半导体器件与模型.ppt

《半导体器件与模型.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《半导体器件与模型.ppt（113页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第 一 章,半 导 体器 件 与 模 型,1.1 半导体的导电特性,1.1.1 本征半导体,半导体具有某些特殊性质：光敏热敏、掺杂特性,导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。,绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。,半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。,1、本征半导体的结构与模型,通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。,现代电子学中，用得最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。,除去价电子后的原子,价电子,本征半导体：,完全纯净的、结构完整的半导体晶体。,硅

2、和锗的共价键结构,共价键共用电子对,共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键。,形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。,共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。,2、本征半导体的导电原理,可将空穴看成带正电荷的载流子,本征半导体中有两种载流子：带负电荷的自由电子和带正电荷的空穴,热激发产生的自由电子和空穴是成对出现的，电子和空穴又可能重新结合而成对消失，称为复合。在一定温度下自由电子和空穴维持一定的浓度。,自由电子,空穴,温度增加将使价电子获得能量，挣脱共价键束缚成为自由电子，同时在原位留下空穴。,本征激发（热激发）,3、本征

3、半导体中载流子浓度,温度一定时，载流子的产生和复合将达到动态平衡，此时载流子浓度为一热平衡值，温度升高，本征激发产生的载流子数目将增加，但同时复合作用也增加，载流子的产生和复合将在新的更大浓度值的基础上达到动态平衡。,本征激发中有,据理论分析和实验证明，有,本征半导体的导电能力很弱，可通过掺杂来进行改善,温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。,1.半导体中两种载流子,2.本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，称为 电子-空穴对。,4.由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又不断的复合。在一定的温度下，产生

4、与复合运动会达到平衡，载流子的浓度就一定了。,5.载流子的浓度与温度密切相关，它随着温度的升高，基本按指数规律增加。,小 结,1.1.2 杂质半导体,掺入杂质后的本征半导体称为杂质半导体。,P型半导体,P型半导体中空穴是多数载流子（多子），主要由掺杂形成；电子是少数载流子（少子），由热激发形成,空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质称为受主杂质,本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等形成 P型半导体(或空穴型半导体),在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成 N型半导体（电子型半导体）。,在N型半导体中自由电子是多子,它主要由杂质原子提供；空穴是少子,由热激发形成。,提

5、供自由电子的五价杂质原子因自由电子脱离而带正电荷成为正离子，五价杂质原子被称为施主杂质,N型半导体,1.掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少数载流子的浓度。,3.杂质半导体总体上保持电中性。,4.杂质半导体的表示方法如下图所示。,2.杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导体，因而其导电能力大大改善。,N 型半导体,P 型半导体,说明：,1.1.3 半导体中的电流,1、漂移电流,外加电场时，载流子在电场力的作用下形成定向运动，称为漂移运动，并由此产生电流，称为漂移电流。,漂移电流为两种载流子漂移电流之和，方向与外电场一致。,2、扩散电流,当半导体有光照或者载流子注入时，半导体中将出现载

6、流子的浓度差，载流子将由高浓度区域向低浓度区域运动，这种定向运动称为扩散运动，由此形成的电流称为扩散电流。,1.2 PN结,1.2.1 PN结的形成,将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，另一侧掺杂成N型半导体，在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层 PN结。,多子扩散,耗尽层,阻挡层,势垒区,1.2.2 PN结的导电特性,1、正向特性,PN结外加直流电压VF：P区接高电位（正电位），N区接低电位（负电位）,内电场被削弱，多子的扩散加强，能够形成较大的扩散电流。,正偏正向电流,正偏时，PN结呈现为一个小电阻。,2、反向特性,硅PN结的Is为 pA级 温度T增加 Is增大,PN结反偏：P区接低

7、电位（负电位），N区接高电位（正电位）。,内电场被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小电流,反偏时，PN结呈现为一个大电阻。,反偏反向电流,结论,PN结正向偏置,空间电荷区变窄,正向电阻很小（理,想时为0）,正向电流较大,PN结导通,PN结反向偏置,空间电荷区变宽,想时为）,反向电流（反向饱和电流）极小（理想时为0）,PN结截止,反向电阻很大（理,单向导电性,PN结正向偏置时导通，反向偏置时截止,3、PN结的正向伏安特性,PN结所加端电压vD与流过它的电流I的关系为：,一般而言，要产生正向电流时，外加电压远大于VT，正向电流远大于Is，则可得,Is非常小，常忽略不

