场效应管特性.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流场效应管特性.精品文档.根据三极管的原理开发出的新一代放大元件，有3个极性，栅极，漏极，源极，它的特点是栅极的内阻极高，采用二氧化硅材料的可以达到几百兆欧，属于电压控制型器件-1.概念:场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管.由多数载流子参与导电,也称为单极型晶体管.它属于电压控制型半导体器件.特点:具有输入电阻高（1000000001000000000）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点,现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者.作用:场效应管

2、可应用于放大.由于场效应管放大器的输入阻抗很高,因此耦合电容可以容量较小,不必使用电解电容器.场效应管可以用作电子开关.场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换.常用于多级放大器的输入级作阻抗变换.场效应管可以用作可变电阻.场效应管可以方便地用作恒流源.2.场效应管的分类:场效应管分结型、绝缘栅型(MOS)两大类按沟道材料:结型和绝缘栅型各分N沟道和P沟道两种.按导电方式:耗尽型与增强型,结型场效应管均为耗尽型,绝缘栅型场效应管既有耗尽型的,也有增强型的。场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管,而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型;P沟耗尽型和增强型四大类.见下图 :3.

3、场效应管的主要参数 :Idss 饱和漏源电流.是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中,栅极电压UGS=0时的漏源电流.Up 夹断电压.是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中,使漏源间刚截止时的栅极电压.Ut 开启电压.是指增强型绝缘栅场效管中,使漏源间刚导通时的栅极电压.gM 跨导.是表示栅源电压UGS 对漏极电流ID的控制能力,即漏极电流ID变化量与栅源电压UGS变化量的比值.gM 是衡量场效应管放大能力的重要参数.BVDS 漏源击穿电压.是指栅源电压UGS一定时,场效应管正常工作所能承受的最大漏源电压.这是一项极限参数,加在场效应管上的工作电压必须小于BVDS.PDSM 最大耗散功率,也是一项极限参数

4、,是指场效应管性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率.使用时,场效应管实际功耗应小于PDSM并留有一定余量.IDSM 最大漏源电流.是一项极限参数,是指场效应管正常工作时,漏源间所允许通过的最大电流.场效应管的工作电流不应超过IDSM Cds-漏-源电容Cdu-漏-衬底电容Cgd-栅-源电容Cgs-漏-源电容Ciss-栅短路共源输入电容Coss-栅短路共源输出电容Crss-栅短路共源反向传输电容D-占空比（占空系数，外电路参数）di/dt-电流上升率（外电路参数）dv/dt-电压上升率（外电路参数）ID-漏极电流（直流）IDM-漏极脉冲电流ID(on)-通态漏极电流IDQ-静态漏极电流（射频功率

5、管）IDS-漏源电流IDSM-最大漏源电流IDSS-栅-源短路时，漏极电流IDS(sat)-沟道饱和电流（漏源饱和电流）IG-栅极电流（直流）IGF-正向栅电流IGR-反向栅电流IGDO-源极开路时，截止栅电流IGSO-漏极开路时，截止栅电流IGM-栅极脉冲电流IGP-栅极峰值电流IF-二极管正向电流IGSS-漏极短路时截止栅电流IDSS1-对管第一管漏源饱和电流IDSS2-对管第二管漏源饱和电流Iu-衬底电流Ipr-电流脉冲峰值（外电路参数）gfs-正向跨导Gp-功率增益Gps-共源极中和高频功率增益GpG-共栅极中和高频功率增益GPD-共漏极中和高频功率增益ggd-栅漏电导gds-漏源电导

6、K-失调电压温度系数Ku-传输系数L-负载电感（外电路参数） LD-漏极电感Ls-源极电感rDS-漏源电阻rDS(on)-漏源通态电阻rDS(of)-漏源断态电阻rGD-栅漏电阻rGS-栅源电阻Rg-栅极外接电阻（外电路参数）RL-负载电阻（外电路参数）R(th)jc-结壳热阻R(th)ja-结环热阻PD-漏极耗散功率PDM-漏极最大允许耗散功率PIN-输入功率POUT-输出功率PPK-脉冲功率峰值（外电路参数）to(on)-开通延迟时间td(off)-关断延迟时间ti-上升时间ton-开通时间toff-关断时间tf-下降时间trr-反向恢复时间Tj-结温Tjm-最大允许结温Ta-环境温度Tc

