模电学习笔记9——场效应管

教材：童诗白、华成英《模拟电子技术基础》（第五版） 高等教育出版社

视频教材：

一、常用半导体器件

1.4 场效应管

（1）场效应管：利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件。

（2）场效应管分为结型和绝缘栅型两种不同结构。

1.4.1 结型场效应管

         结型场效应管分为P沟道和N沟道两种类型，结构与符号如图。 

一、结型场效应管的工作原理

       为N沟道结型场效应管能正常工作，应在其栅-源之间加负向电压（即uGS<0），以保证耗尽层承受反向电压；在漏-源之间加正向电压，以形成漏极电流id。

（1）栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用如图。

         夹断电压UGS(off)：当UGS增大到某一数值时，耗尽层闭合，沟道消失，沟通电阻趋于无穷大，此时UGS的值称为夹断电压。

（2）漏-源电压对漏极电流的影响：

         预夹断：一旦UDS的增大使UGD=UGS(off)时，漏极一边的耗尽层就会出现夹断区，称为预夹断。

二、结型场效应管的特性曲线

（1）转移特性曲线如图。

         恒流区中，电流iD的近似表达式如图。其中IDSS是uGS=0情况下产生预夹断时的ID，称为饱和漏极电流。

（2）输出特性曲线如图。 

低频跨导：在管子工作在恒流区且uGS为常量的条件下，iD的微小变化量与引起它变化的ΔuGS之比。

场效应管有三个工作区域：

可变电阻区（非饱和区）：uDS<uGS - UGS(off)且UGS>UGS（off），此区域内改变UGS的大小可改变漏-源等效电阻的阻值。

恒流区（饱和区）：uDS>uGS - UGS(off)且UGS>UGS（off），id几乎不随uds增大而增大，利用场效应管作放大管时，应使其工作在该区域。

夹断区（截止区）：UGS<UGS(off)，id约等于0。

1.4.2 绝缘栅型场效应管（MOS管）

（1）绝缘栅型场效应管类型

①　增强型：UGS为零时id也为零，分为N沟道增强型管和P沟道增强型管

②　耗尽型：UGS为零时id不为零，分为N沟道耗尽型管和P沟道耗尽型管

一、N沟道增强型MOS管

       开启电压UGS（th）：使导电沟道（反型层）刚刚形成的栅-源电压，

       uGS越大，反型层越厚，导电沟道电阻越小。

N沟道增强型MOS管工作原理：

①　在UDS<UGS - UGS(th)且UGS>UGS(th)的情况下，对应于不同的UGS，d-s间等效成不同阻值的电阻。

②　当UDS使UDS=UGS - UGS(th)且UGS>UGS(th)时，导电沟道之间预夹断。

③　当UDS使UDS>UGS - UGS(th)且UGS>UGS(th)时,id几乎仅仅决定于UGS，而与UDS无关。此时可以把id近似看成UGS控制的电流源。(应让MOS管工作在此区域)

④　UGS<UGS(th)时，导电沟道夹断。

二、N沟道耗尽型MOS管

       UGS为正时，id增大；反之，id减少。而当UGS减小到夹断电压UGS（off）时，id=0。与N沟道结型场效应管不同，UGS可在正负值的一定范围内实现id的控制，且仍保持栅-源之间有非常大的绝缘电阻。

三、MOS管的特性曲线与电流方程如图。

场效应管的分类如图。

场效应管工作在恒流区的条件：

①　N沟道绝栅型管UDS>UGS - UGS(th)且UGS>UGS(th）

②　N沟道结型管UDS>UGS - UGS(off)且UGS>UGS(off）

③　P沟道绝栅型管UDS<UGS - UGS(th)且UGS<UGS(th）

④　P沟道结型管UDS<UGS - UGS(off)且UGS<UGS(off）