中国互联网络发展状况统计报告.pptx

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1、第三章 场效应管 场 场 效 效 应 应 管 管（简 简 称 称FET FET）是 是 利 利 用 用 输 输 入 入 电 电 压 压 产 产 生 生 的 的 电 电 场 场效 效 应 应 来 来 控 控 制 制 输 输 出 出 电 电 流 流 的 的，所 所 以 以 又 又 称 称 之 之 为 为 电 电 压 压 控 控 制 制 型 型 器 器 件 件。它 它 工 工 作 作 时 时 只 只 有 有 一 一 种 种 载 载 流 流 子 子（多 多 数 数 载 载 流 流 子 子）参 参 与 与 导 导 电 电，故 故 也 也叫 叫 单 单 极 极 型 型 半 半 导 导 体 体 三 三 极

2、极 管 管。因 因 它 它 具 具 有 有 很 很 高 高 的 的 输 输 入 入 电 电 阻 阻，能 能 满 满足 足 高 高 内 内 阻 阻 信 信 号 号 源 源 对 对 放 放 大 大 电 电 路 路 的 的 要 要 求 求，所 所 以 以 是 是 较 较 理 理 想 想 的 的 前 前 置 置输 输 入 入 级 级 器 器 件 件。它 它 还 还 具 具 有 有 热 热 稳 稳 定 定 性 性 好 好、功 功 耗 耗 低 低、噪 噪 声 声 低 低、制 制造工艺简单、便于集成等优点，因而得到了广泛的应用。造工艺简单、便于集成等优点，因而得到了广泛的应用。根 根 据 据 结 结 构 构

3、 不 不 同 同，场 场 效 效 应 应 管 管 可 可 以 以 分 分 为 为 结 结 型 型 场 场 效 效 应 应 管 管（JFET JFET）和 和 绝 绝 缘 缘 栅 栅 型 型 场 场 效 效 应 应 管 管（IGFET IGFET）或 或 称 称MOS MOS 型 型 场 场 效 效应 应 管 管 两 两 大 大 类 类。根 根 据 据 场 场 效 效 应 应 管 管 制 制 造 造 工 工 艺 艺 和 和 材 材 料 料 的 的 不 不 同 同，又 又 可 可分为 分为N N 型沟道场效应管和 型沟道场效应管和P P 型沟道场效应管。型沟道场效应管。3.1 3.1 结型场效应管

4、 结型场效应管 1.1.结构和符号 结构和符号1 1）结构）结构 结型场效应管（结型场效应管（JFET JFET）结构示意图如图）结构示意图如图3.1 3.1（a a）所示。所示。图3.1N 沟道结型场效应管（a）结构示意图;（b）图形符号;（c）外形图图3.2P 沟道结型场效应管（a）结构示意图;（b）图形符号 2.2.工作原理 工作原理 现 现 以 以N N 沟 沟 道 道 结 结 型 型 场 场 效 效 应 应 管 管 为 为 例 例 讨 讨 论 论 外 外 加 加 电 电 场 场 是 是 如 如何来控制场效应管的电流的。何来控制场效应管的电流的。如 如 图 图3.3 3.3 所 所 示

5、 示，场 场 效 效 应 应 管 管 工 工 作 作 时 时 它 它 的 的 两 两 个 个PN PN 结 结 始 始 终 终要 要 加 加 反 反 向 向 电 电 压 压。对 对 于 于N N 沟 沟 道 道，各 各 极 极 间 间 的 的 外 外 加 加 电 电 压 压 变 变 为 为U UGS GS0 0，漏源之间加正向电压，即，漏源之间加正向电压，即U UDS DS 0 0。当 当G G、S S 两 两 极 极 间 间 电 电 压 压U UGS GS改 改 变 变 时 时，沟 沟 道 道 两 两 侧 侧 耗 耗 尽 尽 层 层的 的 宽 宽 度 度 也 也 随 随 着 着 改 改 变

6、变，由 由 于 于 沟 沟 道 道 宽 宽 度 度 的 的 变 变 化 化，导 导 致 致 沟 沟 道 道 电 电阻 阻 值 值 的 的 改 改 变 变，从 从 而 而 实 实 现 现 了 了 利 利 用 用 电 电 压 压U UGS GS控 控 制 制 电 电 流 流I ID D的 的 目 目的。的。图3.3场效应管的工作原理1 1）U UGS GS对导电沟道的影响 对导电沟道的影响 当 当U UGS GS 时 时，场 场 效 效 应 应 管 管 两 两 侧 侧 的 的PN PN 结 结 均 均 处 处 于 于 零 零 偏 偏置 置，形 形 成 成 两 两 个 个 耗 耗 尽 尽 层 层,如

