晶体三极管与场效应管课件

晶体管与晶体管与场效效应管管模拟电子技术基础模拟电子技术基础1晶体三极管晶体三极管晶体三极管也称晶体三极管也称为半半导导体三极管，体三极管，简简称三极管，称三极管，由于工作由于工作时，多数，多数载流子和少数流子和少数载流子都参与流子都参与运行，因此，运行，因此，还被称被称为双极双极型晶体管型晶体管简称称BJT（Bipolar Junction Transistor）。）。BJT是一种是一种电电流流控制控制电电流流的半的半导导体器件。体器件。作用作用:把微弱信号把微弱信号放大放大成成辐值较辐值较大的大的电电信号，信号，也用作无触点也用作无触点开关开关.晶体管促晶体管促进进并并带带来了来了“固固态态革命革命”，进进而推而推动动了全球范了全球范围围内的半内的半导导体体电电子工子工业业。晶体三极管晶体三极管也称为半导体三极管，简称三极管，2三极管的常三极管的常见外形外形90149014三极管的常见外形90143DG52N22022N22023三极管的三极管的结构构-NNP发射区射区集集电区区基区基区发射射结 集集电结ECB发射极射极集集电极极基极基极NPN型型PNP型型-PPN发射区射区集集电区区基区基区发射射结 集集电结ECB发射极射极集集电极极基极基极三极管的三极管的结构特点构特点:（1 1）发射区的射区的掺杂浓度集度集电区区掺杂浓度。度。（2 2）基区要制造得很薄且）基区要制造得很薄且浓度很低。度很低。ECB符号符号ECB符号符号三极管的结构-NNP发射区集电区基区发射结集电结ECB发射4BJT的构造的构造(以以NPN为为例例)N+PN-Si集集电极极CCollector基极基极BBase发射极射极EEmitter金属金属层N型硅片型硅片（衬底底）对于于NPN管，它是由管，它是由2 2块N型半型半导体中体中间夹着一着一块P型型半半导体所体所组成，成，发射区与基区之射区与基区之间形成的形成的PN结称称为发射射结,而集而集电区与基区形成的区与基区形成的PN结称称为集集电结,三三条引条引线分分别称称为发射极射极E、基极、基极B和集和集电极极C。发射区射区：发射射载流子流子集集电区区：收集：收集载流子流子基区基区：传送和控制送和控制载流子流子BJT的构造(以NPN为例)N+PN-Si集电极CCol5强化化练习1NPN型三极管型三极管ECB符号符号电路符号路符号集集电区区集集电结基区基区发射射结发射区射区NN集集电极极 C基极基极 B发射极射极 EP集集电区的作用：区的作用：收集收集载流子流子基区的作用：基区的作用：传送、控制送、控制载流子流子发射区的作用：射区的作用：发射射载流子流子强化练习1NPN型三极管ECB符号电路符号集电区集电结基区发6强化化练习2PNP型三极管型三极管ECB符号符号电路符号路符号集集电区区集集电结基区基区发射射结发射区射区PP集集电极极 C基极基极 B发射极射极 EN集集电区的区的杂质浓度：度：较低低基区的厚度：基区的厚度：非常薄非常薄发射区的射区的杂质浓度：度：很高很高强化练习2PNP型三极管ECB符号电路符号集电区集电结基区发7icie输入入输出出BJT的的组态三极管在使用三极管在使用时，根据根据实际实际需要，可接成需要，可接成三种不同的三种不同的组组态态。不管接成哪种。不管接成哪种组态组态，都有一，都有一对输对输入端和一入端和一对输对输出端；出端；icib输入入输出出共共发射极射极接法，接法，发射极射极作作为公共公共电极，用极，用CE表示表示 ；共基极共基极接法，接法，基极基极作作为公共公共电极，用极，用CB表示表示;ieib输入入输出出共集共集电极极接法，接法，集集电极极作作为公共公共电极，用极，用CC表示。表示。CECBCCicie输入输出BJT的组态三极管在使用时，根据实际需要，可8三极管的放大作用是三极管的放大作用是满满足自身的内部足自身的内部结结构特点的前提构特点的前提下，在一定的外部条件控制下，通下，在一定的外部条件控制下，通过载过载流子流子传输传输体体现现出来的。