝缘栅型耗尽型U_GS会有正的

P沟道UGS全正即结型

 

二、参数

1、直流参数

U_GS(th)、U_GS（off）

U_GS（th）增强型MOS管，U_GS（off）一种结型，一种耗尽型

I_DSS：耗尽型和结型的

直流输入电阻R_{GS（DC），}DC-直流，MOS管>10⁹Ω

 

2、交流参数

（1）（低频）跨导g_m=△i_D/△u_GS|U_DS为常数

（2）极间电容

 

3、极限参数（自看）

 

布置1.3.4晶体管的主要参数，1.3.5温度对晶体管特性和参数的影响，1.3.6光电三极管

作业1.9/1.12/1.15/1.16

 

 

 

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拓展^[1]

 

 

 

 

 [1]曾树荣．半导体器件物理基础[M]．北京大学出版社，2002：135-138，

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本章总结

一、绝缘栅型场效应管符号

 

 （1）N沟道增强型                 （2）P沟道增强型

 

 （3）N沟道耗尽型                 （4）P沟道耗尽型

 

增强型开始沟道断开,UGS逐渐增强沟道开启

箭头由P指向N 

 

二、N-channel(Enhanced)MOS管输出特性曲线

预夹断轨迹：U_DS=U_GS-U_GS(th)

可变电阻区：0<U_DS<U_GS-U_GS(th)

恒流区：U_DS>U_GS-U_GS(th)>0

夹断区：U_GS<U_GS(th)

 

三、结型场效应管符号

 

 除了构造是结型，沟道大小，恒流的出现，可变电阻区，都和耗尽型一样

不同点：

U_GS(off)<U_GS<0且UDS>0（U_GS不能大于0，不能让PN结导通）

 

四、

预夹断之前是固定电阻，可变电阻区

U_GS不变时，电阻不变。U_DS和I_D成正比

预夹断后I_D电流不变，即出现恒流，I_D电流只和U_GS相关

 

五、识图

大的区别

结型：UGS全正或全负（PN结不能导通）

绝缘栅型①耗尽型：跨越正负

              ②增强型：大于开启电压