《场效应管简介》课件.ppt

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1、场效应管简介场效应管简介简介简介 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。具有输入电阻高（108109）、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。基本特点基本特点 场效应管场效应管属于电压控制元件，这一点类似于电子管的三属于电压控制元件，这一点类似于电子管的三极管，但它的构造与工作原理和电子管是截然不同的，与极管，但它的构造与工作原理和电子管是截然不同的，与双极型晶体管相比，场效应晶体管具有如

2、下特点：双极型晶体管相比，场效应晶体管具有如下特点：（1 1）场效应管是电压控制器件，它通过）场效应管是电压控制器件，它通过VGSVGS来控制来控制IDID；（2 2）场效应管的输入端电流极小，因此它的输入电阻很大。）场效应管的输入端电流极小，因此它的输入电阻很大。（3 3）它是利用多数载流子导电，因此它的温度稳定性较好；）它是利用多数载流子导电，因此它的温度稳定性较好；（4 4）它组成的放大电路的电压放大系数要小于三极管组成放）它组成的放大电路的电压放大系数要小于三极管组成放大电路的电大电路的电 压放大系数；压放大系数；（5 5）场效应管的抗辐射能力强；）场效应管的抗辐射能力强；（6 6）由

3、于不存在杂乱运动的少子扩散引起的散）由于不存在杂乱运动的少子扩散引起的散工作原理工作原理 场效应管场效应管工工工工作原理用一句话说，就是作原理用一句话说，就是“漏极漏极-源极间流经沟道的源极间流经沟道的IDID，用以门极与沟道间的用以门极与沟道间的pnpn结形成的反偏的门极电压控制结形成的反偏的门极电压控制ID”ID”。更正确地说，更正确地说，IDID流经通路的宽度，即沟道截面积，它是由流经通路的宽度，即沟道截面积，它是由pnpn结反偏结反偏的变化，产生耗尽层扩展变化控制的缘故。在的变化，产生耗尽层扩展变化控制的缘故。在VGS=0VGS=0的非饱和区域，表的非饱和区域，表示的过渡层的扩展因为不

4、很大，根据漏极示的过渡层的扩展因为不很大，根据漏极-源极间所加源极间所加VDSVDS的电场，源极的电场，源极区域的某些电子被漏极拉去，即从漏极向源极有电流区域的某些电子被漏极拉去，即从漏极向源极有电流IDID流动。从门极向流动。从门极向漏极扩展的过度层将沟道的一部分构成堵塞型，漏极扩展的过度层将沟道的一部分构成堵塞型，IDID饱和。将这种状态称饱和。将这种状态称为夹断。这意味着过渡层将沟道的一部分阻挡，并不是电流被切断。为夹断。这意味着过渡层将沟道的一部分阻挡，并不是电流被切断。在过渡层由于没有电子、空穴的自由移动，在理想状态下几乎具有绝缘在过渡层由于没有电子、空穴的自由移动，在理想状态下几乎

5、具有绝缘特性，通常电流也难流动。但是此时漏极特性，通常电流也难流动。但是此时漏极-源极间的电场，实际上是两个源极间的电场，实际上是两个过渡层接触漏极与门极下部附近，由于漂移电场拉去的高速电子通过过过渡层接触漏极与门极下部附近，由于漂移电场拉去的高速电子通过过渡层。因漂移电场的强度几乎不变产生渡层。因漂移电场的强度几乎不变产生IDID的饱和现象。其次，的饱和现象。其次，VGSVGS向负的向负的方向变化，让方向变化，让VGS=VGS(off)VGS=VGS(off)，此时过渡层大致成为覆盖全区域的状态。，此时过渡层大致成为覆盖全区域的状态。而且而且VDSVDS的电场大部分加到过渡层上，将电子拉向漂

6、移方向的电场，只有的电场大部分加到过渡层上，将电子拉向漂移方向的电场，只有靠近源极的很短部分，这更使电流不能流通靠近源极的很短部分，这更使电流不能流通。主要作用主要作用 1.1.场效应管场效应管可应用于放大。由于场效应管放大器可应用于放大。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，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。不必使用电解电容器。2.2.场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。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。常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。3.3.场效应管可以用作可变电阻。场效应管可以用作可变

7、电阻。4.4.场效应管可以方便地用作恒流源。场效应管可以方便地用作恒流源。5.5.场效应管可以用作电子开关。场效应管可以用作电子开关。分类简介分类简介 场效应管场效应管分为结型场效应管（分为结型场效应管（JFETJFET）和绝缘栅场）和绝缘栅场效应管（效应管（MOSMOS管）两大类。管）两大类。按沟道材料型和绝缘栅型各分按沟道材料型和绝缘栅型各分N N沟道和沟道和P P沟道两种；沟道两种；按导电方式：耗尽型与增强型，结型场效应管均按导电方式：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，也为耗尽型，绝缘栅型场效应管既有耗尽型的，也有增强型的。有增强型的。场效应晶体管可分