出来的。v内部内部结结构构 BJT的的结结构特点构特点 v外部条件外部条件 发发射射结结正偏，正偏，集集电结电结反偏。反偏。BJT的的电流放大条件流放大条件 UCEVCCRCICCEBUBEVBBRBIB输入入回路回路输入入回路回路公共端公共端共共发射极放大射极放大电路路 发射区的射区的掺杂浓度最高度最高(N+)；集集电区区掺杂浓度低于度低于发射区，且面射区，且面积大；大；基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且且掺杂浓度最低。度最低。三极管的放大作用是满足自身的内部结构特点的前提BJT的电流放9共射极共射极NPN放大放大电路路CEBNNPRB VBBIBICVCCJCJE三极管在工作三极管在工作时必必须加上适当的加上适当的直流偏置直流偏置电压。若在若在放大放大工作状工作状态：发射射结正正偏：偏：由由VBB保保证；必；必须使：使：UBE0硅管：硅管：UBE=UB-UE=0.7=0.7（V）锗管：管：UBE=UB-UE=0.3=0.3（V）集集电结反反偏：偏：由由VBB、VCC保保证；UCB=VCC UBE 0，反偏；，反偏；集集电结电场电结电场很很强强。结论：对对于于正常工作的正常工作的NPN管管，必然，必然有有UC UB UE共射极NPN放大电路CEBNNPRB VBBIBICVCCJ10共射极共射极PNP放大放大电路路CEBPPNRB VBBIBICVCCJCJE三极管在工作三极管在工作时必必须加上适当的加上适当的直流偏置直流偏置电压。若在若在放大放大工作状工作状态：发射射结正正偏：偏：由由VBB保保证；必；必须使：使：UBE 0硅管：硅管：UBE=UB-UE=-0.70.7（V）锗管：管：UBE=UB-UE=-0.30.3（V）集集电结反反偏：偏：由由VBB、VCC保保证；UCB=VCC UBE 0，反偏；，反偏；集集电结电场电结电场很很强强。VCC结论：对对于于正常工作的正常工作的PNP管管，必然，必然有有UC UB U3U2，所以所以为B极；极；又因又因为U3-U2=0.7V，所以所以该三极管三极管为NPN硅管；硅管；且且为E极；极；为C极。极。U1=4.3=4.3V，U2=2=2V，U3=5=5V因因为U3U1U2，所以所以为B极；极；又因又因为U1-U3=-0.7V，所以所以该三极管三极管为PNP硅管；硅管；且且为C极；极；为E极。极。U1=-5=-5V，U2=-1.8=-1.8V，U3=-1.5=-1.5V因因为U3U2U1，所以所以为B极；极；又因又因为U1-U3=-0.3V，所以所以该三极管三极管为PNP锗管；管；且且为C极；极；为E极。极。例题1在晶体管放大电路中，测得三极管的各个电极的电位U1U213共射极共射极NPN放大放大电路路 CE BRBVBB IB ICVCC JC JEIEN发发射射结结正偏，正偏，发发射区射区多数多数载流子流子电电子子不断向基区不断向基区扩扩散，形成散，形成扩散散电电流流IEN。基基区区多数多数载流子空穴流子空穴不不断向基区断向基区扩扩散，形成散，形成扩散散电电流流IEP。IEPIE=IEN+IEP进进入基区少数入基区少数电电子和空穴子和空穴复合，复合，以及以及进入入发射区的射区的空穴与空穴与电子复合而子复合而形成形成电电流流IBN和和IBP，那么，那么其它其它多数多数电子子去去哪里哪里了？了？集集电结反偏反偏从从发射区射区扩散来的散来的电子作子作为基区的少基区的少子，在外子，在外电场的作的作用下，漂移用下，漂移进入集入集电区而被收集，形区而被收集，形成成电流流ICN。ICN集集电区少数区少数载流流子空穴子空穴形成漂移形成漂移电电流流ICBO。