7、 如 图 图 3.4 3.4（）所 所 示 示。此 此 时 时 耗 耗 尽 尽层最薄，导电沟道最宽，沟道电阻最小。层最薄，导电沟道最宽，沟道电阻最小。当 当|U UGS GS|值 值 增 增 大 大 时 时，栅 栅 源 源 之 之 间 间 反 反 偏 偏 电 电 压 压 增 增 大 大，PN PN结 结 的 的 耗 耗 尽 尽 层 层 增 增 宽 宽，如 如 图 图3.4 3.4（b b）所 所 示 示。导 导 致 致 导 导 电 电 沟 沟 道 道变窄，沟道电阻增大。变窄，沟道电阻增大。当 当|U UGS GS|值 值 增 增 大 大 到 到 使 使 两 两 侧 侧 耗 耗 尽 尽 层 层

8、相 相 遇 遇 时 时，导 导 电 电 沟 沟 道 道全 全 部 部 夹 夹 断 断，如 如 图 图3.4 3.4（c c）所 所 示 示。沟 沟 道 道 电 电 阻 阻 趋 趋 于 于 无 无 穷 穷 大 大。对 对 应 应 的 的 栅 栅 源 源 电 电 压 压U UGS GS称 称 为 为 场 场 效 效 应 应 管 管 的 的 夹 夹 断 断 电 电 压 压，用 用U UGS(off)GS(off)来表示。来表示。图3.4 3.4UGS对导电沟道的影响（a）导电沟道最宽;（b）导电沟道变窄;（c）导电沟道夹断2 2）U UDS DS对导电沟道的影响 对导电沟道的影响 设 设 栅 栅 源

9、 源 电 电 压 压U UGS GS=0,=0,当 当U UDS DS=0=0 时 时，I ID D=0=0，沟 沟 道 道 均 均 匀 匀，如图 如图3.4 3.4（a a）所示。）所示。当 当U UDS DS增 增 加 加 时 时，漏 漏 极 极 电 电 流 流I ID D从 从 零 零 开 开 始 始 增 增 加 加，I ID D流 流 过 过导 导 电 电 沟 沟 道 道 时 时，沿 沿 着 着 沟 沟 道 道 产 产 生 生 电 电 压 压 降 降，使 使 沟 沟 道 道 各 各 点 点 电 电 位 位不 不 再 再 相 相 等 等，沟 沟 道 道 不 不 再 再 均 均 匀 匀。靠

10、 靠 近 近 源 源 极 极 端 端 的 的 耗 耗 尽 尽 层 层 最 最 窄 窄，沟 沟 道 道 最 最 宽 宽;靠 靠 近 近 漏 漏 极 极 端 端 的 的 电 电 位 位 最 最 高 高，且 且 与 与 栅 栅 极 极 电 电 位 位 差 差 最 最大 大，因 因 而 而 耗 耗 尽 尽 层 层 最 最 宽 宽，沟 沟 道 道 最 最 窄 窄。由 由 图 图1.35 1.35 可 可 知 知，U UDS DS的主要作用是形成漏极电流 的主要作用是形成漏极电流I ID D。3 3）U UDS DS和 和U UGS GS对沟道电阻和漏极电流的影响 对沟道电阻和漏极电流的影响 设 设 在

11、在 漏 漏 源 源 间 间 加 加 有 有 电 电 压 压U UDS DS，当 当U UGS GS变 变 化 化 时 时，沟 沟 道 道 中 中 的 的电流 电流I ID D将随沟道电阻的变化而 将随沟道电阻的变化而 变化。变化。当 当U UGS GS=0=0 时 时，沟 沟 道 道 电 电 阻 阻 最 最 小 小，电 电 流 流I ID D最 最 大 大。当 当|U UGS GS|值 值 增 增 大 大 时 时，耗 耗 尽 尽 层 层 变 变 宽 宽，沟 沟 道 道 变 变 窄 窄，沟 沟 道 道 电 电 阻 阻 变 变 大 大，电 电流 流I ID D减小，直至沟道被耗尽层夹断，减小，直至

12、沟道被耗尽层夹断，I ID D=0=0。当 当0 0U UGS GS U UGS(off)GS(off)时 时，沟 沟 道 道 电 电 流 流I ID D在 在 零 零 和 和 最 最 大 大 值 值 之 之 间 间变化。变化。改 改 变 变 栅 栅 源 源 电 电 压 压U UGS GS的 的 大 大 小 小，能 能 引 引 起 起 管 管 内 内 耗 耗 尽 尽 层 层 宽 宽 度 度的变化，从而控制了漏极电流 的变化，从而控制了漏极电流I ID D的大小。的大小。场 场 效 效 应 应 管 管 和 和 普 普 通 通 三 三 极 极 管 管 一 一 样 样，可 可 以 以 看 看 作 作

