1.4場效應管

1.4  場效應管（FET）

1.4.2  絕緣柵型場效應管（MOS管）

一、N溝道增強型MOS管

1、結構

g柵極 s源極 d漏極

 

2、工作原理

習慣上把和B連在一起的叫做源極（s）

若g不動，ds間加電壓則無電流，因為兩個背靠背的PN結永遠有一個反偏，只能測到晶體管的漏電流

（1）U_DS=0，U_GS>0

 若柵極加正電壓，正柵（襯底又叫背柵）聚集正電荷，因為電場存在，每根電力線都要求從正電荷出發，一定要終止在一個負電荷上（或無窮遠處）。使得襯底表層有一層N+區，此時再從漏看過去，就不是兩個背靠背的PN結，而是N+，N+，N+，即阻值不大的電阻

英文講Source，gate，drain，可將g極類比三峽大壩，非常形象，gate—閘門

U_GS↑→溝道寬度↑→R_ds↓，此時MOS管即壓控可變電阻器

有了電阻后，下一步是讓ds間產生電流，ds間有電壓就有電流

（2）U_GS（th）：開啟電壓。（th-threshold，閾值）

UGS<U_GS（th）：ds間絕緣，無電流

UGS>U_GS（th）：溝道形成

 

1.4.3  場效應管轉移特性曲線與主要參數

 一、特性曲線

轉移特性曲線（增強型）

 

 圖（a）要求工作在恆流區，否則I_D與U_GS不是一一對應，而是同時受U_GS和U_DS控制

推導是泊松方程+高斯定理+泰勒展開，得出近似

 

耗盡型

 

 縱截換成I_DSS

 

2、輸出特性曲線（b）

恆流區用於放大

對三極管：小信號影響I_B，讓三極管工作在放大狀態下，變化的IB就會變成變化的I_C，輸出I_C

對場效應管：小信號影響U_GS，U_GS變化產生ID的變化，輸出ID

為什么能得到比較大的I_D/I_C：因為外部有大的直流電源

 

如何識圖

①輸出特性曲線

I_D>0得到N溝道（一般認為N溝道管子，漏極電流是流進管子的，I_D大於0說明和規定的電流方向相同，認為流進漏極）

N溝道U_GS全負即結型，絕緣柵型耗盡型U_GS會有正的

P溝道UGS全正即結型

 

二、參數

1、直流參數

U_GS(th)、U_GS（off）

U_GS（th）增強型MOS管，U_GS（off）一種結型，一種耗盡型

I_DSS：耗盡型和結型的

直流輸入電阻R_{GS（DC），}DC-直流，MOS管>10⁹Ω

 

2、交流參數

（1）（低頻）跨導g_m=△i_D/△u_GS|U_DS為常數

（2）極間電容

 

3、極限參數（自看）

 

布置1.3.4晶體管的主要參數，1.3.5溫度對晶體管特性和參數的影響，1.3.6光電三極管

作業1.9/1.12/1.15/1.16

 

 

 

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拓展^[1]

 

 

 

 

 [1]曾樹榮．半導體器件物理基礎[M]．北京大學出版社，2002：135-138，

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本章總結

一、絕緣柵型場效應管符號

 

 （1）N溝道增強型                 （2）P溝道增強型

 

 （3）N溝道耗盡型                 （4）P溝道耗盡型

 

增強型開始溝道斷開,UGS逐漸增強溝道開啟

箭頭由P指向N 

 

二、N-channel(Enhanced)MOS管輸出特性曲線

預夾斷軌跡：U_DS=U_GS-U_GS(th)

可變電阻區：0<U_DS<U_GS-U_GS(th)

恆流區：U_DS>U_GS-U_GS(th)>0

夾斷區：U_GS<U_GS(th)

 

三、結型場效應管符號

 

 除了構造是結型，溝道大小，恆流的出現，可變電阻區，都和耗盡型一樣

不同點：

U_GS(off)<U_GS<0且UDS>0（U_GS不能大於0，不能讓PN結導通）

 

四、

預夾斷之前是固定電阻，可變電阻區

U_GS不變時，電阻不變。U_DS和I_D成正比

預夾斷后I_D電流不變，即出現恆流，I_D電流只和U_GS相關

 

五、識圖

大的區別

結型：UGS全正或全負（PN結不能導通）

絕緣柵型①耗盡型：跨越正負

              ②增強型：大於開啟電壓