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,*,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,*,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,*,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,*,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,BJT是一种,电流控制元件(,i,B,i,C,)，,工作时，多子和少子都参与运行，所以被称为,双极型器件,。,增强型,耗尽型,N沟道,P沟道,N沟道,P沟道,N沟道,P沟道,FET分类：,绝缘栅场效应管,结型场效应管,场效应管（Field Effect Transistor，FET）是,电压控制器件(,u,GS,i,D,),，工作时，只有一种载流子参与导电：,单极型器件,。,FET因制造工艺简单，功耗小，温度特性好，输入电阻极高等优点，得到了广泛应用。,1.4 场效应管 BJT是一种电,1,一、JFET的结构、符号、工作原理,#,符号中的箭头方向表示什么？,表示栅结正偏时，栅极电流方向是由栅极的P,区指向N沟道。,N,P,+,P,+,D,S,G,D,G,S,D,G,S,b,c,e,PN结,栅极,漏极,源极,N沟道JFET的电路符号,导电沟道,P沟道JFET,P,N,+,N,+,D,S,e,漏极,源极,P沟道JFET的电路符号,#,FET和BJT的电极对应关系：G-b；D-c；S-e；,#,因,FET结构对称，漏极和源极可互换使用。（BJT不能）,一、JFET的结构、符号、工作原理#符号中的,2,注意：,JFET工作时，必须使栅极-沟道间的PN结反偏。,G,N,P,+,P,+,D,S,因栅极沟道间的,PN结反偏,，,栅极电流,i,G,0,；,栅极不取电流,。,栅极输入阻抗高达10,7,以上。,在D-S间加一个正电压,u,DS,0,N沟道中的多子在电场作用下由S向D漂移运动，形成漏极电流,i,D,，,i,D,i,G,i,D,的大小受,u,GS,的控制。,下面主要讨论,u,GS,对,i,D,的控制作用以及,u,DS,对,i,D,的影响。,*,FET的,“,栅极不取电流”,这一点很重要，可给分析带来方便,FET三个电极的电流关系为：,i,G,0,；,i,D,i,S,。,N沟道JFET:,P沟道JFET:,只有一种载流子（多子）参与导电；,注意：JFET工作时，必须使栅极-沟道间的PN结反偏。GNP,3,（1）栅源电压对沟道的控制作用,在栅源间加负电压,u,GS,，令,u,DS,=0,当,u,GS,=0时，为一个平衡PN结，导电沟道最宽。,当,u,GS,时，PN结反偏，耗尽层变宽，导电沟道变窄，沟道电阻增大。,当,u,GS,到一定值时，沟道会完全合拢。,定义：,夹断电压,U,GS(off),使导电沟道完全合拢（消失）所需要的栅源电压,u,GS,（1）栅源电压对沟道的控制作用 在栅源间加负电压uGS,4,（2）漏源电压对沟道的控制作用,在漏源间加电压,u,DS,，令,u,GS,=0,由于,u,GS,=0，所以导电沟道最宽。,当,u,DS,=0时，,i,D,=0。,u,DS,i,D,靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，,呈楔形分布。,当,u,DS,，使,u,GD,=,u,G S,-,u,DS,=,U,GS(off),时，在靠漏极处夹断预夹断。,预夹断前，,u,DS,i,D,。,预夹断后，,u,DS,i,D,几乎不变。,u,DS,再，预夹断点下移。