13、 是 是 受 受 控 控 的 的 电 电流源，但它是一种电压控制的电流源。流源，但它是一种电压控制的电流源。3.3.结型场效应管的特性曲线 结型场效应管的特性曲线1 1）转移特性曲线）转移特性曲线 转 转 移 移 特 特 性 性 曲 曲 线 线 是 是 指 指 在 在 一 一 定 定 漏 漏 源 源 电 电 压 压U UDS DS作 作 用 用 下 下，栅极电压 栅极电压U UGS GS对漏极电流 对漏极电流I ID D的控制关系曲线，即 的控制关系曲线，即 图3.5为 特 性 曲 线 测 试 电 路。图3.6 为 转 移 特 性 曲线。从转移特性曲线可知，UGS对ID的控制作用如下：图3.5

14、场效应管特性测试电路图3.6转移特性曲线 当 当U UGS GS=0=0 时 时，导 导 电 电 沟 沟 道 道 最 最 宽 宽、沟 沟 道 道 电 电 阻 阻 最 最 小 小。所 所以 以 当 当U UDS DS为 为 某 某 一 一 定 定 值 值 时 时，漏 漏 极 极 电 电 流 流I ID D最 最 大 大，称 称 为 为 饱 饱 和 和 漏 漏极电流 极电流,用 用I IDSS DSS表示。表示。当 当|U UGS GS|值 值 逐 逐 渐 渐 增 增 大 大 时 时，PN PN 结 结 上 上 的 的 反 反 向 向 电 电 压 压 也 也 逐 逐渐 渐 增 增 大 大，耗 耗

15、尽 尽 层 层 不 不 断 断 加 加 宽 宽，沟 沟 道 道 电 电 阻 阻 逐 逐 渐 渐 增 增 大 大，漏 漏 极 极电流 电流I ID D逐渐减小。逐渐减小。当 当U UGS GS=U UGS(off)GS(off)时，沟道全部夹断，时，沟道全部夹断，I ID D=0=0。2 2）输出特性曲线（或漏极特性曲线）输出特性曲线（或漏极特性曲线）输 输 出 出 特 特 性 性 曲 曲 线 线 是 是 指 指 在 在 一 一 定 定 栅 栅 极 极 电 电 压 压U UGS GS作 作 用 用 下 下，I ID D与 与U UDS DS之间的关系曲线，即 之间的关系曲线，即 图3.7所示为结

16、型场效应管的输出特性曲线，可分成以下几个工作区。图3.7结型场效应管的输出特性曲线（1 1）可 可 变 变 电 电 阻 阻 区 区。当 当U UGS GS不 不 变 变，U UDS DS由 由 零 零 逐 逐 渐 渐 增 增 加 加且 且 较 较 小 小 时 时，I ID D随 随U UDS DS的 的 增 增 加 加 而 而 线 线 性 性 上 上 升 升，场 场 效 效 应 应 管 管 导 导 电 电沟 沟 道 道 畅 畅 通 通。漏 漏 源 源 之 之 间 间 可 可 视 视 为 为 一 一 个 个 线 线 性 性 电 电 阻 阻R RDS DS，这 这 个 个 电 电阻 阻 在 在U

17、UDS DS较 较 小 小 时 时，主 主 要 要 由 由U UGS GS决 决 定 定，所 所 以 以 此 此 时 时 沟 沟 道 道 电 电 阻 阻 值 值近 近 似 似 不 不 变 变。而 而 对 对 于 于 不 不 同 同 的 的 栅 栅 源 源 电 电 压 压U UGS GS，则 则 有 有 不 不 同 同 的 的 电 电阻值 阻值R RDS DS，故称为可变电阻区。，故称为可变电阻区。（2 2）恒 恒 流 流 区 区（或 或 线 线 性 性 放 放 大 大 区 区）。图 图1.29 1.29 中 中 间 间 部 部 分 分是 是 恒 恒 流 流 区 区，在 在 此 此 区 区 域

18、域I ID D不 不 随 随U UDS DS的 的 增 增 加 加 而 而 增 增 加 加，而 而 是 是 随 随着 着U UGS GS的 的 增 增 大 大 而 而 增 增 大 大，输 输 出 出 特 特 性 性 曲 曲 线 线 近 近 似 似 平 平 行 行 于 于U UDS DS轴 轴，I ID D 受 受U UGS GS的 的 控 控 制 制，表 表 现 现 出 出 场 场 效 效 应 应 管 管 电 电 压 压 控 控 制 制 电 电 流 流 的 的 放 放 大 大作用，场效应管组成的放大电路就工作在这个区域。作用，场效应管组成的放大电路就工作在这个区域。（3 3）夹 夹 断 断 区

19、 区。当 当U UGS GS U U GS(off)GS(off)时 时，场 场 效 效 应 应 管 管 的 的 导 导 电 电 沟 沟道 道 被 被 耗 耗 尽 尽 层 层 全 全 部 部 夹 夹 断 断，由 由 于 于 耗 耗 尽 尽 层 层 电 电 阻 阻 极 极 大 大，因 因 而 而 漏 漏 极 极电 电 流 流I ID D几 几 乎 乎 为 为 零 零。此 此 区 区 域 域 类 类 似 似 于 于 三 三 极 极 管 管 输 输 出 出 特 特 性 性 曲 曲 线 线 的 的截止区，在数字电路中常用做开断的开关。截止区，在数字电路中常用做开断的开关。（4 4）击 击 穿 穿 区