7、-管壳温度Tstg-贮成温度VDS-漏源电压（直流）VGS-栅源电压（直流）VGSF-正向栅源电压（直流）VGSR-反向栅源电压（直流）VDD-漏极（直流）电源电压（外电路参数）VGG-栅极（直流）电源电压（外电路参数）Vss-源极（直流）电源电压（外电路参数）VGS(th)-开启电压或阀电压V（BR）DSS-漏源击穿电压V（BR）GSS-漏源短路时栅源击穿电压VDS(on)-漏源通态电压VDS(sat)-漏源饱和电压VGD-栅漏电压（直流）Vsu-源衬底电压（直流）VDu-漏衬底电压（直流）VGu-栅衬底电压（直流）Zo-驱动源内阻-漏极效率（射频功率管）Vn-噪声电压aID-漏极电流温度系

8、数ards-漏源电阻温度系数4.结型场效应管的管脚识别:判定栅极G:将万用表拨至R1k档,用万用表的负极任意接一电极,另一只表笔依次去接触其余的两个极,测其电阻.若两次测得的电阻值近似相等,则负表笔所接触的为栅极,另外两电极为漏极和源极.漏极和源极互换,若两次测出的电阻都很大,则为N沟道;若两次测得的阻值都很小,则为P沟道.判定源极S、漏极D:在源-漏之间有一个PN结,因此根据PN结正、反向电阻存在差异,可识别S极与D极.用交换表笔法测两次电阻,其中电阻值较低（一般为几千欧至十几千欧）的一次为正向电阻,此时黑表笔的是S极,红表笔接D极.5.场效应管与晶体三极管的比较场效应管是电压控制元件,而晶

9、体管是电流控制元件.在只允许从信号源取较少电流的情况下,应选用场效应管;而在信号电压较低,又允许从信号源取较多电流的条件下,应选用晶体管.晶体三极管与场效应管工作原理完全不同，但是各极可以近似对应以便于理解和设计：晶体管： 基极 发射极 集电极场效应管 ： 栅极 源极 漏极要注意的是，晶体管设计发射极电位比基极电位低(约0.6V)，场效应管源极电位比栅极电位高（约0.4V)。场效应管是利用多数载流子导电,所以称之为单极型器件,而晶体管是即有多数载流子,也利用少数载流子导电,被称之为双极型器件.有些场效应管的源极和漏极可以互换使用,栅压也可正可负,灵活性比晶体管好.场效应管能在很小电流和很低电压

10、的条件下工作,而且它的制造工艺可以很方便地把很多场效应管集成在一块硅片上,因此场效应管在大规模集成电路中得到了广泛的应用.一、场效应管的结构原理及特性 场效应管有结型和绝缘栅两种结构，每种结构又有N沟道和P沟道两种导电沟道。1、结型场效应管（JFET）（1）结构原理 它的结构及符号见图1。在N型硅棒两端引出漏极D和源极S两个电极，又在硅棒的两侧各做一个P区，形成两个PN结。在P区引出电极并连接起来，称为栅极Go这样就构成了N型沟道的场效应管 图1、N沟道结构型场效应管的结构及符号由于PN结中的载流子已经耗尽，故PN基本上是不导电的，形成了所谓耗尽区，从图1中可见，当漏极电源电压ED一定时，如果

11、栅极电压越负，PN结交界面所形成的耗尽区就越厚，则漏、源极之间导电的沟道越窄，漏极电流ID就愈小；反之，如果栅极电压没有那么负，则沟道变宽，ID变大，所以用栅极电压EG可以控制漏极电流ID的变化，就是说，场效应管是电压控制元件。（2）特性曲线1）转移特性图2（a）给出了N沟道结型场效应管的栅压-漏流特性曲线，称为转移特性曲线，它和电子管的动态特性曲线非常相似，当栅极电压VGS=0时的漏源电流。用IDSS表示。VGS变负时，ID逐渐减小。ID接近于零的栅极电压称为夹断电压，用VP表示，在0VGSVP的区段内，ID与VGS的关系可近似表示为：ID=IDSS（1-|VGS/VP|）其跨导gm为：gm

