1.4场效应管图1-1结型场效应管的结构示意图和符号一.结构1.4.1结型场效应管++++N沟道JFET，是在一根N型半导体棒两侧通过高浓度扩散制造两个重掺杂P++型区，形成两个PN结，将两个P++区接在一起引出一个电极，称为栅极(Gate)，在两个PN结之间的N型半导体构成导电沟道。在N型半导体的两端各制造为源极(Source)，接收端称为漏极(Drain)。在JFET中，源极和漏极是可以互换的。如果在栅极和源极之间加上负的电压UGS，而在漏极和源极之间加上正的电压UDS，那么，在UDS作用下，电子将源源不断地由源极向漏极运动，形成漏极电流ID。因为栅源电压UGS为负，PN结反偏，在栅源间仅存在微弱的反向饱和电流，所以栅极电流IG≈0，源极电流IS=ID。这就是结型场效应管输入阻抗很大的原因。二.工作原理(a)UGS=0，沟道最宽，ID最大1.UGS对导电沟道的影响图1-2UGS对导电沟道影响示意图(b)UGS负压增大，沟道变窄，ID减小；图1-2UGS对导电沟道影响示意图(c)UGS负压进一步增大，沟道夹断，ID=0图1-2UGS对导电沟道影响示意图UGS=夹断电压UP为了使输入阻抗大(不允许出现栅流iG)，也为了使栅源电压对沟道宽度及漏极电流有效地进行控制，PN结一定要反偏，所以在N沟道JFET中，uGS必须为负值。2.UGS=0时UDS对导电沟道的影响图1-3UDS对导电沟道和ID的影响1.转移特性曲线图1-4N沟道结型场效应管的转移特性曲线三.特性曲线2.输出特性曲线图1--5N沟道结型场效应管的输出特性根据工作情况,输出特性可划分为4个区域,即:可变电阻区、恒流区、击穿区和截止区。1.可变电阻区当uDS很小，|uDS-uGS|<|UP|时，即预夹断前(如图所示)，uDS的变化直接影响整个沟道的电场强度，从而影响iD的大小。所以在此区域，随着uDS的增大，iD增大很快。与双极型晶体管不同，在JFET中，栅源电压uGS对iD上升的斜率影响较大，随着|uGS|增大，曲线斜率变小，说明JFET的输出电阻变大。如图1--5所示。2.恒流区恒流区相当于双极型晶体管的放大区。其主要特征为：(1)当UP|UP| 时，沟道在漏极附近被局部夹断(称为预夹断)，如图所示。此后，uDS再增大，电压主要降到局部夹断区，而对整个沟道的导电能力影响不大。所以uDS的变化对iD影响很小。3.截止区当|UGS|>|UP|时，沟道被全部夹断，iD=0，故此区为截止区。若利用JFET作为开关，则工作在截止区，即相当于开关打开。4.击穿区随着uDS增大，靠近漏区的PN结反偏电压uDG(=uDS-uGS)也随之增大1.4.2绝缘栅场效应管一.N沟道增强型MOS场效应管1.结构图1-6N沟道增强型MOS场效应管的结构示意图2.工作原理图1-7UGS＞UT时形成导电沟道ID0是uGS=2UT时的iD3.特性曲线图1-8N沟道增强型MOS场效应管的特性曲线二.N沟道耗尽型MOS场效应管图1-9N沟道耗尽型MOS管的结构示意图图1-10N沟道耗尽型MOS场效应管的特性曲线图3-11MOS场效应管电路符号表3-1各种场效应管的符号和特性曲线表1-1续表1.4.3场效应管的主要参数一.直流参数1.饱和漏极电流IDSS（耗尽型和结型）定义是当栅源之间的电压UGS等于零,而漏、源之间的电压UDS大于夹断电压UP时对应的漏极电流。2.夹断电压UP（耗尽型和结型）其定义为当UDS一定时,使ID减小到某一个微小电流(如50μA)时所需的UGS值。3.开启电压UT(增强型)UT是增强型场效应管的重要参数,它的定义是当UDS一定时,漏极电流ID达到某一数值(例如10μA)时所需加的UGS值。 4.直流输入电阻RGSRGS是栅、源之间所加电压与产生的栅极电流之比。由于栅极几乎不索取电流,因此输入电阻很高。结型为106Ω以上,MOS管可达1010Ω以上。二.交流参数1.低频跨导gm跨导gm的单位是mA/V。它的值可由转移特性或输出特性求得。三.极限参数1.漏极最大允许耗散功率PDmPDm与ID、UDS有如下关系:这部分功率将转化为热能,使管子的温度升高。PDm决定于场效应管允许的最高温升。2.漏、源间击穿电压U（BR）DS在场效应管输出特性曲线上,当漏极电流ID急剧上升产生雪崩击穿时的UDS。工作时外加在漏、源之间的电压不得超过此值。3.栅源间击穿电压U（BR）GS结型场效应管正常工作时,栅、源之间的PN结处于反向偏置状态,若UGS过高,PN结将被击穿。对于MOS场效应管,由于栅极与沟道之间有一层很薄的二氧化硅绝缘层,当UGS过高时,可能将SiO2绝缘层击穿,使栅极与衬底发生短路。这种击穿不同于PN结击穿,而和电容器击穿的情况类似,属于破坏性击穿,即栅、源间发生击穿,MOS管立即被损坏。1.4.4场效应管的特点(1)场效应管是一种电压控制器件,即通过UGS来控制ID。(2)场效应管输入端几乎没有电流,所以其直流输入电阻和交流输入电阻都非常高。(3)由于场效应管是利用多数载流子导电的,因此,与双极性三极管相比,具有噪声小、受幅射的影响小、热稳定性较好而且存在零温度系数工作点等特性。(4)由于场效应管的结构对称,有时漏极和源极可以互换使用,而各项指标基本上不受影响,因此应用时比较方便、灵活。(5)场效应管的制造工艺简单,有利于大规模集成。(6)由于MOS场效应管的输入电阻可高达1015Ω,因此,由外界静电感应所产生的电荷不易泄漏,而栅极上的SiO2绝缘层又很薄,这将在栅极上产生很高的电场强度,以致引起绝缘层击穿而损坏管子。(7)场效应管的跨导较小,当组成放大电路时,在相同的负载电阻下,电压放大倍数比双极型三极管低。图3-12栅极过压保护电路
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