场效应晶体管的特点

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2.2 场效应管,2.2.1 结型场效应管,2.2.2 绝缘栅场效应管,2.2.3 场效应管的主要参数和特点,1,2.2 场效应管,场效应管：,是利用输入电压产生的电场效应控制输出电流的电压控制型器件。,特点：,管子内部只有一种载流子参与导电，称为单极型晶体三极管。,2,特点：,由两个PN结和一个导电沟道所组成。三个电极分别为源极S、漏极D和栅极G。漏极和源极具有互换性。,2.2.1 结型场效应管,一、结构和符号,N沟道结型场效应管的结构、符号如图2.2.1所示；P沟道结型场效应管如图2.2.2所示。,工作条件：,两个PN结加反向电压。,图2.2.1 .N沟道结型场效应管,图,2.2.2 P,沟道结型场效应管,3,二、工作原理,以N 沟道结型场效应管为例，原理电路如图所示。,动画12 结型场效应管的工作原理,4,1结型场效应管是一个电压控制电流的电压控制型器件。,2. 所以输入电阻很大。一般可达10,7,10,8,。,结论：,； 。在漏源电压 不变条件下，改变栅源电压 ，通过PN结的变化，控制沟道宽窄，即沟道电阻的大小，从而控制漏极电流 。,工作原理如下：,5,三、结型场效应管的特性曲线和跨导,1. 转移特性曲线,反映栅源电压 对漏极电流 的控制作用。如图2,.,2,.,5所示，若漏源电压一定：,当栅源电压 向负值方向变化时，漏极电流 逐渐减小；,当栅源电压 时，漏极电流 ， 称为饱和漏极电流；,当栅源电压 时，漏极电流 ， 称为夹断电压。,图,2,.,2,.,5,结型场效应管的转移特性曲线,6,结论：在区中，场效应管可看作一个受栅源电压控制的可变电阻。,图2,.,2,.,6 结型场效应管的输出特性曲线,2. 输出特性曲线,表示在栅源电压一定条件下，漏极电流与漏源电压之间的关系。如图2.2.6所示。,（1）可调电阻区（图中区）,不变时， 随 作线性变化，漏源间呈现电阻性；,栅源电压 越负，输出特性越陡，漏源间的电阻越大。,7,图2,.,2,.,6 结型场效应管的输出特性曲线,结论：在,区中，场效应管具有线性放大作用。,（2）饱和区（图中,区）,当 不变时， 不随 变化，基本上维持恒定值，即 对 呈饱和状态。,一定时， 的少量变化引起 较大变化，即 受,控制。,8,图2,.,2,.,6 结型场效应管的输出特性曲线,（3）击穿区（图中,区）,3. 跨导（g,m,）,当 增至一定数值后， 剧增，出现电击穿。如果对此不加限制，将损坏管子。因此，管子不允许工作在这个区域。,反映在线性放大区 对 的控制能力。单位是 。,(2.2.1),9,2.2.2 绝缘栅场效应管,绝缘栅场效应管是一种栅极与源极、漏极之间有绝缘层的场效应管，,简称MOS管。,分类：,有P沟道和N沟道两种类型；每种类型又分为增强 型和耗尽型两种。,一、结构和工作原理,1.N沟道增强型绝缘栅场效应管,特点：,输入电阻高，噪声小。,图,2,.,2,.,7 N,沟道增强型绝缘栅场效应管,10,工作原理如图2.2.8所示：,（1）当 ，在漏、源极间加一正向电压 时，漏源极之间的电流 。,（2）当 ，在绝缘层和衬底之间感应出一个反型层，使漏极和源极之间产生导电沟道。在漏、源极间加一正向电压 时，将产生电流,I,D,。,开启电压 ：增强型MOS管开始形成反型层的栅源电压。,图,2,.,2,.,8 N,沟道增强型绝缘栅场效应管工作原理,11,（3）在 时：,若 ，反型层消失，无导电沟道， ；,若 逐渐增大，导电沟道变宽， 也随之逐渐增大，即 控制 的变化。,若 ，出现反型层即(导电沟道)，D、S之间有电流 流过；,图,2,.,2,.,8 N,沟道增强型绝缘栅场效应管工作原理,12,夹断电压：,使,I,D,=0,时的栅源电压。,2. N沟道耗尽型绝缘栅场效应管,结构及符号如图2,.,2,.,9所示。,特点：,管子本身已形成导电沟道。,图2,.,2,.,9 N沟道耗尽型绝缘栅场效应管,13,工作原理：在 时，,当 ，导电沟道有电流 ；,当 ，并逐渐增大时，导致沟道变宽，使 增大；,当 ，并逐渐增大此负电压，导致沟道变窄，使 。实现 对 的控制作用。,夹断电压 ：使 时的栅源电压 。,图2,.,2,.,9 N沟道耗尽型绝缘栅场效应管,14,二、绝缘栅场效应管的特性曲线和跨导,以,N,沟道,MOS,管为例。,1. 转移特性曲线,N沟道MOS管的转移特性曲线如图2.2.10所示。,增强型：当 时， ；当 时，,。,耗尽型：当 时，,；当 为负电压时 减小；当 时， 。,图2.2.10 N沟道MOS管转移特性曲线,15,2. 输出特性曲线,3. 跨导,可调电阻区,饱和区,击,穿区,三个区,其含义与结型管输出特性,曲线,三个区相同。,16,三、绝缘栅场效应管的图形符号,注意,N、P,沟道的区别在于图中箭头的指向相反。,图,2.2.12 MOS,管的图形符号,17,场效应管输入电阻很高，结型管一般在,10,7,以上；绝缘栅管则更高，一般在,10,9,以上。,2.2.3 场效应管的主要参数和特点,一、主要参数,1. 直流参数,（1）开启电压,V,T,在,V,DS,为定值的条件下，增强型场效应管开始导通（,I,D,达到某一定值，如10,A）时，所需加,V,GS,的值。,（2）夹断电压,V,P,在,V,DS,为定值的条件下，耗尽型场效应管,I,D,减小到近于零时,V,GS,的值。,（3）饱和漏极电流,I,DSS,耗尽型场效应管工作在饱和区且 时，所对应的漏极电流。,（4）直流输入电阻,R,GS,栅源电压,V,GS,与对应的栅极电流,I,G,之比。,18,2. 交流参数,（2）极间电容,场效应管三个电极之间的等效电容,C,GS,、,C,GD,、,C,DS,，一般为几个皮法，结电容小的管子，高频性能好。,（1）跨导,g,m,一定时，漏极电流变化量 和引起这个变化的栅源电压变化量 之比。它表示了栅源电压对漏极电流的控制能力。,19,（2）漏极击穿电压,V,(BR)DS,漏极电流,I,D,开始剧增时所加的漏源间的电压。,3. 极限参数,（1）漏极最大允许耗散功率,P,DM,I,D,与,V,DS,的乘积不应超过的极限值。,20,二、场效应管的特点,表2.2.1 场效应管与普通三极管比较表,项目,器件名称,晶体三极管,场效应管,极型特点,双极型,单极型,控制方式,电流控制,电压控制,类型,PNP型、NPN型,N沟道、P沟道,放大参数,=,50200,g,m,=10005000,m,A/V,输入电阻,10,2,10,4,W,10,7,10,15,W,噪声,较大,较小,热稳定性,差,好,抗辐射能力,差,强,制造工艺,较复杂,简单、成本低,21,