绝缘栅场效应三极管的工作原理课件

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,*,1.4,场效应管,1.4.1,绝缘栅场效应管的工作原理,1.4.2,伏安特性曲线,1.4.3,结型场效应管,1.4.4,场效应管的参数和型号,1.4.5,三极管和场效应管的比较,场效应管是仅由一种载流子多子参与导电的半导体器件，是一种用输入电压控,制输出电流的半导体器件。从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子的,N,沟道器件和空穴作为载流子的,P,沟道器件。,从场效应管的结构来划分，它有两大类。,1.结型场效应管,JFET,2.绝缘栅型场效应管也,称,金属氧化物半导体管,MOSFET,D,为漏极，相当于,c;,G,为栅极，相当于,b；,S,为源极，相当于,e。,1.4.1,绝缘栅场效应管的工作原理,绝缘栅场效应管,MOSFET,。分为,增强型,N,沟道、,P,沟道,耗尽型 ,N,沟道、,P,沟道,(,1),N,沟道增强型,MOSFET,结构,N,沟道增强型,MOSFET,结构示意图,g,d,s,b,当,V,GS,=0V,时，漏源之间相当于两个背靠背的 二极管，在,D、S,之间加上电压不会在,D、S,间形成电流。,V,GS,对漏极电流的控制关系可用,I,D,=,f,(,V,GS,),V,DS,=const,这一曲线描述，称为,转移特性曲线,。,当,V,GS,V,GS(th),时（,V,GS(th),称为开启电压),随着,V,GS,的继续增加，,I,D,将不断增加。在,V,GS,=0V,时,I,D,=0，,只有当,V,GS,V,GS(th),后才会出现漏极电流，这种,MOS,管称为,增强型,MOS,管,。,栅源电压比较强,感生沟道或反形层 的形成，,将漏极和源极沟通。,如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流,I,D,。,工作原理,1栅源电压,V,GS,的控制作用,转移特性曲线的斜率,g,m,的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。,g,m,的量纲为,mA/V，,所以,g,m,也称为,跨导,。跨导的定义式如下,g,m,=,I,D,/,V,GS,V,DS,=const,(,单位,mS),I,D,=,f,(,V,GS,),V,DS,=const,转移特性曲线,当,V,DS,为0或较小时，相当于,V,GD,V,on,，,沟道分布如图，此时,V,DS,基本均匀降落在沟道中，沟道呈斜线分布。,当,V,DS,增加到使,V,GD,=,V,on,时，沟道如图。这相,当于,V,DS,增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况，称为预夹断。,当,V,DS,增加到,V,GD,V,on,时，沟道如图。此时预夹断区域加长，伸向,S,极。,V,DS,增加的部分基本降落在随之加长的夹断,沟道上，,I,D,基本趋于不变。,2漏源电压,V,DS,对漏极电流,I,D,的控制作用,V,DS,=,V,DG,V,GS,=,V,GD,V,GS,V,GD,=,V,GS,V,DS,漏极输出特性曲线,I,D,=,f,(,V,DS,),V,GS,=const,当,V,GS,V,GS(th),，,且固定为某一值时，,V,DS,对,I,D,的影响，即,I,D,=,f,(,V,DS,),V,GS,=const,这一关系曲线如图。这一曲线称为漏极输出特性曲线。,漏极输出特性曲线,(2),N,沟道耗尽型,MOSFET,掺杂了大量的杂质正离子,(3),P,沟道耗尽型,MOSFET,P,沟道,MOSFET,的工作原理与,N,沟道,MOSFET,完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有,NPN,型和,PNP,型一样。