1.3 场效应管（课件）-高二《电子技术基础与技能》同步教学（人邮版）

1.3 场效应管 场效应三极管简称场效应管，它也是一种具有PN结的半导体器件。我们知道，三极管是利用输入电流控制输出电流的器件，称之为电流控制器件，而场效应管则是利用输入电压产生电场效应来控制输出电流的器件，称为电压控制器件。 与三极管相比，它具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、耗电省、制造工艺简单等优点，便于实现集成化，目前已广泛应用于各种电子电路中。 1.3.1 场效应管的类型、结构及符号 1．场效应管的类型 场效应管按其结构的不同分为结型场效应管和绝缘栅型场效应管，其外形如图1.27所示。 而结型场效应管又分为N沟道、P沟道两类；绝缘栅型场效应管分为增强型和耗尽型两类，每类又有P沟道和N沟道两种。 图1.27 场效应管外形 2．场效应管的结构及图形符号 以N沟道增强型绝缘栅场效应管为例做一简单介绍。 图1.28（a）所示为N沟道增强型绝缘栅场效应管结构示意图，它是用一块杂质浓度较低的P型硅片作衬底，在上面扩散两个相距很近，掺杂浓度高的N型区（图中N+区），并用金属线引出两个电极，分别称为源极S和漏极D，在硅片表面生成一层薄薄的绝缘层（SiO2），绝缘层上再制作一层铝金属膜作为栅极G。 图1.28（b）所示为图形符号，D极与S极之间是3段断续线，表示为增强型；若是连续线表示为耗尽型。B为衬底引线，一般与源极S相连，箭头向内表示为N沟道，反之为P沟道。 因为栅极与其他电极及硅片之间是绝缘的，所以称为绝缘栅型场效应管。又由于它是由金属、氧化物、半导体所组成的，简称MOS场效应管。 （a）结构示意图 （b）图形符号 图1.28 N沟道增强型绝缘栅场效应管 1.3.2 绝缘栅型场效应管的伏安特性及主要参数 1．特性曲线 以N沟道增强型绝缘栅型场效应管为例，场效应管的基本特性可以用它的转移特性曲线和输出特性曲线来描述。 （1）转移特性曲线。由于场效应管的输入电流IG几乎为零，所以不需要输入特性。通常，把漏极电流ID与栅源电压UGS之间的关系称为转移特性。 转移特性曲线是指在UDS为一定值时，漏极电流ID与栅源电压UGS之间的关系曲线，如图 1.29（a）所示。由转移特性曲线可以清楚地看出栅源电压对漏极电流的控制作用。 （2）输出特性曲线。输出特性曲线是指在UGS为一定值时，漏极电流ID与漏源电压UDS之间的关系曲线，如图1.29（b）所示，输出特性曲线是一族曲线。可将输出特性分为3个区域，I区为可变电阻区，Ⅱ区为恒流区，Ⅲ区为击穿区。 图1.29 绝缘栅型场效应管特性曲线 2．主要参数 场效应管的技术参数从不同侧面反映了它的一些特性，是选用器件的依据。 （1）开启电压UGS(th)。UGS(th)是指UDS为定值（测试条件）、增强型场效应管开始产生ID电流时的栅源电压UGS。UGS(th)是增强型场效应管的重要参数，对于N沟道场效应管，UGS(th)为正值；对于P沟道场效应管，UGS(th)为负值。 （2）夹断电压UGS(off)。UGS(off)是指UDS为定值（测试条件）、耗尽型场效应管处于刚开始夹断时的栅源电压UGS，属耗尽型场效应管的参数，N沟道场效应管的UGS(off)为负值。 （3）饱和漏电流IDSS。IDSS是指在UGS=0的条件下，且UDS>UGS(off)时所对应的漏极电流。 （4）跨导gm。gm是指UDS为定值时，栅源输入信号UGS与由它引起的漏极电流ID之比，即 gm= 它是表明栅源电压UGS对漏极电流ID控制作用大小的一个重要参数。 （5）漏极击穿电压U(BR)DS。U(BR)DS是指漏源极之间允许加的最大电压，实际电压值超过该参数时会使PN结反向击穿。 $$