8、计。,门坎电压 Vth,1.2.3 PN结的击穿特性,二极管处于反向偏置时，在一定的电压范围内，流过PN结的电流很小，但电压超过某一数值时，反向电流急剧增加，这种现象我们就称为反向击穿。击穿时对应的反向电压称为击穿电压，计为V(BR)。,击穿形式分为两种：雪崩击穿和齐纳击穿。,雪崩击穿：,如果掺杂浓度较低，PN结较厚实，当反向电压增高时，空间电荷区增厚，内电场加强，有利于少子的漂移运动，使少子在其中获得加速，从而把电子从共价键中撞出，形成雪崩式的连锁反应，载流子急剧增加，反向电流猛增，形成雪崩击穿。,由于PN结较厚，对电场强度要求高，所需反向电压大。,齐纳击穿：,高掺杂情况下，阻挡层很窄，宜于

9、形成强电场，而破坏共价键，使价电子脱离共价键束缚形成电子空穴对，致使电流急剧增加。,击穿现象破坏了PN结的单向导电性，我们在使用时要避免。,*击穿并不意味着PN结烧坏。,可利用击穿特性制成稳压二极管。,击穿电压的温度特性：,齐纳击穿电压具有负温度系数,击穿电压低于6V的击穿属于齐纳击穿击穿电压高于6V的击穿属于雪崩击穿,雪崩击穿电压具有正温度系数,PN结的温度特性,T 在电流不变情况下管压降Vth 反向饱和电流IS，V(BR),硅PN结稳定性较锗结好,温度每升高1度，反相饱和电流增加1倍,正向特性左移，反向特性下移,1.2.4 PN结的电容特性,1、势垒电容CT：PN结上的反偏电压变化时，空间

10、电荷区相应变化，结区中的正负离子数量也发生改变，即存在电荷的增减，这相当于电容的充放电，PN结显出电容效应，称为势垒电容。,PN结的总电容：,2、扩散电容CD：正偏时，多数载流子的扩散运动加强，多子从一个区进入另一区后继续扩散，一部分复合掉了，这样形成一定浓度分布，结的靠P区一侧集结了电子，另一侧集结了空穴，即形成了电荷的积累，这种效应用扩散电容表示。,利用PN结的电容特性，可以构成变容二极管,低频使用时，可忽略结电容的影响。,1.2.5 二极管的结构和主要参数,1、二极管的结构,平面型二极管：用于集成电路中。,面接触型二极管：PN结面积大，允许通过较高较大电流，但结电容大，适于低频工作。,点

11、接触型二极管：PN结面积小，结电容小，工作频率高，但不能承受较高反向电压和较大电流。,2、二极管的VI特性,死区电压 硅管0.6V,锗管0.2V。,导通压降:硅管0.60.7V,锗管0.20.3V。,反向击穿电压VBR,二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流,3、二极管的主要参数,1）最大整流电流IFM,2）最高反向电压VRM,3）反向电流IR,4）最高工作频率fM,二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压VWRM一般是VBR的一半,二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流越小，管子的单向导电性越好。

12、温度越高反向电流越大。硅管的反向电流小于锗管,前三项是二极管的直流参数，主要利用二极管的单向导电性，应用于整流、限幅、保护等等,1.3 二极管的等效模型及分析方法,1、指数模型,2、理想二极管开关模型,适应于电源电压远大于二极管的管压降时,电路模型,3、二极管恒压降模型,电源电压不是很大，可与二极管的导通压降比拟时，应考虑二极管的管压降,硅二极管管压降常取为0.7V，锗管压降取0.2V。,4、折线模型,当二极管导通时，端电压很小的变化将引起电流的很大变化，在一些应用场合，不能忽略这个变化。,二极管特性曲线在Q点的斜率为,当二极管工作在Q点附近时，折线与曲线正切于该点，由切线的斜率可求得等效电压

13、,5、小信号模型,当外加信号工作在特性曲线的某一小范围内时，二极管的电流将与外加电压的变化成线性关系，可用小信号模型来进行等效。,静态电压,静态电流,未加交流信号时的静态工作点,管子的体电阻,1.3.2 二极管电路的分析方法,1、图解法,静态工作点的图解,线性电路方程,二极管电流方程,据电路原理，两者端电压和电流相等。两线交点Q为静态工作点，对应的IQ为静态电流，VQ为静态电压。,直流负载线,2、工程近似分析方法3、小信号分析方法,交流信号的图解,线性电路方程,2、工程近似法,1）整流电路,2）限幅电路,限幅电路常来选择预置电平范围内的信号。作用是把输出信号幅度限定在一定的范围内，亦即当输入电