,1.4.2,结型场效应管,(1)结型场效应管的结构,结型场效应管的结构,g,d,s,在,N,型半导体两边，掺杂高浓度的,P,区，把两个,P,型区并联，引出一个电极,栅极,P,型半导体两端各引出一个电极,源极,漏极,栅极,g-,基极,b,漏极,d-,集电极,c,源极,s-,射极,e,g,s,d,P,P,N,(2)结型场效应管的工作原理,根据结型场效应管的结构，因它没有绝缘层，,PN,结只能工作在反偏的条件下，对于,N,沟道结型场效应管只能工作在负栅压区，,P,沟道的只能工作在正栅压区，否则将会出现栅流。,栅源电压对沟道的控制作用,即,v,GS,对,i,DS,的控制,g,s,d,P,P,N,漏源电压对沟道的影响,即,vDS,对,iDS,的影响,在,N,沟道场效应管中起导电作用的是沟道中的多子电子，在,P,沟道场效应管中起导电作用的是沟道中的多子空穴，在一个场效应管中只有一种极性的多数载流子参与导电，因此场效应管称为单极型三极管。,栅源电压,v,GS,对漏极电流,i,DS,的控制作用,栅源之间反偏电压越大,PN,结的耗尽层越厚，向,N,区扩展,沟道越窄,沟道电阻越大,g,s,d,P,P,N,当栅源之间反偏电压继续增大,两边的耗尽层相遇,沟道全部被夹断,使两边耗尽层刚好相遇时的栅源电压叫夹断电压，用,V,p,或,V,Off,表示。,g,s,d,P,P,N,漏源电压,v,DS,对,i,DS,的影响,当,V,DS,增加到使,V,GD,=,V,GS,-,V,DS,=,V,GS(off),时，在紧靠漏极处出现预夹断，当,V,DS,继续增加，漏极处的夹断继续向源极方向延长。,当栅源电压,V,GS,V,GS(off),，,若漏源电压,V,DS,从零开始增加，则,V,GD,=,V,GS,-,V,DS,将随之减小。使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从左至右呈楔形分布。,g,s,d,P,P,N,g,s,d,P,P,N,(,a),漏极输出特性曲线 (,b),转移特性曲线,N,沟道结型场效应管的特性曲线,(3)结型场效应管的特性曲线,JFET,的特性曲线与,MOSFET,的特性曲线基本相同，而结型场效应管的栅压只能是,P,沟道的为正或,N,沟道的为负。,1.4.4,场效应管的参数和型号,(1)场效应管的参数,开启电压,V,GS(th),(,或,V,T,),开启电压是,MOS,增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通。,夹断电压,V,GS(off),(,或,V,P,),夹断电压是耗尽型,FET,的参数，当,V,GS,=,V,GS(off),时,漏极电流为零。,饱和漏极电流,I,DSS,耗尽型场效应管,当,V,GS,=0,时所对应的漏极电流。,输入电阻,R,GS,场效应管的栅源输入电阻的典型值,，,对于结型场效应管，反偏时,R,GS,约大于10,7,，,对于绝缘栅型场效应管,R,GS,约是10,9,10,15,。,低频跨导,g,m,低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用，这一点与电子管的控制作用相似。,g,m,可以在转 移特性曲线上求取，单位是,mS(,毫西门子)。,最大漏极功耗,P,DM,最大漏极功耗可由,P,DM,=,V,DS,I,D,决定，与双极型三极管的,P,CM,相当。,各类场效应管的特性曲线,绝缘栅场效应管,N,沟,道,增,强,型,P,沟,道,增,强,型,伏安特性曲线,绝缘栅场效应管,N,沟,道,耗,尽,型,P,沟,道,耗,尽,型,结型场效应管,N,沟,道,耗,尽,型,P,沟,道,耗,尽,型,1.4.5,双极型和场效应型三极管的比较,双极型三极管,场效应管,结构,NPN,型 结型耗尽型,N,沟道,P,沟道,PNP,型 绝缘栅增强型,N,沟道,P,沟道,绝缘栅耗尽型,N,沟道,P,沟道,C,与,E,一般不可倒置使用,D,与,S,有的型号可倒置使用,载流子 多子扩散少子漂移 多子漂移,输入量 电流输入 电压输入,控制 电流控制电流源,CCCS(,),电压控制电流源,VCCS(,g,m,),双极型三极管,场效应三极管,噪声 较大 较小,温度特性 受温度影响较大 较小，可有零温度系数点,输入电阻 几十到几千欧姆 几兆欧姆以上,静电影响 不受静电影响 易受静电影响,集成工艺 不易大规模集成 适宜大规模和超大规模集成,例,：用数字电压表测得,V,B,=4.5,V,、,V,E,=3.8,V,、,V,C,=8,V,，试判断三极管的工作状态,。,