2022-2023学年高二物理竞赛课件：场效应管

场效应管 场效应管 BJT是一种电流控制元件(iB∽iC)，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(uGS ∽ iD) ，工作时，只有一种载流子参与导电：单极型器件。 FET因易集成，功耗小，抗噪好等优点，得到了广泛应用。 一、 结型FET（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） 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iG0；栅极不取电流。 栅极输入阻抗高达107以上。 在D-S间加一个正电压uDS>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iD ， iD iG iD的大小受uGS的控制。 下面主要讨论uGS对iD的控制作用以及uDS对iD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： iG0 ；iD＝ iS 。 N沟道JFET: P沟道JFET: 只有一种载流子（多子）参与导电； 编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 （1）栅源电压对沟道的控制作用 在栅源间加负电压uGS ，令uDS =0 ①当uGS=0时，导电沟道最宽。 ②当│uGS│↑时，PN结反偏，耗尽层变宽，导电沟道变窄，沟道电阻增大。 ③当│uGS│↑到一定值时 ，沟道会完全合拢。 定义： 夹断电压UGS(off)——使导电沟道完全合拢（消失）所需要的栅源电压uGS （2）漏源电压对沟道的控制作用 在漏源间加电压uDS ，令uGS =0 由于uGS =0，所以导电沟道最宽。 ①当uDS=0时， iD=0。 ②uDS↑→iD ↑ →靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，呈楔形分布。 ③当uDS ↑，使uGD=uG S- uDS=UGS(off)时，在靠漏极处夹断——预夹断。 预夹断前， uDS↑→iD ↑。 预夹断后， uDS↑→iD 几乎不变。 ④uDS再↑，预夹断点下移。 沟道预夹断后， uDS ①当uDS较小时，由于沟道较宽，iD随uDS的增大成正比地增大； D、S间的电位梯度使导电沟道呈楔形； ②uDS  |uGD|  耗尽层越宽 当uGD= uGS-uDS = UGS(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。 iD趋于饱和，不再随uDS的增加而上升 。 uDS iD 0 UGD=UGS(off) BUDS IDSS 饱和漏极电流 ③uDS> BUDS，PN结击穿， iD急剧增大。 uGS=0 ④栅源、漏源电压共同作用，得到一簇特性曲线。 -2V -4V -6V 即：uDS= uGS- UGS(off) JFET的输出特性曲线 编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 uDS iD 0 0 -4 -1 -2 -3 uGS= uDS 1. 输出特性曲线 ①可变电阻区 ②恒流区（饱和区、线性区） ③击穿区 ④截止区（全夹断区） IDSS 可变电 阻区 恒流区 击 穿 区 截止区 UGS(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 iD受uGS控制， iD基本不受uDS的影响。 BUDS uGS－uGS(off) 在数字逻辑电路中FET工作在可变电阻区或截止区。 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 uGS uGD / uGS  0; uDS  0 uGS  uGS(off) uGS(off) < uGS  0 uGD>uGS(off) uGD=uGS(off) uGD<uGS(off) 例题 ：