ICBO=ICN+ICBO结论：IE=IB+ICIE扩扩散运散运动动形成的形成的电电流流IB复合运复合运动动形成的形成的电电流流IC漂移运漂移运动动形成的形成的电电流流IBP共射极NPN放大电路 CE BRBVBBVCC JC J14共射极共射极电路路电电流的放大流的放大 UCEVCCRCICCEBUBEVBBRBIB共共发射极放大射极放大电路路对于一个特定的于一个特定的BJT，扩散到集散到集电区的区的电流流ICN和和基区和和基区复合复合电流流IBP的比例关系是确定的，通常把的比例关系是确定的，通常把这个比个比值称称为BJT共射极共射极电路的路的电流放大系数流放大系数。通常在通常在2020100100之之间，它反，它反映了基极与集映了基极与集电极极电流之流之间的分配关系，或者的分配关系，或者说IB对IC的控制能力。的控制能力。I IB微小的微小的变变化化会引起会引起IC较较大的大的变变化，故化，故BJT称称为电流控制器件流控制器件。共射极电路电流的放大 UCEVCCRCICCEBUBEVB15三极管的特性曲三极管的特性曲线三极管的三极管的特性曲特性曲线是指三极管各极上的是指三极管各极上的电压、电流之流之间的的关系曲关系曲线。它是三极管内部。它是三极管内部载流子运流子运动的外部表的外部表现，所以也称所以也称为外部外部特性。根据特性。根据实际需要，三极管可接成需要，三极管可接成共共基基组态、共射共射组态或或共集共集组态。不管接成哪种。不管接成哪种组态，都，都有一有一对输入端和一入端和一对输出端；因此，要完整地描述三极出端；因此，要完整地描述三极管的伏安特性，就必管的伏安特性，就必须选用两用两组表示不同端表示不同端变量之量之间关关系的特性曲系的特性曲线。其中一其中一组表示以表示以输出端出端电压为参参变量量时输入端入端电压和和电流之流之间关系的曲关系的曲线，称，称为输入特性曲入特性曲线；另一另一组表示以表示以输入端入端电流流为参参变量量时输出端出端电压电流之流之间关系的曲关系的曲线，称，称为输出特性曲出特性曲线。三极管的特性曲线三极管的特性曲线是指三极管各极上的电压、电流16输入特性曲入特性曲线实验电实验电路路路路RCVCCRBVBBIBICIEUCEUBE+-以共以共发射极放大射极放大电路路为例例IB=f(UBE )UC E =常数常数0.60.40.7 0.850300250200150100UBE=1V输入回路入回路输入回路入回路UBE=10V共共发射极射极输入特性曲入特性曲线簇簇当当UCE1 1V时时，特性曲，特性曲线线右移右移的距离很小的距离很小。通常将通常将UCE=1=1V的特性曲的特性曲线线作作为为晶体管的晶体管的输输入入特性曲特性曲线线。0.5输入特性曲入特性曲线的三个部分的三个部分 死区死区 0UBEUon=0.4V 非非线线性区性区 UonUBE 0.6V输入特性曲线实验电路RCVCCRBVBBIBICIEUCEU17输输出出特性曲特性曲线线实验电实验电路路路路RCVCCRBVBBIBICIEUCEUBE+-IC=f(UCE)IB =常数常数放放1055423120150IB=0IB=10AIB=30AIB=40AIB=20A区区大大截止区截止区可将三极管可将三极管输输出特性分出特性分为为四个区四个区间，其中，其中三个三个为工作区工作区：饱 和和 区区击穿穿区区输出特性曲线实验电路RCVCCRBVBBIBICIEUCEU18截止区截止区(Cut off region)RCVCCRBVBBICIEUCEUBE+-IB=0UCE(V)IC(mA)43210 2 4 6 8IB5IB4IB3IB2iB=IB1iB=0IB=0=0曲曲线以下的区域。以下的区域。条件条件：发射射结反偏反偏UBE Uon集集电结电结反偏反偏因因为IB=0=0所以所以IE=IC=ICEO（穿透穿透电流流）由于由于ICEO很小，此很小，此时时UCE近近似等于似等于VCC，C与与E之之间间相当相当于开关于开关断开断开。