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1、第七章场效应管,场效应管,7.1 概述,场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管。FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。,CEP35P03,CEB05N65,2N2102,IRF150,CEM8311,CED6426,场效应管与晶体管的优缺点,晶体三极管(BJT)的弱点：1、晶体管为电流控制器件，需要信号源提供一定的电流，因此输入电阻低。2、因为有少子
2、参与导电，受温度、辐射等因素影响大，噪声大。,场效应管（FET）的优点1、场效应管为电压控制器件，基本不需要输入电流、因此输入电阻高(结构上能保证)。2、场效应管只有多子参与导电、稳定性好，噪声低；3、场效应管比晶体管种类多，漏极、源极可以互换，灵活性高；4、集成电路工艺简单。,场效应管的分类,N沟道,P沟道,增强型,耗尽型,N沟道,P沟道,N沟道,P沟道,（耗尽型）,场效应管的结构,N,基底：N型半导体,两边是P区,G(栅极),S源极,D漏极,导电沟道,结构,N沟道结型场效应管,P沟道结型场效应管,PN结反偏，UGS越大则耗尽区越宽，导电沟道越窄。,UDS较小时,场效应管的工作原理,UDS较
3、小时,但当UGS较小时，耗尽区宽度有限，存在导电沟道。DS间相当于线性电阻。,UGS越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。,UDS较小时,UGS达到一定值时（夹断电压VP）,耗尽区碰到一起，DS间被夹断，漏极电流是ID=0。,UGSVp且UDS较大时UGDVP时耗尽区的形状,越靠近漏端，PN结反压越大,UGSVp且UDS较大时UGDVP时耗尽区的形状,沟道中仍是电阻特性，但是非线性电阻。,UGSVpUGD=VP时,漏端的沟道被夹断，称为予夹断。,UDS增大则被夹断区向下延伸。,UGSVpUGD=VP时,此时，电流ID由未被夹断区域中的载流子形成，基本不随UDS的增加而增加，呈恒流特性。,饱和漏极
4、电流,夹断电压,转移特性曲线一定UDS下的ID-UGS曲线,场效应管的特性曲线,ID,U DS,恒流区,输出特性曲线,0,N沟道结型场效应管的特性曲线,转移特性曲线,输出特性曲线,N沟道结型场效应管的特性曲线,-2v,结型场效应管的缺点：,1.栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在某些场合仍嫌不够高。,3.栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。,绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。,2.在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。,金属-氧化物-半导体场效应管 MOSFET,（1）结构和电路符号,P型基底,两个N区,SiO2绝缘层,Metal-Oxide-Simi
5、conductor Field Effect Transistor,金属铝,导电沟道,N沟道增强型,N沟道耗尽型,予埋了导电沟道,P沟道增强型,P沟道耗尽型,予埋了导电沟道,（2）MOS管的工作原理,以N沟道增强型为例,UGS=0时,对应截止区,UGS0时,感应出电子,VT称为阈值电压,UGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，UGS越大此电阻越小。,当UDS不太大时，导电沟道在两个N区间是均匀的。,当UDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。,UDS增加，UGD=VT时，靠近D端的沟道被夹断，称为予夹断。,4,3,2,1,0,5,10,15,UGS=5V,6V,4V,3V,2V,ID/m
6、A,UDS=10V,增强型 MOS 管的特性曲线,0,1,2,3,2,4,6,UGS/V,UGs(th),输出特性,转移特性,UDS/V,ID/mA,可变电阻区：UGS不变，ID与UDS成正比，漏源之间相当于一个可变电阻。,4,3,2,1,0,5,10,15,UGS=5V,6V,4V,3V,2V,ID/mA,UDS=10V,增强型 NMOS 管的特性曲线,0,1,2,3,2,4,6,UGS/V,3.特性曲线,UGs(th),输出特性,转移特性,UDS/V,ID/mA,4,3,2,1,0,5,10,15,UGS=5V,6V,4V,3V,2V,ID/mA,UDS=10V,增强型 NMOS 管的特性
7、曲线,0,1,2,3,2,4,6,UGS/V,3.特性曲线,UGs(th),输出特性,转移特性,UDS/V,ID/mA,击穿区：UDS过大，ID急剧增加。,4,3,2,1,0,5,10,15,UGS=5V,6V,4V,3V,2V,ID/mA,UDS=10V,增强型 NMOS 管的特性曲线,0,1,2,3,2,4,6,UGS/V,3.特性曲线,UGs(th),输出特性,转移特性,UDS/V,ID/mA,转移特性：ID=f（UGS）|u=常数,（3）N沟道增强型MOS管的特性曲线,转移特性曲线,耗尽型N沟道MOS管的特性曲线,耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。,转移特性
8、曲线,输出特性曲线,UGS=0V,UGS=+1V,UGS=+2V,综上分析可知,沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，所以场效应管也称为单极型三极管。,JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制,预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。,JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因 此iG0，输入电阻很高。,N沟道结型管与P沟道结型管比较,场效应管的主要参数,夹断电压VP(或VGS(off)：,饱和漏极电流IDSS：,低频跨导gm：,或,漏极电流约为零时的VGS值。,VGS=0时对应的漏极电流。,低频跨导反映了vGS对iD的控制作用。gm可以在转移特性曲线上求得，单位是
9、mS(毫西门子)。,直流输入电阻RGS：,对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107。,最大漏极功耗PDM,最大漏源电压V(BR)DS,最大栅源电压V(BR)GS,输出电阻rd：,几种常用的场效应三极管的主要参数,7.3场效应管的命名方法,现行有两种命名方法。第一种命名方法与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表 材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3DO6C 是绝缘栅型N沟道场效应三极管。第二种命名方法是CS#，CS代表场效应管，以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。
10、例如CS14A、CS45G等。,场效应管的作用：,1、场效应管可应用于放大。由于场效应管放大器的输入阻抗很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解电容器。2、场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。3、场效应管可以用作可变电阻。4、场效应管可以方便地用作恒流源。5、场效应管可以用作电子开关。,场效应管的测试：,1、结型场效应管的管脚识别：场效应管的栅极相当于晶体管的基极，源极和漏极分别对应于晶体管的发射极和集电极。将万用表置于R1k档，用两表笔分别测量每两个管脚间的正、反向电阻。当某两个管脚间的正、反向电阻相等，均为数K时，则这两个管脚为漏极D和源极S（
11、可互换），余下的一个管脚即为栅极G。对于有4个管脚的结型场效应管，另外一极是屏蔽极（使用中接地）。,2、判定栅极用万用表黑表笔碰触管子的一个电极，红表笔分别碰触另外两个电极。若两次测出的阻值都很小，说明均是正向电阻，该管属于N沟道场效应管，黑表笔接的也是栅极。制造工艺决定了场效应管的源极和漏极是对称的，可以互换使用，并不影响电路的正常工作，所以不必加以区分。源极与漏极间的电阻约为几千欧。注意不能用此法判定绝缘栅型场效应管的栅极。因为这种管子的输入电阻极高，栅源间的极间电容又很小，测量时只要有少量的电荷，就可在极间电容上形成很高的电压，容易将管子损坏。,目前常用的结型场效应管和MOS型绝缘栅场效应管的管脚顺序如下图所示。,