12、=（ID/VGS）|VDS=常微（微欧）|式中：ID-漏极电流增量（微安）-VGS-栅源电压增量（伏）图2、结型场效应管特性曲线2）漏极特性（输出特性）图2(b)给出了场效应管的漏极特性曲线，它和晶体三极管的输出特性曲线 很相似。可变电阻区（图中I区）在I区里VDS比较小，沟通电阻随栅压VGS而改变，故称为可变电阻区。当栅压一定时，沟通电阻为定值，ID随VDS近似线性增大，当VGSVP时，漏源极间电阻很大（关断）。IP=0；当VGS=0时，漏源极间电阻很小（导通），ID=IDSS。这一特性使场效应管具有开关作用。恒流区（区中II区）当漏极电压VDS继续增大到VDS|VP|时，漏极电流，IP达到

13、了饱和值后基本保持不变，这一区称为恒流区或饱和区，在这里，对于不同的VGS漏极特性曲线近似平行线，即ID与VGS成线性关系，故又称线性放大区。击穿区（图中区）如果VDS继续增加，以至超过了PN结所能承受的电压而被击穿，漏极电流ID突然增大，若不加限制措施，管子就会烧坏。2、绝缘栅场效应管它是由金属、氧化物和半导体所组成，所以又称为金属-氧化物-半导体场效应管，简称MOS场效应管。（1）结构原理它的结构、电极及符号见图3所示，以一块P型薄硅片作为衬底，在它上面扩散两个高杂质的N型区，作为源极S和漏极D。在硅片表覆盖一层绝缘物，然后再用金属铝引出一个电极G（栅极）由于栅极与其它电极绝缘，所以称为绝

14、缘栅场面效应管。图3、N沟道（耗尽型）绝缘栅场效应管结构及符号在制造管子时，通过工艺使绝缘层中出现大量正离子，故在交界面的另一侧能感应出较多的负电荷，这些负电荷把高渗杂质的N区接通，形成了导电沟道，即使在VGS=0时也有较大的漏极电流ID。当栅极电压改变时，沟道内被感应的电荷量也改变，导电沟道的宽窄也随之而变，因而漏极电流ID随着栅极电压的变化而变化。场效应管的式作方式有两种：当栅压为零时有较大漏极电流的称为耗散型，当栅压为零，漏极电流也为零，必须再加一定的栅压之后才有漏极电流的称为增强型。（2）特性曲线1）转移特性（栅压-漏流特性）图4（a）给出了N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的转移行性曲线，图

15、中Vp为夹断电压（栅源截止电压）；IDSS为饱和漏电流。图4（b）给出了N沟道增强型绝缘栅场效管的转移特性曲线，图中Vr为开启电压，当栅极电压超过VT时，漏极电流才开始显著增加。2）漏极特性（输出特性）图5（a）给出了N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的输出特性曲线。图5(b)为N沟道增强型绝缘栅场效应管的输出特性曲线 。 图4、N沟道MOS场效管的转移特性曲线图5、N沟道MOS场效应管的输出特性曲线此外还有N衬底P沟道（见图1）的场效应管，亦分为耗尽型号增强型两种，各种场效应器件的分类，电压符号和主要伏安特性（转移特性、输出特性） 二、场效应管的主要参数 1、夹断电压VP当VDS为某一固定数值，使I

16、DS等于某一微小电流时，栅极上所加的偏压VGS就是夹断电压VP。2、饱和漏电流IDSS在源、栅极短路条件下，漏源间所加的电压大于VP时的漏极电流称为IDSS。3、击穿电压BVDS表示漏、源极间所能承受的最大电压，即漏极饱和电流开始上升进入击穿区时对应的VDS。4、直流输入电阻RGS在一定的栅源电压下，栅、源之间的直流电阻，这一特性有以流过栅极的电流来表示，结型场效应管的RGS可达1000000000欧而绝缘栅场效应管的RGS可超过10000000000000欧。5、低频跨导gm漏极电流的微变量与引起这个变化的栅源电压微数变量之比，称为跨导，即gm= ID/VGS它是衡量场效应管栅源电压对漏极电流控制能力的一个参数，也是衡量放大作用的重要参数，此参灵敏常以栅源电压变化1伏时，漏极相应变化多少微安（A/V）或毫安（mA/V）来表示