截止区(Cut off region)RCVCCRBVBB19饱和区和区(Saturation region)UCE(V)IC(mA)43210 2 4 6 8IB5IB4IB3IB2iB=IB1iB=0输输出特性曲出特性曲线线靠近靠近纵轴边纵轴边UCE很小的区域。很小的区域。条件：条件：发射射结正正偏，偏，集集电结正正偏；偏；即：即：UBE 0，UBE UCE ,UCUB。此此时时IB对对IC失去了控制作用，失去了控制作用，IC IB，管子管子处处于于饱饱和和导导通状通状态态。饱饱和和时时的的UCE记为记为UCES 。相。相对对于于电电源源电压饱电压饱和和时时UCES 很小，可以忽略。很小，可以忽略。C与与E之之间间相当于开关相当于开关闭闭合合。小功率小功率硅硅管的管的 UCES=0.3V小功率小功率锗管的管的 UCES=0.1V饱和区(Saturation region)UCE(V)IC20条件：条件：发射射结正正偏，偏，集集电结反反偏；偏；即：即：UBE UON，UCES UCE 0.6V，发射射结正偏，且正偏，且UC UB，集集电结反偏；所以反偏；所以该三极管工作在放大状三极管工作在放大状态。（b）（c）解答解答：（b）因因为该管的管型管的管型为NPN硅管，硅管，UBE=UB-BE=0.2V UB，集集电结反偏；所以反偏；所以该三极管工作在截止状三极管工作在截止状态。解答解答：（c）因因为该管的管型管的管型为NPN硅管，硅管，UBE=UB-BE=0.7V 0.6V，发射射结正偏，且正偏，且UBUC，集集电结正偏；所以正偏；所以该三极管工作在三极管工作在饱和状和状态。1V例题2测量到硅BJT管的三个电极对地电位如图所示，试判断8V22练习测测量到硅量到硅BJT管的三个管的三个电电极极对对地地电电位如位如图图所示，所示，试试判断判断三极管的工作状三极管的工作状态态,并并说明理由明理由。8V3.7V3V3V2.3V8V3.7V3V8V3.7V3V12V5V12V0V-1.5V-2.2V（a）（b）（c）11.3V练习测量到硅BJT管的三个电极对地电位如图所示，试判断8V323例例题3RCVCCRBVBBICIEUCEUBE+-在在下下图所示所示电电路中路中,如果如果VCC=15=15V;RC=5=5k,在在下列几种下列几种条件下条件下,分分别求求UCE并分并分别说别说明晶体管工作在何种状明晶体管工作在何种状态态。如果如果VBB=15=15V;RB=1010k,=50=50如果如果VBB=5=5V;RB=300300k,=50=50如果如果VBB=5=5V;RB=300300k,=300=300如果如果VBB=-1-1V;RB=1010k,=50=50例题3RCVCCRBVBBICIEUCEUBE+-在下图24例例题3 3如果如果VBB=5=5V;RB=1010k,=50=50解答解答：RCVCCRBVBBICIEUCEUBE+-因因为IC ICmax所以所以该三极管工作在三极管工作在饱和状和状态，UCE=UCES=0.3V如果如果VBB=5=5V;RB=300300k,=50=50解答解答：例题3如果VBB=5V;RB=10k,=50RCVCC25例例题3 3因因为IC ICmax所以所以该三极管工作在三极管工作在饱和状和状态，UCE=UCES=0.3V例题3因为ICICmaxRCVCCRBVBBICIEUCE26例例题3 3如果如果VBB=-1-1V;RB=1010k,=50=50解答解答：因：因为VBB=-1-1V，VB；发射射结反偏；反偏；所以所以该三极管工作在截止状三极管工作在截止状态。RCVCCRBVBBICIEUCEUBE+-由于由于IB=0,那么那么IC=0所以所以UCE=VCC-IC RC=15V结论：要使三极管工作在放大状：要使三极管工作在放大状态，就必，就必须合理的合理的选择RB和和值。