2022-2023学年高二物理竞赛课件：场效应管

场效应管 场效应管：一种载流子参与导电，利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的三极管，又称单极型三极管。 特点 单极型器件(一种载流子导电)； 输入电阻高； 工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低。 场效应管 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） FET 场效应管 JFET 结型 MOSFET 绝缘栅型 (IGFET) 场效应管分类： 场效应管 结型场效应管 绝缘栅场效应管 场效应管的主要参数 场效应管与晶体管的比较 场效应管 D S G N 符号 结构 N型沟道 N型硅棒 栅极 源极 漏极 P+ P+ P 型区 耗尽层(PN 结) 　　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。 结型场效应管 P 沟道场效应管 　P 沟道结型场效应管结构图 N+ N+ P型沟道 G S D P 沟道场效应管是在 P 型硅棒的两侧做成高掺杂的 N 型区(N+)，导电沟道为 P 型，多数载流子为空穴。 符号 G D S 一、结型场效应管工作原理 N 沟道结型场效应管用改变 UGS 大小来控制漏极电流 ID 的。(VCCS) G D S N N型沟道 栅极 源极 漏极 P+ P+ 耗尽层 　　*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。 *耗尽层的宽度改变主要在沟道区。 ① UGS对沟道的控制作用 当UGS＜0时 当沟道夹断时,ID减小至0，此时对应的栅源电压UGS称为夹断电压UGS(off) 。 对于N沟道的JFET，UPGS(off) <0。 PN结反偏 耗尽层加厚 沟道变窄   UGS继续减小，沟道继续变窄， ID继续变小 D P+ P+ N G S UDS ID UGS 当UGS=0时，沟道最宽，沟道电阻最小，在UDS的作用下N沟道内的电子定向运动形成漏极电流ID,此时最大。  沟道电阻变大  ID变小 根据其结构，它只能工作在反偏条件下，N沟道管加负栅源电压， P沟道管加正栅源电压，否则将会出现栅流。 一、结型场效应管工作原理 ② UDS对沟道的控制作用 当UGS=0时， UDS  ID  G、D间PN结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。 当UDS增加到使UGD=UGS(off) 时，在紧靠漏极处出现预夹断。 此时UDS  夹断区延长  沟道电阻  ID基本不变  D P+ P+ N G S UDS ID UGS 一、结型场效应管工作原理 ③UGS和UDS同时作用时 当UP <UGS<0 时， 导电沟道更容易夹断， 对于同样的UDS ， ID的值比UGS=0时的值要小。 在预夹断处 UGD=UGS-UDS =UGS(off) D P+ P+ N G S UDS ID UGS 一、结型场效应管工作原理 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uGS控制 预夹断前iD与uDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。 # 为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？ JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因 此iG0，输入电阻很高。 JFET是利用PN结反向电压对耗尽层厚度的控制，来改变导电沟道的宽窄，从而控制漏极电流的大小。 转移特性 O uGS/V ID/mA IDSS UP 2. 输出特性曲线 　　当栅源 之间的电压 UGS 不变时，漏极电流 iD 与漏源之间电压 uDS 的关系，即 结型场效应管转移特性曲线的近似公式： ≤ ≤ $