14、压超过或低于某一参考值后，输出电压将被限制在某一电平（称作限幅电平），且再不随输入电压变化。,若二极管具有理想的开关特性，那么，当v低于E时，D截止，voE；当v高于E以后，D导通，vo v。,思考：将二极管极性反转，将得到什么效果？,3）开关电路,例:电路如图，求：VAB,忽略二极管正向压降，二极管D2可看作短路,取 B 点作参考点，V1 阳=6 V，V2 阳=0 V，V1 阴=V2 阴，由于V2 阳电压高，因此D2优先导通,VAB=0 V，D1截止,4）低电压稳压电路,当电路工作时，若电源出现波动或者负载发生改变，将引起输出电压的变化，为稳定输出电压，可采用二极管稳压电路。,戴维南等效电路

15、,rd的引入，使VI的变化对电流变化的影响减小,所以输出电压稳定,3、小信号等效分析法,小信号等效电路,二极管电路如图，求输出电压。其中,输入交流信号较小时，可将二极管视为线性元件，用引线电阻和体电阻串联来等效。,特殊二极管,1、稳压二极管,(a)符号,(b)2CW17 伏安特性,DZ,反向击穿电压即稳压值,稳压管的主要参数,(1)稳定电压VZ,(2)动态电阻rZ,在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压,rZ=VZ/IZ,(3)最大耗散功率 PZM,(4)最稳定工作电流IZmax 和最大小稳定工作电流IZmin,(5)温度系数VZ,简单稳压电路,问题：1）不加R可以吗？,2）上

16、述电路VI为正弦波，且幅值大于VZ，VO的波形是怎样的？,（1）设电源电压波动(负载不变),VI VOVZ IZ,VOVR IR,（2）设负载变化(电源不变)略,2、变容二极管,4、PIN二极管,5、光电二极管,发光二极管,光敏二极管,光电耦合器件,3、肖特基二极管,1.4 半导体三极管,1、三极管的分类,按照材料分：硅管、锗管等,按照频率分：高频管、低频管,按照功率分：小、中、大功率管,按照结构分：NPN型和PNP型,(a)和(b)都是小功率管，(c)为中功率管，(d)为大功率管,1.4.1 三极管的结构、符号及分类,2、基本结构和符号,结构特点,1）发射区掺杂浓度很高，且发射结的面积较小,

17、2）集电结的面积大于发射结的面积，便于收集电子,3）基区非常薄，掺杂溶度也很低,三极管具有电流放大作用的内因,3、三极管（放大电路）的三种组态,共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示;,共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。,共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；,如何判断组态？,晶体管具有电流放大作用的外部条件：,三极管的工作状态,饱和区,反向工作区,截止区,正向工作区,小信号放大电路的工作区,1.4.2 三极管放大区的工作原理,电源负极向发射区补充电子形成发射极电流IE,电子流向电源正极形成IC,发射极注入载流子,电子在基区中的扩散与复合,集电区收集电子,1、三极管的载流

18、子运动过程,三极管的电流分配关系,集电极电流,发射极电流,基极电流,ICIB,整理可得：,ICBO 称反向饱和电流,ICEO 称穿透电流,1）共射直流电流放大系数,2）共射交流电流放大系数,2、晶体管的共射电流放大系数,是共射极电流放大系数，只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般 1（10100）,三极管的基极电流对集电极电流具有控制作用,2）共基交流电流放大系数,3、共基电流放大系数,1）共基直流电流放大系数,为共基极电流放大系数，它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般=0.90.99,1.4.3 三极管的伏安特性曲线,1、共基电路特性曲线,输入特性曲线,基

19、区宽度调制效应导致输出电压的增加使曲线左移。,输出特性曲线,放大区：发射结正偏、集电结反偏，输入电流对输出电流有控制作用。,共基组态交流电流传输系数,基区宽度调制效应导致曲线随vCB增加而略微上倾,截止区：,饱和区：vCB0,集电结正偏，iC随之下降，达到饱和。,2、共发射极电路特性曲线,输入特性曲线,两个结正偏，iB为两结正向电流之和。,集电结由正偏转为反偏，管子由饱和向放大状态转化，iB大大减小。,集电极收集能力已达到最大，特性曲线变化很小。,两个结反偏，iB为两结反向电流之和。vBE太大将反向击穿。,输出特性曲线,放大区：vCB0,发射结正偏、集电结反偏，iC随iB线性变化。,共发组态交