20、区。当 当U UDS DS增 增 加 加 到 到 一 一 定 定 值 值 时 时，漏 漏 极 极 电 电 流 流I ID D急 急剧 剧 上 上 升 升，靠 靠 近 近 漏 漏 极 极 的 的PN PN 结 结 被 被 击 击 穿 穿，管 管 子 子 不 不 能 能 正 正 常 常 工 工 作 作，甚至很快被烧坏。甚至很快被烧坏。3.2 3.2 绝缘栅型场效应管 绝缘栅型场效应管 在 在 结 结 型 型 场 场 效 效 应 应 管 管 中 中，栅 栅 源 源 间 间 的 的 输 输 入 入 电 电 阻 阻 一 一 般 般 为 为10+610+9 10+610+9。由 由 于 于PN PN 结

21、结 反 反 偏 偏 时 时，总 总 有 有 一 一 定 定 的 的 反 反 向 向 电 电流 流 存 存，而 而 且 且 受 受 温 温 度 度 的 的 影 影 响 响，因 因 此 此，限 限 制 制 了 了 结 结 型 型 场 场 效 效 应 应管 管 输 输 入 入 电 电 阻 阻 的 的 进 进 一 一 步 步 提 提 高 高。而 而 绝 绝 缘 缘 栅 栅 型 型 场 场 效 效 应 应 管 管 的 的 栅 栅极 极 与 与 漏 漏 极 极、源 源 极 极 及 及 沟 沟 道 道 是 是 绝 绝 缘 缘 的 的，输 输 入 入 电 电 阻 阻 可 可 高 高 达 达10+9 10+9

22、以 以 上 上。由 由 于 于 这 这 种 种 场 场 效 效 应 应 管 管 是 是 由 由 金 金 属 属（Metal Metal）,氧 氧 化 化 物 物（Oxide Oxide）和 和 半 半 导 导 体 体（Semiconductor Semiconductor）组 组 成 成 的 的，故 故 称 称MOS MOS 管 管。MOS MOS 管 管 可 可 分 分 为 为N N 沟 沟 道 道 和 和P P 沟 沟 道 道 两 两 种 种。按 按 照 照工作方式不同可以分为增强型和耗尽型两类。工作方式不同可以分为增强型和耗尽型两类。1.1.沟道增强型绝缘栅场效应管 沟道增强型绝缘栅场效

23、应管1 1）结构和符号）结构和符号 图 图3.8 3.8 是 是N N 沟 沟 道 道 增 增 强 强 型 型MOS MOS 管 管 的 的 示 示 意 意 图 图。MOS MOS 管 管以 以 一 一 块 块 掺 掺 杂 杂 浓 浓 度 度 较 较 低 低 的 的P P 型 型 硅 硅 片 片 做 做 衬 衬 底 底，在 在 衬 衬 底 底 上 上 通 通 过 过扩 扩 散 散 工 工 艺 艺 形 形 成 成 两 两 个 个 高 高 掺 掺 杂 杂 的 的N N 型 型 区 区，并 并 引 引 出 出 两 两 个 个 极 极 作 作 为 为源 源 极 极S S 和 和 漏 漏 极 极D D；

24、在 在P P 型 型 硅 硅 表 表 面 面 制 制 作 作 一 一 层 层 很 很 薄 薄 的 的 二 二 氧 氧 化 化硅 硅（SiO SiO2 2）绝 绝 缘 缘 层 层，在 在 二 二 氧 氧 化 化 硅 硅 表 表 面 面 再 再 喷 喷 上 上 一 一 层 层 金 金 属 属铝 铝，引 引 出 出 栅 栅 极 极G G。这 这 种 种 场 场 效 效 应 应 管 管 栅 栅 极 极、源 源 极 极、漏 漏 极 极 之 之 间 间都是绝缘的，所以称之为绝缘栅场效应管。都是绝缘的，所以称之为绝缘栅场效应管。绝 绝 缘 缘 栅 栅 场 场 效 效 应 应 管 管 的 的 图 图 形 形

25、符 符 号 号 如 如 图 图3.8 3.8（b b）、(c)(c)所 所 示 示，箭 箭 头 头 方 方 向 向 表 表 示 示 沟 沟 道 道 类 类 型 型，箭 箭 头 头 指 指 向 向 管 管 内 内 表 表 示 示 为 为N N沟道 沟道MOS MOS 管 管(图 图(b)(b)，否则为，否则为P P 沟道 沟道MOS MOS 管 管(图 图(c)(c)。图3.8 3.8MOS 管的结构及其图形符号2 2）工作原理）工作原理 图 图3.9 3.9 是 是N N 沟 沟 道 道 增 增 强 强 型 型MOS MOS 管 管 的 的 工 工 作 作 原 原 理 理 示 示 意 意 图