例题3如果VBB=-1V;RB=10k,=50RCVC27晶体管的主要参数晶体管的主要参数v电流放大系数流放大系数v极极间反向反向电流流v极限参数极限参数v反向反向击穿特性穿特性v频率参数率参数晶体管的主要参数电流放大系数28三极管的三极管的检测测试的第一步是判断哪个管脚是基极。的第一步是判断哪个管脚是基极。我我们任取两个任取两个电极极(如如这两个两个电极极为1 1、2)2)，用万用，用万用电表两支表笔表两支表笔颠倒倒测量它的正、反向量它的正、反向电阻，阻，观察表察表针的的偏偏转角度；接着，再取角度；接着，再取1 1、3 3两个两个电极和极和2 2、3 3两个两个电极，极，分分别颠倒倒测量它量它们的正、反向的正、反向电阻，阻，观察表察表针的偏的偏转角度。在角度。在这三次三次颠倒倒测量中，必然有两次量中，必然有两次测量量结果相果相近：即近：即颠倒倒测量中表量中表针一次偏一次偏转大，一次偏大，一次偏转小；剩小；剩下一次必然是下一次必然是颠倒倒测量前后指量前后指针偏偏转角度都很小，角度都很小，这一次未一次未测的那只管脚就是我的那只管脚就是我们要要寻找的基极。找的基极。三极管的检测测试的第一步是判断哪个管脚是基极。29三极管的三极管的检测PN结，定管型，定管型 找出三极管的基极后，我找出三极管的基极后，我们就可以根据基极与另外两个就可以根据基极与另外两个电极之极之间PN结的方向来确定管子的的方向来确定管子的导电类型。将万用型。将万用表的黑表笔接触基极，表的黑表笔接触基极，红表笔接触另外两个表笔接触另外两个电极中的任极中的任一一电极，若表极，若表头指指针偏偏转角度很大，角度很大，则说明被明被测三极管三极管为NPN型管；若表型管；若表头指指针偏偏转角度很小，角度很小，则被被测管即管即为PNP型型 。三极管的检测PN结，定管型 找出三极管的基极后，我们就可30三极管的三极管的检测穿透穿透电流确定集流确定集电极极C，发射极射极E找出了基极找出了基极B，另外两个，另外两个电极哪个是集极哪个是集电极极C，哪个是，哪个是发射极射极E呢呢?这时我我们可以用可以用测穿透穿透电流流ICEO的方法确定的方法确定集集电极极C和和发射极射极E。A 对于于NPN型三极管，用万用型三极管，用万用电表的黑、表的黑、红表笔表笔颠倒倒测量两极量两极间的正、反向的正、反向电阻阻RCE和和REC，虽然两次然两次测量中量中万用表指万用表指针偏偏转角度都很小，但仔角度都很小，但仔细观察，察，总会有一次会有一次偏偏转角度稍大，此角度稍大，此时电流的流向一定是：黑表笔流的流向一定是：黑表笔C极极B极极E极极红表笔，表笔，电流流向正好与三极管符号中流流向正好与三极管符号中的箭的箭头方向一致方向一致(“(“顺箭箭头”)”)，所以此，所以此时黑表笔所接的黑表笔所接的一定是集一定是集电极极C，红表笔所接的一定是表笔所接的一定是发射极射极E。三极管的检测穿透电流确定集电极C，发射极E31三极管的三极管的检测B 对对于于PNP型的三极管，道理也型的三极管，道理也类类似于似于NPN型，其型，其电电流流流向一定是：黑表笔流向一定是：黑表笔E极极B极极C极极红红表笔，其表笔，其电电流流向也与三极管符号中的箭流流向也与三极管符号中的箭头头方向一致，所以此方向一致，所以此时时黑黑表笔所接的一定是表笔所接的一定是发发射极射极E，红红表笔所接的一定是集表笔所接的一定是集电电极极C。注注：若由于上述：若由于上述颠颠倒前后的两次倒前后的两次测测量指量指针针偏偏转转均太小均太小难难以区分以区分时时，就要，就要“动动嘴巴嘴巴”了。具体方法是：在上述两了。具体方法是：在上述两次次测测量中，用两只手分量中，用两只手分别别捏住两表笔与管脚的捏住两表笔与管脚的结结合部，合部，用嘴巴含住用嘴巴含住(或用舌或用舌头头抵住抵住)基基电电极极B，仍用上面的判，仍用上面的判别别方法即可区分开集方法即可区分开集电电极极C与与发发射极射极E。其中人体起到直流。其中人体起到直流偏置偏置电电阻的作用，目的是使效果更加明阻的作用，目的是使效果更加明显显。