,（3）栅源电压u,GS,和漏源电压u,DS,共同作用,i,D,=,f,（,u,GS,、,u,DS,），可用两组特性曲线描述,（2）漏源电压对沟道的控制作用 在漏源间加电压uDS，,5,沟道预夹断后，,u,DS,当,u,DS,较小时,，,由于沟道较宽，,i,D,随,u,DS,的增大成正比地增大；,回顾：,D、S间的电位梯度使导电沟道呈,楔形,；,u,DS,|,u,GD,|,耗尽层,越宽,当,u,GD,=,u,GS,-,u,DS,=,U,GS(off,),(负数),此时两耗尽层在A点相遇，,为预夹断状态。,（预夹断方程）,夹断区长度,外电压的增量主要降落在夹断区上。,i,D,趋于饱和，不再随,u,DS,的增加而上升。,u,DS,i,D,0,U,GD,=,U,GS(off),BU,DS,I,DSS,饱和漏极电流,u,DS,BU,DS,，,PN结击穿，,i,D,急剧增大。,u,GS,=0,改变的,u,GS,值，得到一簇特性曲线。,-,2V,-,4V,-,6V,即：,u,DS,=,u,GS,-,U,GS(off,),JFET的输出特性曲线,二、JFET的特性曲线,沟道预夹断后，uDS当uDS较小时，由于沟道较宽，iD随,6,u,DS,i,D,0,0,-,4,-,1,-,2,-,3,u,GS,=,u,DS,1.输出特性曲线,可变电阻区,恒流区（饱和区、线性区）,击穿区,截止区（全夹断区）,I,DSS,可变电,阻区,恒流区,击,穿,区,截止区,U,GS(off),沟道电阻受栅源电压控制。,JFET作放大器件时应工作在恒流区。,D,G,S,i,D,受,u,GS,控制，,i,D,基本不受,u,DS,的影响。,BU,DS,u,GS,u,GS(off),在数字逻辑电路中FET工作在可变电阻区或截止区。,uDSiD0 0-4-1-2-3uGS=uDS1.输出特性,7,D,G,S,u,DS,0,0,4,1,2,3,u,GS,=,I,DSS,可变电,阻区,恒流区,击,穿,区,i,D,u,DS,截止区,U,GS(off),u,GS,u,GS(off),P沟道JFET的输出特性：,要求：,u,GS,0;,u,DS,0,G,P,+,P,+,D,S,P,电流由S流向D,DGSuDS0 04123uGS=IDSS可变电恒流区击iD,8,N沟道JFET各工作区的条件：,截止区,可变电阻区,预夹断状态,恒流区,电源极性,u,GS,u,GD,/,u,GS,0;,u,DS,0,u,GS,u,GS(off),u,GS(off),u,GS(off),u,GD,=,u,GS(off),u,GD,u,GS(off),P沟道JFET各工作区的条件：,截止区,可变电阻区,预夹断状态,恒流区,电源极性,u,GS,u,GD,/,u,GS,0;,u,DS,0,u,GS,u,GS(off),0,u,GS,u,GS(off),u,GD,=u,GS(off),u,GD,u,GS(off),N沟道JFET各工作区的条件：截止区可变电阻区,9,例题：,+8V,-,2V,+8V,-,5V,-,8V,截止区,u,GS,u,GS(off),u,GD,=,-,10V,u,GS(off),恒流区,u,GS,2V,u,GS,5V,u,GS(off),u,GS,u,GS(off),恒流区,已知FET各极电位，如何判断管子的工作状态？,认清器件类型：N沟道/P沟道,看,u,GS,与夹断电压,u,GS,(0ff),的关系,看,u,GD,与夹断电压,u,GS,(0ff),的关系,例题：+8V-2V+8V-5V-8V截止区uGS10,10,i,G,=0,；,i,D,i,S,绝缘：,三个电极的电流关系：,P 型衬底1、N沟道增强型MOSFET一、结构、,13,P 型衬底,G,S,D,B,N,+,N,+,工作原理,1、当,u,GS,=0时，无论D、S间加何种极性的电压，其间的PN结总有一个处于反偏，无导电沟道，,i,D,=0。,2、,若,u,DS,=0时，,u,GS,0，,G到B电场,吸引电子排斥空穴,当,u,GS,U,GS(th),(反型层),u,GS,反型层,沟道电阻,若在DS间加一个正电压，则,i,D,形成N型薄层,u,GS(th),开启电压（重要参数）,DS间形成导电沟道,u,GS,对,i,D,有控制作用。