26、图，图 图3.9 3.9（b b）是 是 相 相 应 应 的 的 电 电 路 路 图 图。工 工 作 作 时 时 栅 栅 源 源 之 之 间 间 加 加 正 正 向 向电 电 源 源 电 电 压 压U UGS GS，漏 漏 源 源 之 之 间 间 加 加 正 正 向 向 电 电 源 源 电 电 压 压U UDS DS,并 并 且 且 源 源 极 极与衬底连接 与衬底连接,衬底是电路中最低的电位点。衬底是电路中最低的电位点。当 当U UGS GS=0=0 时 时，漏 漏 极 极 与 与 源 源 极 极 之 之 间 间 没 没 有 有 原 原 始 始 的 的 导 导 电 电 沟 沟道 道，漏 漏

27、极 极 电 电 流 流I ID D=0=0。这 这 是 是 因 因 为 为 当 当U UGS GS=0=0 时 时，漏 漏 极 极 和 和 衬 衬底 底 以 以 及 及 源 源 极 极 之 之 间 间 形 形 成 成 了 了 两 两 个 个 反 反 向 向 串 串 联 联 的 的PN PN 结 结，当 当U UDS DS加 加正向电压时，漏极与衬底之间 正向电压时，漏极与衬底之间PN PN 结反向偏置的缘故。结反向偏置的缘故。图3.3.9N 沟道增强型MOS 管工作原理(a)示意图；(b)电路图 当 当U UGS GS0 0 时 时，栅 栅 极 极 与 与 衬 衬 底 底 之 之 间 间 产

28、产 生 生 了 了 一 一 个 个 垂 垂 直 直 于 于 半 半导 导 体 体 表 表 面 面、由 由 栅 栅 极 极G G 指 指 向 向 衬 衬 底 底 的 的 电 电 场 场。这 这 个 个 电 电 场 场 的 的 作 作 用 用是 是 排 排 斥 斥P P 型 型 衬 衬 底 底 中 中 的 的 空 空 穴 穴 而 而 吸 吸 引 引 电 电 子 子 到 到 表 表 面 面 层 层，当 当U UGS GS增 增大 大 到 到 一 一 定 定 程 程 度 度 时 时，绝 绝 缘 缘 体 体 和 和P P 型 型 衬 衬 底 底 的 的 交 交 界 界 面 面 附 附 近 近 积 积 累

29、 累了 了 较 较 多 多 的 的 电 电 子 子，形 形 成 成 了 了N N 型 型 薄 薄 层 层，称 称 为 为N N 型 型 反 反 型 型 层 层。反 反 型 型层 层 使 使 漏 漏 极 极 与 与 源 源 极 极 之 之 间 间 成 成 为 为 一 一 条 条 由 由 电 电 子 子 构 构 成 成 的 的 导 导 电 电 沟 沟 道 道，当 当 加 加 上 上 漏 漏 源 源 电 电 压 压U UGS GS之 之 后 后，就 就 会 会 有 有 电 电 流 流I ID D流 流 过 过 沟 沟 道 道。通 通 常 常将 将 刚 刚 刚 刚 出 出 现 现 漏 漏 极 极 电

30、电 流 流I ID D时 时 所 所 对 对 应 应 的 的 栅 栅 源 源 电 电 压 压 称 称 为 为 开 开 启 启 电 电压，用 压，用U UGS(th)GS(th)表示。表示。当 当U UGS GS U UGS(th)GS(th)时 时，U UGS GS增 增 大 大、电 电 场 场 增 增 强 强、沟 沟 道 道 变 变宽 宽、沟 沟 道 道 电 电 阻 阻 减 减 小 小、I ID D增 增 大 大；反 反 之 之，U UGS GS减 减 小 小，沟 沟 道 道 变 变窄 窄，沟 沟 道 道 电 电 阻 阻 增 增 大 大，I ID D减 减 小 小。所 所 以 以 改 改 变

31、 变U UGS GS的 的 大 大 小 小，就 就可 可 以 以 控 控 制 制 沟 沟 道 道 电 电 阻 阻 的 的 大 大 小 小，从 从 而 而 达 达 到 到 控 控 制 制 电 电 流 流I ID D的 的 大 大小 小，随 随 着 着U UGS GS的 的 增 增 强 强，导 导 电 电 性 性 能 能 也 也 跟 跟 着 着 增 增 强 强，故 故 称 称 之 之 为 为增强型。增强型。必 必 须 须 强 强 调 调，这 这 种 种 管 管 子 子 当 当U UGS GS U UGS(th)GS(th)时 时，反 反 型 型 层 层（导 导 电 电 沟 沟 道 道）消 消 失