8、为结场效应晶体管和场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOSMOS场效场效应晶体管，而应晶体管，而MOSMOS场效应晶体管又分为场效应晶体管又分为N N沟耗尽沟耗尽型和增强型；型和增强型；P P沟耗尽型和增强型四大类。沟耗尽型和增强型四大类。结型场效应管（结型场效应管（JFET）1 1、结型场效应管结型场效应管的分类：结型场效应管有两种结构的分类：结型场效应管有两种结构形式，它们是形式，它们是N N沟道结型场效应管和沟道结型场效应管和P P沟道结型场效应管。沟道结型场效应管。结型场效应管也具有三个电极，它们是：栅极；漏极；源结型场效应管也具有三个电极，它们是：栅极；漏极；源极。电路符号中栅极的箭

9、头方向可理解为两个极。电路符号中栅极的箭头方向可理解为两个PNPN结的正向结的正向导电方向。导电方向。2 2、结型场效应管的工作原理、结型场效应管的工作原理(以以N N沟道结型场效应管为例沟道结型场效应管为例)，N N沟道结构型场效应管的结构及符号，由于沟道结构型场效应管的结构及符号，由于PNPN结中的结中的载流子已经耗尽，故载流子已经耗尽，故PNPN基本上是不导电的，形成了所谓耗基本上是不导电的，形成了所谓耗尽区，当漏极电源电压尽区，当漏极电源电压EDED一定时，如果栅极电压越负，一定时，如果栅极电压越负，PNPN结交界面所形成的耗尽区就越厚，则漏、源极之间导电结交界面所形成的耗尽区就越厚，

10、则漏、源极之间导电的沟道越窄，漏极电流的沟道越窄，漏极电流IDID就愈小；反之，如果栅极电压没就愈小；反之，如果栅极电压没有那么负，则沟道变宽，有那么负，则沟道变宽，IDID变大，所以用栅极电压变大，所以用栅极电压EGEG可以可以控制漏极电流控制漏极电流IDID的变化，就是说，场效应管是电压控制元的变化，就是说，场效应管是电压控制元件。件。绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管(MOS管管)1 1、绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管的分类：绝缘栅场效应管也有两种结构的分类：绝缘栅场效应管也有两种结构形式，它们是形式，它们是N N沟道型和沟道型和P P沟道型。无论是什么沟道，它们又分为增强沟道型。无论是什么沟道

11、，它们又分为增强型和耗尽型两种。型和耗尽型两种。2 2、它是由金属、氧化物和半导体所组成，所以又称为金属、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氧化物半导体场效应管，简称半导体场效应管，简称MOSMOS场效应管。场效应管。3 3、绝缘栅型场效应管的工作原理、绝缘栅型场效应管的工作原理(以以N N沟道增强型沟道增强型MOSMOS场效应管场效应管)它是它是利用利用UGSUGS来控制来控制“感应电荷感应电荷”的多少，以改变由这些的多少，以改变由这些“感应电荷感应电荷”形形成的导电沟道的状况，然后达到控制漏极电流的目的。在制造管子时，成的导电沟道的状况，然后达到控制漏极电流的目的。在制

12、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较多的负电荷，这些负电荷把高渗杂质的N N区接通，形成了导电沟道，区接通，形成了导电沟道，即使在即使在VGS=0VGS=0时也有较大的漏极电流时也有较大的漏极电流IDID。当栅极电压改变时，沟道内。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IDID随着栅极电压的变化而变化。随着栅极电压的变化而变化。场效应管的工作方式有两种：场效应

13、管的工作方式有两种：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。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。应用领域应用领域 场效应管（场效应管（fet）是电场效应控制电流大小的单是电场效应控制电流大小的单极型半导体器件。在其输入端基本不取电流或电极型半导体器件。在其输入端基本不取电流或电流极小，具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、流极小，具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、制造工艺简单等特点，在大规模和超大规模集成制造工艺简单等特点，在大规模和超大规模集成电路中被应用。电路中被应用。场效应器件凭借其低功耗、场效应器件凭借其低功耗、性能稳定、抗辐射能力强等优势，在集成电路中性能稳定、抗辐射能力强等优势，在集成电路中已经有逐渐取代三极管的趋势。但它还是非常娇已经有逐渐取代三极管的趋势。但它还是非常娇贵的，虽然现在多数已经内置了保护二极管，但贵的，虽然现在多数已经内置了保护二极管，但稍不注意，也会损坏。所以在应用中还是小心为稍不注意，也会损坏。所以在应用中还是小心为妙。妙。