2022-2023学年高二物理竞赛课件：场效应管和双极型管比较

场效应管和双极型管比较 场效应管 晶体管 电极 g、s、d b、e、c 控制类型 电压输入控制 VCCS(gm) 电压、电流输入控制 CCCS(β) 控制能力 较弱（gm较小） (gm≈1~5mS) 较强（β、 gm较大） (β ≈20~100) 参与导电的载流子 多子导电 单极型器件 多子扩散、少子漂移 双极型 噪声系数 小 大、低功耗、频率特性更好 场效应管和双极型管比较 截止区 特点： 沟道全夹断的工作区。 条件： VGS < VGS(off) iD=0， iG≈0 击穿区 VDS 增大到一定值时  近漏极PN结雪崩击穿。 ID/mA VDS /V 0 VDS = VGS –VGS(off) VGS =0V -2V -1. 5V -1V -0. 5V  造成 ID剧增。 VGS 越负 则VGD 越负 阻挡层变宽相应G、D击穿时所需的电压V(BR)DS越小。 击穿电压V(BR)DS： V(BR)DS＝VGS - V(BR)GD VGD=VGS - VDS <0 >0 <0 <0 常数<0 >0 JFET电路模型同MOS管，但两种管在饱和区的数学公式不同，因此，跨导计算公式也不同。分析方法相同。 JFET电路模型 VGS S D G ID IG0 ID(VGS) + - gmvgs rds g d s id vgs - vds + + - S ID G D （共源极） （直流电路模型） （小信号模型） 利用 得 （3-2-5） （3-2-6） JFET是压控电流器件，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结反偏，故iG0，Ri很高，可达107以上，但在某些场合仍不够高。 JFET小结 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。 栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。 绝缘栅场效应管可很好地解决这些问题。 ① 夹断电压VP (或VGS(off))： ② 饱和漏极电流IDSS： ③ 低频跨导gm： 或 JFET主要参数 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mS。 ④ 输出电阻rd： JFET主要参数 ⑤ 直流输入电阻RGS： 反偏时RGS约大于107Ω。 ⑧ 最大漏极功耗PDM ⑥ 最大漏源电压V(BR)DS ⑦ 最大栅源电压V(BR)GS D与S可互换,设计方便 C与E不可互换用 场效应三极管 双极型三极管 温度特性 较小,可有零温度系数点 受温度影响较大 输入电阻 很大，几兆欧姆以上 小，几十到几千欧姆 影响 静电、温度、辐射影响小 易受静电、温度、辐射影响 集成工艺 宜LSIC、ULSIC 不易大规模集成 iG小=0,∞ EB结正偏,iB大,Ri小 iD和vGS平方 iC和vBE指数 3.3 场效应管和双极型管比较 各类FET管VDS、VGS极性比较 VDS极性与ID流向仅取决于沟道类型 VGS极性取决于工作方式及沟道类型 由于FET类型较多，单独记忆较困难，现将各类FET管VDS、VGS极性及ID流向归纳如下： N沟道FET：VDS > 0，ID流入管子漏极。 P沟道FET：VDS < 0，ID自管子漏极流出。 JFET管： VGS与VDS极性相反。 增强型：VGS 与VDS 极性相同。 耗尽型：VGS 取值任意。 MOSFET管 表3.2 FET偏置电压极性 　　　类型 　VGS 　VDS 　N-JFET 　负 　正 　P-JFET 　正 　负 　N-EMOS 　正 　正 　P-EMOS 　负 　负 　N-DMOS 正、零、负 　正 　P-DMOS 正、零、负 　负 N-EMOS管GD相连构成有源电阻 3.4.1 有源电阻 3.4 场效应管应用原理 v = vDS= vGS， i = iD 由图知 满足 vDS > vGS –vGS(th) 因此 当 vGS > vGS(th) 时 N-EMOS管工作在饱和区。 伏安特性： iD vGS VQ IQ Q 直流电阻： （小） 交流电阻： （大） T v i + - + - v R i N