32、失，I ID D=0=0。只 只 有 有 当 当U UGS GS U UGS(th)GS(th)时 时，才 才能形成导电沟道，并有电流 能形成导电沟道，并有电流I ID D。3 3）特性曲线）特性曲线（1 1）转移特性曲线为）转移特性曲线为 由 图3.10 3.10 所 示 的 转 移 特 性 曲 线 可 见，当 UGS UGS(th)时，导 电 沟 道 没 有 形 成，ID=0。当 UGS UGS(th)时，开 始 形 成 导电 沟 道，并 随 着 UGS的 增 大，导 电 沟 道 变 宽，沟 道 电 阻 变小，电流ID增大。（2）输出特性曲线为图3.10 3.10转移特性曲线 图 图3.1

33、1 3.11 为 为 输 输 出 出 特 特 性 性 曲 曲 线 线，与 与 结 结 型 型 场 场 效 效 应 应 管 管 类 类 似 似，也 也 分 分 为 为 可 可 变 变 电 电 阻 阻 区 区、恒 恒 流 流 区 区（放 放 大 大 区 区）、夹 夹 断 断 区 区 和 和 击 击穿 穿 区 区，其 其 含 含 义 义 与 与 结 结 型 型 场 场 效 效 应 应 管 管 输 输 出 出 特 特 性 性 曲 曲 线 线 的 的 几 几 个 个 区 区相同。相同。图3.11 3.11输出特性曲线 2.N 2.N 沟道耗尽型 沟道耗尽型MOS MOS 管 管 1 1）结构、符号和工作

34、原理）结构、符号和工作原理 N N 沟 沟 道 道 耗 耗 尽 尽 型 型MOS MOS 管 管 的 的 结 结 构 构 如 如 图 图3.12 3.12（a a）所 所 示 示，图 图 形 形 符 符 号 号 如 如 图 图3.12 3.12（b b）所 所 示 示。N N 沟 沟 道 道 耗 耗 尽 尽 型 型MOS MOS 管 管 在 在制 制 造 造 时 时，在 在 二 二 氧 氧 化 化 硅 硅 绝 绝 缘 缘 层 层 中 中 掺 掺 入 入 了 了 大 大 量 量 的 的 正 正 离 离 子 子，这 这 些 些 正 正 离 离 子 子 的 的 存 存 在 在，使 使 得 得U UG

35、S GS=0=0 时 时，就 就 有 有 垂 垂 直 直 电 电 场 场 进 进 入 入半 半 导 导 体 体，并 并 吸 吸 引 引 自 自 由 由 电 电 子 子 到 到 半 半 导 导 体 体 的 的 表 表 层 层 而 而 形 形 成 成N N 型 型 导 导电沟道。电沟道。图3.12 3.12N 沟道耗尽型MOS 管的结构和符号（a）结构;（b）图形符号 如 如 果 果 在 在 栅 栅 源 源 之 之 间 间 加 加 负 负 电 电 压 压，U UGS GS所 所 产 产 生 生 的 的 外 外 电 电 场 场就 就 会 会 削 削 弱 弱 正 正 离 离 子 子 所 所 产 产 生

36、 生 的 的 电 电 场 场，使 使 得 得 沟 沟 道 道 变 变 窄 窄，电 电 流 流I ID D减 减 小 小;反 反 之 之，电 电 流 流I ID D增 增 加 加。故 故 这 这 种 种 管 管 子 子 的 的 栅 栅 源 源 电 电 压 压U UGS GS可 可 以 以 是 是 正 正 的 的，也 也 可 可 以 以 是 是 负 负 的 的。改 改 变 变U UGS GS，就 就 可 可 以 以 改 改 变 变 沟 沟道的宽窄，从而控制漏极电流 道的宽窄，从而控制漏极电流I ID D。2 2）特性曲线）特性曲线（1 1）输 输 出 出 特 特 性 性 曲 曲 线 线。N N 沟

37、 沟 道 道 耗 耗 尽 尽 型 型MOS MOS 管 管 的 的 输 输 出 出特 特 性 性 曲 曲 线 线 如 如 图 图3.13 3.13（a a）所 所 示 示，曲 曲 线 线 可 可 分 分 为 为 可 可 变 变 电 电 阻 阻 区 区、恒流区（放大区）、夹断区和击穿区。、恒流区（放大区）、夹断区和击穿区。图3.13 3.13N 沟道耗尽型MOS 管特性（a）输出特性曲线（2 2）转 转 移 移 特 特 性 性 曲 曲 线 线。N N 沟 沟 道 道 耗 耗 尽 尽 型 型MOS MOS 管 管 的 的 转 转 移 移 特 特性 性 曲 曲 线 线 如 如 图 图3.13 3.1