20、流电流传输系数,饱和区：vCB0,两结正偏，iC不受iB控制，达到饱和。iC随vCE增大而增大。VCES为饱和压降。,临界饱和线,临界饱和线：vCB0为集电结处于正偏和反偏的临界值，对应的曲线为临界饱和线。,基区宽度调制效应导致曲线随vCE增加而上倾。输出特性曲线向左延伸交于一点，相应的电压VA称为厄尔利电压。,击穿区：vCE太大，出现击穿其值与iB成正比。对应iB 0（iC ICEO）的击穿电压为V(BR)CEO对应iE 0（iB-ICBO）的击穿电压为V(BR)CBO,截止区：,1.4.4 三极管的主要参数,集电结反向饱和电流 ICBO,集电极穿透电流 ICEO,电流传输系数（放大倍数）,

21、极间反向饱和电流,发射结反向饱和电流 IEBO,结电容,发射结电容 Cbe,集电结电容 Cbc,电流放大系数、,极限参数,集电极最大允许电流 ICM,反向击穿电压 V(BR)CEO、V(BR)CEO、V(BR)CBO,集电极最大允许耗散功率 PCM,V(BR)CEO,PCM=ICVCE,安全工作区,过损区,温度对三极管参数及特性的影响,温度T,少子浓度,IC,ICBO,ICEO,IC=IB+(1+)ICBO,IB,VBE,载流子运动加剧，发射相同数量载流子所需电压,输入特性曲线左移,载流子运动加剧，多子穿过基区的速度加快，复合减少,IC IB,输出特性曲线上移,输出特性曲线族间隔加宽,温度每上

22、升l，值约增大0.51,温度上升10，ICEO将增加一倍,温度上升1，VBE将下降22.5mV,三极管工作状态的判断,例1：测量某NPN型BJT各电极对地的电压值如下，试判别管子工作在什么区域？（1）VC 6V VB 0.7V VE 0V（2）VC 6V VB 4V VE 3.6V（3）VC 3.6V VB 4V VE 3.4V,解：,对NPN管而言，放大时VC VB VE对PNP管而言，放大时VC VB VE,（1）放大区（2）截止区（3）饱和区,例2某放大电路中BJT三个电极的电流如图所示。IA-2mA,IB-0.04mA,IC+2.04mA,试判断管脚、管型。,解：电流判断法。电流的正方

23、向和KCL。IE=IB+IC,A,B,C,IA,IB,IC,C为发射极B为基极A为集电极。管型为NPN管。,管脚、管型的判断法也可采用万用表电阻法。参考实验。,例3：测得工作在放大电路中几个晶体管三个电极的电位U1、U2、U3分别为：（1）U1=3.5V、U2=2.8V、U3=12V（2）U1=6V、U2=11.8V、U3=12V判断它们是NPN型还是PNP型？是硅管还是锗管？并确定e、b、c。,（1）U1 b、U2 e、U3 c NPN 硅（2）U1 c、U2 b、U3 e PNP 锗,原则：先求UBE，若等于，为硅管；若等于，为锗管 发射结正偏，集电结反偏。NPN管UC UB UE PNP

24、管UC UB UE。,解：,1.4.6 三极管的小信号模型,vi0时对应的偏置电流电压值为静态偏置值。,加入vi，电路中的瞬时值为静态值与交流瞬时值的叠加。如,vi较小时，其对应变化范围内的输入输出特性可视为直线，此时的非线性器件三极管可等效为线性器件来进行分析。,小信号的范围,VBEQ对应的静态电流为,时，上式可展开成幂级数,忽略二次方及以上项可得:,三极管的跨导：,此时，输出电流瞬时值与输入电压瞬时值成线性关系。,小信号的条件：,三极管放大工作时，在静态点上叠加交流小信号，三极管对交流信号具有线性传输特性，三极管可用线性有源网络来进行等效。此网络具有和三极管相同的端电压、电流关系，为三极管

25、的小信号模型。,小信号模型的获得有两种途径：,由物理结构和数学模型可以得到混合型等效电路。,视三极管为二端口网络，利用端口电流电压关系，得到网络参数模型。,1、共发射极三极管混合型模型的引入,在工作点Q附近展开成泰勒级数,小信号时可忽略高阶项，并利用,可得,为简化表达，引入四个g参数,输出短路时的输入电导,输出短路时的正向传输电导（跨导）,输入短路时的输出电导,输入短路时的反向传输电导,相对很小，可忽略。,线性g参数模型,取,考虑基区体电阻,三极管的结构模型,2、混合型参数与工作点电流的关系,在工作点Q处对指数模型求导可得到相应的g参数,1）三极管的跨导gm,：发射结正偏时Q点对应的动态电阻,