三极管的检测B 对于PNP型的三极管，道理也类似于NPN型，32场场效效应晶体管晶体管场效晶体管效晶体管（Field Effect TransistorFET）是利用是利用电场效效应来控制来控制电流流的一种半的一种半导体器件，即是体器件，即是电压控控制元件制元件。工作工作时，只有一种，只有一种载流子参与流子参与导电，因此它，因此它是是单极型极型器件。器件。它的它的输出出电流决定于流决定于输入入电压的大小，的大小，基本上不需要信号源提供基本上不需要信号源提供电流，所以它的流，所以它的输入入电阻高，阻高，且温度且温度稳定性好。定性好。按按结构不同构不同场效晶体管有两种效晶体管有两种:结型型场效效晶体晶体管管（JFET）绝缘栅型型场效晶体管效晶体管（MOSFET）MOSFET管按工作状管按工作状态可分可分为：增：增强型和耗尽型两型和耗尽型两类每每类又有又有N沟道和沟道和P沟道之分沟道之分场效应晶体管场效晶体管（Field Effect Trans33N沟道增沟道增强型型绝缘栅场效效应管管结构示意构示意图构成：构成：用一用一块杂质浓度度较低的低的P型薄型薄硅片作硅片作为衬底，其上底，其上扩散两个相距散两个相距很近的高很近的高掺杂N+型区。型区。并在表面生并在表面生 成一成一层薄薄的二氧化硅薄薄的二氧化硅绝缘层。P 型硅型硅衬底底N+N+SiO2绝缘层再在两个再在两个N+型区之型区之间的二氧化硅的二氧化硅绝缘层的表面及两个的表面及两个N+型区的表型区的表面和面和P P型硅型硅衬底分底分别安置四个安置四个电极：极：栅极极G、源极、源极S、漏极、漏极D和和衬底底B。衬底底B通常与源极通常与源极S连在一起。在一起。源极源极 S栅极极 G漏极漏极 D DSG符号符号BSourceGateDrainBase衬底底B由由于于柵柵极极电流流几几乎乎为零零，栅源源电阻阻RGS很高，最高可达很高，最高可达10101414 。由于金属由于金属栅极和半极和半导体之体之间的的绝缘层目前常用二氧化硅，故又称目前常用二氧化硅，故又称金属金属(Metal)-氧化物氧化物(Oxide)-半半导体体(Semiconductor)场效晶体管效晶体管，简称称MOS场效晶体管。效晶体管。栅极和其它极和其它电极及硅片之极及硅片之间是是绝缘的，称的，称绝缘栅型型场效晶体管效晶体管。N沟道增强型绝缘栅场效应管结构示意图构成：用一块杂质浓度较低34N沟道增沟道增强型管的工作原理型管的工作原理当当栅-源源电压UGS=0时，D与与S之之间是两个是两个PN结反反向串向串联，即：，即：无无论D与与S之之间加什么极加什么极性的性的电压，总有一个有一个PN结是反向偏置的，漏是反向偏置的，漏极极电流流ID均接近于零。均接近于零。SD0=0P型硅型硅衬底底N+BSGD。ID UGSN+N+UDSN沟道增强型管的工作原理当栅-源电压UGS=0时，SD0=35P型硅型硅衬底底N+BSGD。耗尽耗尽层ID UGSN+N+UDSN沟道增沟道增强型管的工作原理型管的工作原理当在柵极和源极之当在柵极和源极之间加加正向正向电压但数但数值较小小时(0 UGS UGS(th)开启开启电压)，被被电场电场吸引的吸引的少数少数载流子流子电电子子在在栅栅极附近的极附近的P型硅表面型硅表面出出一一层由自由由自由电子构成的子构成的导电薄薄层，称，称为N型薄型薄层层，也，也称称为为反型反型层层。它是由它是由UGS感感应应产产生的，生的，又又称称为为感生沟道感生沟道。这就是沟通源区和漏区的就是沟通源区和漏区的N型型导电沟道沟道(与与P型型衬底底间被耗尽被耗尽层绝缘)。UGS 正正值越高，吸引到越高，吸引到P P型硅表面的型硅表面的电子就越多，子就越多，导电沟道越沟道越宽，沟道，沟道电阻越小。阻越小。N沟道增沟道增强型管的工作原理型管的工作原理P型硅型硅衬底底DSGB UGS +N+N+N型型导电沟道沟道通常通常增增强型型MOS管的管的开启开启电压UGS(th)=110V当UGS大于一定数值时(UGS UGS(th)开启电压37N沟道增沟道增强型管的工作原理型管的工作原理P型硅型硅衬底底N+BSGD。