38、3（b b）所 所 示 示。从 从 图 图 中 中 可 可 以 以 看 看 出 出，这 这 种 种MOS MOS 管可正可负，且栅源电压 管可正可负，且栅源电压U UGS GS为零时，灵活性较大。为零时，灵活性较大。当 当U UGS GS=0=0 时 时，靠 靠 绝 绝 缘 缘 层 层 中 中 正 正 离 离 子 子 在 在P P 型 型 衬 衬 底 底 中 中 感 感 应 应出足够的电子，而形成 出足够的电子，而形成N N 型导电沟道，获得一定的 型导电沟道，获得一定的I IDSS DSS。当 当U UGS GS0 0 时 时，垂 垂 直 直 电 电 场 场 增 增 强 强，导 导 电 电

39、沟 沟 道 道 变 变 宽 宽，电 电 流 流I ID D增大。增大。当 当U UGS GS0 0 时 时，垂 垂 直 直 电 电 场 场 减 减 弱 弱，导 导 电 电 沟 沟 道 道 变 变 窄 窄，电 电 流 流I ID D减小。减小。当 当U UGS GS=U U GS(th)GS(th)时，导电沟道全夹断，时，导电沟道全夹断，I ID D=0=0。图3.13 3.13N 沟道耗尽型MOS 管特性（a）输出特性曲线;b）转移特性曲线 3.3 3.3 场效应管的主要参数及注意事项 场效应管的主要参数及注意事项 1.1.主要参数 主要参数1)1)开启电压 开启电压U U GS(th)GS(

40、th)和夹断电压 和夹断电压U U GS(off)GS(off)U UDS DS等 等 于 于 某 某 一 一 定 定 值 值，使 使 漏 漏 极 极 电 电 流 流I ID D等 等 于 于 某 某 一 一 微 微 小 小电 电 流 流 时 时，栅 栅 源 源 之 之 间 间 所 所 加 加 的 的 电 电 压 压U UGS GS，对 对 于 于 增 增 强 强 型 型 管 管，称 称 为 为 开 开 启 启 电 电 压 压U U GS(th)GS(th)；对 对 于 于 耗 耗 尽 尽 型 型 管 管 和 和 结 结 型 型 管 管，称 称为夹断电压 为夹断电压U U GS(off)GS(

41、off)。2)2)饱和漏极电流 饱和漏极电流I I DSS DSS 饱 饱 和 和 漏 漏 极 极 电 电 流 流 是 是 指 指 工 工 作 作 于 于 饱 饱 和 和 区 区 时 时，耗 耗 尽 尽 型 型 场 场 效 效应管在 应管在U UGS GS=0=0 时的漏极电流。时的漏极电流。3 3）低频跨导）低频跨导g gm m（又称低频互导）（又称低频互导）低 低 频 频 跨 跨 导 导 是 是 指 指U UDS DS为 为 某 某 一 一 定 定 值 值 时 时，漏 漏 极 极 电 电 流 流 的 的 微 微变量和引起这个变化的栅源电压微变量之比，即 变量和引起这个变化的栅源电压微变量之

42、比，即式中，ID为漏极电流的微变量；UGS为 栅 源 电 压 微 变 量。gm反 映 了 UGS对 ID的 控 制能力，是表征场效应管放大能力的重要参数，单 位 为 西 门 子（S）。gm一 般 为 几mS。gm也 就 是 转移特性曲线上工作点处切线的斜率。4)4)直流输入电阻 直流输入电阻R RGS GS 直 直 流 流 输 输 入 入 电 电 阻 阻 是 是 指 指 漏 漏 源 源 间 间 短 短 路 路 时 时，栅 栅 源 源 间 间 的 的 直 直 流 流 电 电阻值，一般大于 阻值，一般大于10+8 10+8。5)5)漏源击穿电压 漏源击穿电压U U(BR)DS(BR)DS 漏 漏

43、源 源 击 击 穿 穿 电 电 压 压 是 是 指 指 漏 漏 源 源 间 间 能 能 承 承 受 受 的 的 最 最 大 大 电 电 压 压，当 当U UDS DS值超过 值超过U U(BR)DS(BR)DS时，栅漏间发生击穿，时，栅漏间发生击穿，I ID D开始急剧增加。开始急剧增加。6 6）栅源击穿电压）栅源击穿电压U U(BR)GS(BR)GS 栅 栅 源 源 击 击 穿 穿 电 电 压 压 是 是 指 指 栅 栅 源 源 间 间 所 所 能 能 承 承 受 受 的 的 最 最 大 大 反 反 向 向 电 电 压 压，U UGS GS值 值 超 超 过 过 此 此 值 值 时 时，栅

44、栅 源 源 间 间 发 发 生 生 击 击 穿 穿，I ID D由 由 零 零 开 开 始 始 急 急 剧 剧 增 增加。加。7 7）最大耗散功率）最大耗散功率P PDM DM 最 最 大 大 耗 耗 散 散 功 功 率 率P PDM DM=U UDS DSI ID D，与 与 半 半 导 导 体 体 三 三 极 极 管 管 的 的P PCM CM类似，受管子最高工作温度的限制。类似，受管子最高工作温度的限制。2.2.注意事项 注意事项(1)(1)在 在 使 使 用 用 场 场 效 效 应 应 管 管 时 时，要 要 注 注 意 意 漏 漏 源 源 电 电 压 压U UDS DS、漏 漏源 源