26、跨导gm反映了 作为控制电压时对集电极电流的控制能力。,室温时，,2）发射结的结层电阻,3）集射电阻,集射电阻一般在几千欧以上，与集电极静态电流成反比，与VA成正比，其大小反映了输出特性曲线的倾斜程度，为基区宽度调制参数。,4）集电结的结层电阻,值在100K10M之间，反映了输出电压对输入电流的影响，也为基区宽度调制参数。,5）基区体电阻,6）极间电容 和,为基区体电阻和接触电阻，低频小功率管约为300；ICQ增大，体电阻将减小，VCEQ增大，体电阻将增大。,为发射结电容，小功率管为几十至几百pF；,为集电结电容，三极管放大使用时，其值很小，只有零点几到几pF。,3、三极管的网络参数模型,1）

27、H参数的引出,放大器采用不同组态，其端口参量必然不同，得到的参数也会不同，下面以共射电路为例进行分析。,小信号下，考虑电压、电流之间的微变关系，对上面两式取全微分可得：,式中hie hre hfe hoe 称为BJT的H参数,由于dvBE、dvCE、diB、diC代表无限小的信号增量，也就是可以用电流、电压的交流分量来代替。即：,H参数的含义,输出交流短路时，三极管的输入电阻,输出交流短路时，三极管的正向电流传输系数（放大倍数）,输入交流开路时，三极管的反向电压传输系数,输入交流开路时，三极管的输出电导,2）共发组态的H参数模型,受控电压源,受控电流源,3、两种参数模型的比较,混合型模型：适用

28、频率范围很宽，参数有比较明确的物理意义，但引入了内基极点，参数不容易测得。高频分析时采用。,H参数模型：模型简单，低频参数容易测得，适于对低频小信号电路进行分析。,1.5 场效应管,由于半导体三极管放大工作时，发射结必须正偏，使得输入端始终存在输入电流。改变输入电流，则输出电流随之变化，故三极管为电流控制器件，其输入电阻不高。,场效应管是通过改变输入电压，利用电场效应实现对输出电流的控制的，为电压控制器件。它不吸收信号源，不消耗信号源功率，输入电阻非常高。另外，场效应管还具有温度稳定性好、噪声低、便于集成等优点，得到广泛应用。,场效应管的分类,FET场效应管,JFET结型,MOSFET绝缘栅型

29、,N沟道,P沟道,增强型(E型),耗尽型(D型),N沟道,P沟道,N沟道,P沟道,（耗尽型）,1.5.1 MOS场效应管,1、增强型MOS管,N沟道增强型MOS管,N沟道的形成及导电过程,栅极悬空时，漏极和源极之间未形成导电沟道，,取小电压时，,衬底表面形成空间电荷区，,增大时，P型衬底出现N型 层，称为反型层。,反型层将两个N区连接，形成N沟道。同时，连续的耗尽层将源区、漏区和沟道与衬底分隔开来。,靠增强栅源电压来形成导电沟道的MOS管，称为增强型MOS场效应管。,反型层,开始形成导电沟道的VGS称为开启电压VGS（th）（或记为VT）,后，加入,形成漏极电流iD,随VGS由0到VT，再继续

30、增大，iD也相应由o到大变化，反之亦然，实现VGS对iD的控制。,漏源电压对沟道的影响,沟道各处的VGD不同，使得沟道厚度不同,增大VDS，iD 将增大，但 同时VGD减小，沟道变窄；,当VGD VGS VDS=VT，漏端沟道被夹断,且当VDS继续增大时，夹断点稍微左移,夹断点到源极电压不变，iD保持不变。,iD主要受VGS 的控制，在漏端夹断前还受VDS影响。,输出特性,三个区：可变电阻区、恒流区(饱和区)、夹断区,特性曲线与电流方程,FET的组成形式有三类：共漏、共源、共栅。,可变电阻区（非饱和区）,vDS很小时，可忽略其平方项,沟道电导：,可见，在非饱和区vGS可控制沟道等效电导。,恒流