,（为增强型MOSFET）,结论：,栅源电压通过改变半导体表面感生电荷的多少来改变沟道电阻从而控制漏极电流的大小，也是,“,电压控制电流器件”,。,P 型衬底GSDBN+N+工作原理1、当uGS=0时，,14,3、当导电沟道形成后，,u,DS,对,i,D,的影响。,u,DS,较小时,，,满足条件,u,GD,=,u,GS,-,u,DS,U,GS(th),此时沟道连续，,i,D,u,DS,G,S,D,P 型衬底,B,N,+,N,+,随,u,DS,的增大，漏端沟道明显变窄，,此时沟道预夹断。,沟道夹断后，,u,DS,上升，,i,D,趋于饱和,。,由于D、S间存在电位差，D端高，S端低，所以导电沟道呈楔形。,（预夹断方程）,u,DS,i,D,0,u,GS,u,GS(th),BU,DS,6V,当,u,GD,=,u,GS,-,u,DS,U,GS(th),5V,4V,u,DS,BU,DS,，,PN结击穿，,i,D,急剧增大。,改变的,u,GS,值，得到一簇特性曲线。,3、当导电沟道形成后，uDS对iD的影响。uDS较小时,15,二、特性曲线和主要参数,u,GS,0;,u,DS,0,要求：,i,D,u,DS,0,4V,3V,2V,5V,1.输出特性,可变电,阻区,恒流区,击,穿,区,截止区,u,GS,=,U,GS(th),u,GD,=,u,GS(th),预夹断,BU,DS,N沟道增强型MOSFET各工作区的条件：,恒流区,可变电阻区,预夹断状态,截止区,/,u,GD,u,GS,电源极性,u,GS,0;,u,GS,u,GS(th),u,GD,=u,GS(th),u,GD,u,GS(th),u,GD,0,二、特性曲线和主要参数uGS 0;uDS 0要求：,16,2.转移特性曲线,i,D,u,DS,0,5V,4V,3V,2V,10V,i,D,u,GS,0,U,GS(th),I,DO,2,U,GS(th),（恒流区）,转移特性曲线的方程：,3.主要参数,（1）开启电压,U,GS(th),：,（2）漏极输出电阻,r,d,：,（3）低频跨导,g,m,：,2.转移特性曲线 iDuDS0 5V4V3V2,17,1、结构和工作原理,二、N沟道耗尽型MOSFET,G,S,D,P 型衬底,B,N,+,N,+,+,+,+,+,+,+,G,D,S,B,1）当,u,GS,=0时，正离子使导电沟道形成。,2）当,u,GS,0，沟道加宽；,u,GS,0，沟道变窄。,3）当,u,GS,负值达到一定的数值时，沟道消失，此时的,u,GS,=,U,GS(off),0，沟道加宽；,u,GS,0，沟道变窄。,3）当,u,GS,负值达到一定的数值时，沟道消失，此时的,u,GS,=,U,GS(off),0,为管子的夹断电压。,4）,u,DS,对,i,D,的影响与增强型MOSFET相似。,2、特性曲线,i,D,u,DS,0,0.2V,0V,-,0.3V,可变电,阻区,恒流区,击,穿,区,截止区,-,0.6V,0.4V,输出特性曲线,U,GS(off),1、结构和工作原理GSD P 型衬底BN+N+,19,2、特性曲线,i,D,u,DS,0,0.2V,0V,-,0.3V,可变电,阻区,恒流区,击,穿,区,截止区,-,0.6V,0.4V,输出特性曲线,U,GS(off),i,D,u,GS,0,U,GS(off),I,DSS,转移特性曲线,耗尽型MOSFET的栅源电压可为正值，也可为负值和0，,使用较为灵活。,曲线方程：,与JFET相同。,2、特性曲线iDuDS0 0.2V0V-0.3V可变电恒流区,20,2、特性曲线,i,D,u,DS,0,0.2V,0V,-,0.3V,可变电,阻区,恒流区,击,穿,区,截止区,-,0.6V,0.4V,U,GS(off),G,S,D,P 型衬底,B,N,+,N,+,+,+,+,+,+,+,N沟道耗尽型MOSFET各工作区的条件：,恒流区,可变电阻区,预夹断状态,截止区,/,u,GD,u,GS,电源极性,u,GS,u,GS(off),u,GD,=u,GS(of