45、 电 电 流 流I ID D、栅 栅 源 源 电 电 压 压U UGS GS及 及 耗 耗 散 散 功 功 率 率 等 等 值 值 不 不 能 能 超 超 过 过 最 最 大 大允许值。允许值。(2)(2)场 场 效 效 应 应 管 管 从 从 结 结 构 构 上 上 看 看 漏 漏 源 源 两 两 极 极 是 是 对 对 称 称 的 的，可 可以 以 互 互 相 相 调 调 用 用，但 但 有 有 些 些 产 产 品 品 制 制 作 作 时 时 已 已 将 将 衬 衬 底 底 和 和 源 源 极 极 在 在 内 内部连在一起，这时漏源两极不能对换用。部连在一起，这时漏源两极不能对换用。(3)

46、(3)结 结 型 型 场 场 效 效 应 应 管 管 的 的 栅 栅 源 源 电 电 压 压U UGS GS不 不 能 能 加 加 正 正 向 向 电 电 压 压，因为它工作在反偏状态。通常各极在开路状态下保存。因为它工作在反偏状态。通常各极在开路状态下保存。(4)(4)绝 绝 缘 缘 栅 栅 型 型 场 场 效 效 应 应 管 管 的 的 栅 栅 源 源 两 两 极 极 绝 绝 不 不 允 允 许 许 悬 悬 空 空，因 因 为 为 栅 栅 源 源 两 两 极 极 如 如 果 果 有 有 感 感 应 应 电 电 荷 荷，就 就 很 很 难 难 泄 泄 放 放，电 电 荷 荷 积 积 累 累会

47、 会 使 使 电 电 压 压 升 升 高 高，而 而 使 使 栅 栅 极 极 绝 绝 缘 缘 层 层 击 击 穿 穿，造 造 成 成 管 管 子 子 损 损 坏 坏。因 因 此 此 要 要 在 在 栅 栅 源 源 间 间 绝 绝 对 对 保 保 持 持 直 直 流 流 通 通 路 路，保 保 存 存 时 时 务 务 必 必 用 用 金 金 属 属导 导 线 线 将 将 三 三 个 个 电 电 极 极 短 短 接 接 起 起 来 来。在 在 焊 焊 接 接 时 时，烙 烙 铁 铁 外 外 壳 壳 必 必 须 须 接 接电 电 源 源 地 地 端 端，并 并 在 在 烙 烙 铁 铁 断 断 开 开

48、 电 电 源 源 后 后 再 再 焊 焊 接 接 栅 栅 极 极，以 以 避 避 免 免 交 交流 流 感 感 应 应 将 将 栅 栅 极 极 击 击 穿 穿，并 并 按 按S S、D D、G G 极 极 的 的 顺 顺 序 序 焊 焊 好 好 之 之 后 后，再去掉各极的金属短接线。再去掉各极的金属短接线。(5(5）注意各极电压的极性不能接错。）注意各极电压的极性不能接错。3.4 场效应管放大电路简介 由 由 于 于 场 场 效 效 应 应 管 管 具 具 有 有 输 输 入 入 电 电 阻 阻 高 高 的 的 特 特 点 点，它 它 适 适 用 用 于 于作 作 为 为 多 多 级 级 放

49、 放 大 大 电 电 路 路 的 的 输 输 入 入 级 级，尤 尤 其 其 对 对 高 高 内 内 阻 阻 的 的 信 信 号 号 源 源，采 采 用 用 场 场 放 放 管 管 才 才 能 能 有 有 效 效 地 地 放 放 大 大。场 场 效 效 应 应 管 管 与 与 晶 晶 体 体 三 三 极 极 管 管比 比 较 较，源 源 极 极、漏 漏 极 极、栅 栅 极 极 相 相 当 当 于 于 发 发 射 射 极 极、集 集 电 电 极 极、基 基极 极，即 即Se Se，Dc Dc，Gb Gb。场 场 效 效 应 应 管 管 有 有 共 共 源 源 极 极 放 放 大 大 电 电路 路

50、 和 和 源 源 极 极 输 输 出 出 器 器 两 两 种 种 电 电 路 路。下 下 面 面 就 就 这 这 两 两 种 种 电 电 路 路 进 进 行 行 静 静态和动态分析。态和动态分析。3.4.1 3.4.1 场效应管放大电路的静态分析 场效应管放大电路的静态分析 场 场 效 效 应 应 管 管 是 是 电 电 压 压 控 控 制 制 器 器 件 件，它 它 没 没 有 有 偏 偏 流 流，关 关 键 键 是 是建立适当的栅源偏压 建立适当的栅源偏压U UGS GS。1.1.自偏压电路分析 自偏压电路分析 结型场效应管常用的自偏压电路如图 结型场效应管常用的自偏压电路如图3.14 3