ID UGSN+N+UDSUGSUGS(th)的某一固定的某一固定值时值时，UDS对对沟道的控制作用沟道的控制作用当漏当漏-源源电压UDS=0时，沟道无自由，沟道无自由电子子的漂移，不形成漏极的漂移，不形成漏极电流，即流，即ID=0.=0.随着随着UDSID同同时时使靠使靠近漏极近漏极处处的的导电导电沟道沟道变变窄，窄，使使沟道沟道形状形状成楔形成楔形。当当UDS增加到使增加到使UGD=UGS(th)时时，在，在紧紧靠漏极靠漏极处处出出现现预预夹夹断断。此。此时时UDS 夹夹断断区延区延长长沟道沟道电电阻阻 ID基本基本不不变变，表，表现现出出恒流恒流特性。特性。0N沟道增强型管的工作原理P型硅衬底N+BSGD。ID UG38N沟道增沟道增强型型MOS管的特性曲管的特性曲线RDUDDRGUGGIG=0IDISUDSUGS+-v输输出特性曲出特性曲线线设设UT =3=3V，UGS UT ，ID 0UDS(V)ID(mA)0 5 10 15 20UGS=8V 7V 6V 5V 4VUGS=UGS(th)UDS=UGS-UGS(th)从从输输出特性上出特性上,可将可将N沟道增沟道增强型型FET分分为为三个工作区三个工作区:可可变电阻区阻区。UGS越越大大，漏源，漏源间等效交流等效交流电阻越阻越小小。UDS UGS(th)）（预夹断前）断前）线性放大区性放大区（预夹断后）断后）(恒流区恒流区,饱和区和区)UDS UGS-UGS(th)iD受受uGS控制控制夹夹断区断区（截止区）（截止区）UGS UGS(th)N沟道增强型MOS管的特性曲线RDUDDRGUGGIG=0I39N沟道增沟道增强型型MOS管的特性曲管的特性曲线v转移移特性曲特性曲线线可根据可根据输出特性曲出特性曲线作出作出转移特性曲移特性曲线。例：作例：作uDS=10=10V的一条的一条转移特性曲移特性曲线：UDS(V)ID(mA)0 5 10 15 20UGS=8V 7V 6V 5V 4VUGS=UTUGS(V)ID(mA)0 5 10 U UGSGS(th)(th)=3=3V V4321N沟道增强型MOS管的特性曲线转移特性曲线UDS(V)ID(40P沟道增沟道增强型型绝缘栅场效晶体管效晶体管SiO2 绝缘层结构示意构示意图N 型硅型硅衬底底源极源极 S栅极极 G漏极漏极 D P+P+其工作原理与其工作原理与N沟道沟道管相似，接管相似，接线时应调换电源的极性，源的极性，电流方向也相反。流方向也相反。BDSG符号符号P沟道增强型绝缘栅场效晶体管SiO2 绝缘层结构示意图N 型41N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管管P 型硅型硅衬底底N+N+结构示意构示意图如果如果MOS管在管在制造制造时导电沟道沟道就就已已形成，称形成，称为耗尽型耗尽型场效晶效晶体管。体管。栅极极 GBSourceGateDrainBase衬底底B源极源极 S漏极漏极 D SiO2绝缘层中中掺 有大量有大量正正离子离子N型型导电沟道沟道GSD符号符号N沟道耗尽型沟道耗尽型绝缘栅场效晶效晶体管与体管与N沟道增沟道增强型型绝缘栅场效晶体管的符号有何不同？效晶体管的符号有何不同？N沟道耗尽型MOS管P 型硅衬底N+N+结构示意图如果MOS42N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管管由于耗尽型由于耗尽型场效效应管制造管制造时导电沟道就已存在，所以沟道就已存在，所以在在UGS=0=0时，若漏，若漏源之源之间加上一定的加上一定的电压UDS，就，就会会有漏极有漏极电流流 ID 产生。生。这时的漏极的漏极电流用流用I IDSS表示，称表示，称为饱和漏极和漏极电流流。