31、区（饱和区）,漏端被夹断后，iD基本不随vDS变化，达到饱和,在饱和区vGS对iD有很强的控制作用,在放大电路中，场效应管应工作在饱和区，故饱和区又称为场效应管的放大区。,vDS对沟道长度有调节作用，使输出特性曲线略微上翘。,为沟道调制因子,截止区,沟道没有形成，iD0,vDS增大到一定值，iD急剧增长，管子进入击穿区，vDS为漏源击穿电压V(BR)DS,vDS过大穿可能引起穿通击穿,vGS太大时，绝缘层可能在强电场作用下发生击穿，造成永久性损坏，V(BR)GS为栅源击穿电压。,击穿区,击穿区,UGS UT，iD=0；,UGS UT，形成导电沟道，随着 UGS 的增加，ID 逐渐增大。,(当

32、UGS UT 时),移特性,2、耗尽型MOS场效应管,饱和漏电流,Vp为夹断电压,1.5.2 结型场效应管(JFET),1、结构,在漏极和源极之间加上一个正向电压，N 型半导体中多数载流子电子可以导电。,导电沟道是 N 型的，称 N 沟道结型场效应管。,2、JFET的工作原理（以N沟道为例）,结型场效应管用改变 VGS 大小来控制漏极电流 ID。,*在栅极和源极之间加反向电压，耗尽层会变宽，导电沟道宽度减小，使沟道本身的电阻值增大，漏极电流 ID 减小，反之，漏极 ID 电流将增加。,VGS对沟道具有控制作用,VDS对沟道也产生影响,VGS对沟道的控制作用,VGS=0 时，耗尽层比较窄，导电沟

33、比较宽,VGS 由零逐渐减小，耗尽层逐渐加宽，导电沟相应变窄。,当 VGS=VGS（Off)，耗尽层合拢，导电沟被夹断.,VGS(off)为夹断电压,为负值。也可用VP表示,0vGS Vp时,vDS 对沟道的影响,vGD vGS vDS,VDS ID,GD间PN结的反向电压增加,使靠近漏极处的耗尽层加宽,呈楔形分布。,VGD=VP 时，在紧靠漏极处出现预夹断。,VDS 夹断区延长,但ID基本不变,小 结,改变 vGS，改变了 PN 结中电场，控制了 iD，故称场效应管；结型场效应管栅源之间加反向偏置电压，使 PN 反偏，栅极基本不取电流，因此，场效应管输入电阻很高。,(1)在vGD vGS v

34、DS vGS(off)情况下,即当vDS vGS-vGS(off)对应于不同的vGS，d-s间等效成不同阻值的电阻。,(2)当vDS使vGD vGS(off)时，d-s之间预夹断,(3)当vDS使vGD vGS(off)时，iD几乎仅仅决定于vGS，而与vDS 无关。此时，可以把iD近似看成vGS控制的电流源。,2、JFET的特性曲线,输出特性曲线,恒流区,是vGS=0时，vGD=VP的饱和漏极电流,当vDS很小时，相当于一个线性电阻，改变vGS可以控制电阻大小,非饱和区（可变电阻区）,饱和区（放大区）,vGS对iD有控制作用,vDS对iD也产生影响,转移特性曲线一定VDS下的ID-VGS曲线

35、,各类场效应管的符号和特性曲线,1.5.4 FET的等效模型,JFET和耗尽型MOSFET的转移特性,小信号等效电路,场效应管工作在小信号放大状态时，有,gm为场效应管的跨导，表示栅极电压对漏极电流的控制，反映了FET的放大能力。,rds为输入交流短路时的漏极输出电阻。,1.5.5 FET的主要参数,1、开启电压VT夹断电压VP：2、饱和漏极电流IDSS:3、直流输入电阻RGS（DC）：栅压除栅流4、低频跨导gm:5、输出电阻rd:6、最大漏极电流IDM:7、最大耗散功率PDM:8、击穿电压：V（BR）DS、V（BR）GS,FET与BJT的比较,1、都具有受控作用，三极管为电流控制，存在两种导电载流子，稳定稳定性低；FET为电压控制，一种载流子参与导电，温度稳定性好。,2、放大使用时，FET输入电阻远大于三极管,3、MOS管易损坏，应注意良好接地。,4、FET的漏源极可以互换，三极管各极不能交换。,5、FET的噪声系数远低于三极管。,6、正常工作时，耗尽型MOS管偏压可以为正或负。,7、MOS管工艺简单、功耗小、封装密度高，大量应用于集成电路；三极管增益高、非线性失真小、性能稳定，分立元件电路和中小规模集成电路中常采用。,8、漏源电压很小时，FET具有可变电阻特性，被用于增益控制等电路中。,