当当UGS 0时，使，使导电沟道沟道变宽，ID 增大；增大；当当UGS 0时，使，使导电沟道沟道变窄，窄，ID 减小；减小；UGS负值愈愈高，沟道愈窄，高，沟道愈窄，ID就愈小。就愈小。当当UGS达到一定达到一定负值时，N型型导电沟道消失，沟道消失，I ID=0，称，称为场效晶体管效晶体管处于于夹断状断状态（即截止）。（即截止）。这时的的UGS称称为夹断断电压，用，用UGS(off）表示。表示。N沟道耗尽型MOS管由于耗尽型场效应管制造时导电沟道就已存在43N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管的特性曲管的特性曲线RDUDDRGUGGIG=0IDISUDSUGS+-耗尽型的耗尽型的MOS管管UGS=0时就有就有导电沟道，加反向沟道，加反向电压到一定到一定值时才能才能夹断。断。UDS(V)ID(mA)0 4 8 12 16UGS=+2V+1V 0V -1V -2VUGS=UGS(off）输出特性曲出特性曲线簇簇2015105 转移特性曲移特性曲线0ID/mA UGS/V-1-2-348121612UDS=常数常数夹断断电压 UGS(off)IDSSN沟道耗尽型MOS管的特性曲线RDUDDRGUGGIG=0I44P沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管管N型硅型硅衬底底P+P+结构示意构示意图栅极极 GBSourceGateDrainBase衬底底B源极源极 S漏极漏极 D-SiO2绝缘层中中掺 有大量有大量负离子离子P型型导电沟道沟道GSD符号符号P沟道耗尽型MOS管N型硅衬底P+P+结构示意图栅极 GBS45场效效应管的主要参数管的主要参数v直流参数直流参数1.开启开启电压电压UGS(th)或或UT：对对增增强强型型MOS管，当管，当UDS为为定定值时值时，使，使iD刚刚好大于好大于0时对应时对应的的UGS值值。2.夹夹断断电电压压UGS(off)或或UP：对对耗耗尽尽型型 MOS管管 或或 JFET，当当UDS为为定定值时值时，使，使iD刚刚好大于好大于0时对应时对应的的UGS值值。3.饱饱和漏极和漏极电电流流IDSS：对对耗尽型耗尽型MOS管或管或JFET，UGS=0时对应时对应的漏极的漏极电电流。流。4.直流直流输输入入电电阻阻RGS：对对于于JFET的的RGS大于大于10107 7，MOS管的管的RGS大于大于10109 9。场效应管的主要参数直流参数46场效效应管的主要参数管的主要参数v交流交流参数参数1.低低频频跨跨导导gm：低：低频频跨跨导导反映了反映了uGS对对iD的控制作用。的控制作用。gm可以在可以在转转移特性曲移特性曲线线上求得。上求得。2.极极间电间电容容：CGS和和CGD约为约为13pF，CDS约约0.11pF。高高频应频应用用时时，应应考考虑虑极极间电间电容的影响。容的影响。v极限参数极限参数最大漏极最大漏极电流、耗散功率、流、耗散功率、击穿穿电压。对于耗尽型于耗尽型MOG：当：当UGS（off）(即即UP)UGS00时：对于增于增强型型MOG：当：当UGSUGS（th）(即即UT)时：IDO是是UGS=2UGS（th）时对应时对应的的ID场效应管的主要参数交流参数2.极间电容：CGS和CGD约47场效晶体管与晶体管的比效晶体管与晶体管的比较 双极型三极管双极型三极管 单极型极型场效晶体管效晶体管电子和空穴子和空穴两种两种载流子同流子同时参与参与导电载流子流子电子或空穴中子或空穴中一种一种载流子参与流子参与导电 电流控制流控制 电压控制控制 控制方式控制方式类 型型 NPN和和PNP N沟道和沟道和P沟道沟道放大参数放大参数输入入电阻阻较低低较高高 r rcece很高很高 r rdsds很高很高 输出出电阻阻热稳定性定性 差差 好好制造工制造工艺 较复复杂 简单，成本低，成本低对应电极极 BEC GSD场效晶体管与晶体管的比较 双极型三极48