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1、晶体管与场效应管晶体管与场效应管模拟电子技术基础晶体三极管晶体三极管晶体三极管也称为半导体三极管，简称三极管，晶体三极管也称为半导体三极管，简称三极管，由于工作时，多数载流子和少数载流子都参与由于工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，因此，还被称为运行，因此，还被称为双极双极型晶体管简称型晶体管简称BJT（Bipolar Junction Transistor）。）。BJT是一种是一种电电流流控制控制电流电流的半导体器件。的半导体器件。作用作用: :把微弱信号把微弱信号放大放大成辐值较大的电信号，成辐值较大的电信号，也用作无触点也用作无触点开关开关. .晶体管促进并带来了晶体管促进并带来了
2、“固态革命固态革命”，进而推动，进而推动了全球范围内的半导体电子工业。了全球范围内的半导体电子工业。 三极管的常见外形三极管的常见外形2N2202三极管的结构三极管的结构-NNP发射区发射区集电区集电区基区基区发射结发射结 集电结集电结ECB发射极发射极集电极集电极基极基极NPN型型PNP型型-PPN发射区发射区集电区集电区基区基区发射结发射结 集电结集电结ECB发射极发射极集电极集电极基极基极三极管的结构特点三极管的结构特点: :（1 1）发射区的掺杂浓度集电区掺杂浓度。）发射区的掺杂浓度集电区掺杂浓度。（2 2）基区要制造得很薄且浓度很低。）基区要制造得很薄且浓度很低。ECB符号符号ECB
3、符号符号BJT的构造的构造 以以NPN为例为例 )N+PN-Si集电极集电极CCollector基极基极BBase发射极发射极EEmitter金属层金属层N型硅片型硅片（衬底衬底）对于对于NPN管，它是由管，它是由2 2块块N型半导体中间夹着一块型半导体中间夹着一块P型型半导体所组成，发射区与基区之间形成的半导体所组成，发射区与基区之间形成的PN结称为结称为发射结发射结, ,而集电区与基区形成的而集电区与基区形成的PN结称为结称为集电结集电结, ,三三条引线分别称为发射极条引线分别称为发射极E、基极、基极B和集电极和集电极C。发射区发射区：发射载流子：发射载流子集电区集电区：收集载流子：收集载
4、流子基区基区：传送和控制载流子：传送和控制载流子强化练习强化练习1NPN型三极管型三极管ECB符号符号电路符号电路符号集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区NN集电极集电极 C基极基极 B发射极发射极 EP集电区的作用：集电区的作用：收集载流子收集载流子基区的作用：基区的作用：传送、控制载流子传送、控制载流子发射区的作用：发射区的作用：发射载流子发射载流子强化练习强化练习2PNP型三极管型三极管ECB符号符号电路符号电路符号集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区PP集电极集电极 C基极基极 B发射极发射极 EN集电区的杂质浓度：集电区的杂质浓度：较低较低基区
5、的厚度：基区的厚度：非常薄非常薄发射区的杂质浓度：发射区的杂质浓度：很高很高icie输入输入输出输出BJT的组态的组态三极管在使用时，根据实际需要，可接成三种不同的组三极管在使用时，根据实际需要，可接成三种不同的组态。不管接成哪种组态，都有一对输入端和一对输出端；态。不管接成哪种组态，都有一对输入端和一对输出端；icib输入输入输出输出共发射极共发射极接法，接法，发射极发射极作为作为公共公共电极，用电极，用CE表示表示 ；共基极共基极接法，接法，基极基极作为公共电极，用作为公共电极，用CB表示表示 ; ;ieib输入输入输出输出共集电极共集电极接法，接法，集电极集电极作为公共电极，用作为公共电
6、极，用CC表示。表示。CECBCC三极管的放大作用是满足自身的内部结构特点的前提三极管的放大作用是满足自身的内部结构特点的前提下，在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现下，在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。出来的。v 内部结构内部结构 BJT的结构特点的结构特点 v 外部条件外部条件 发射结正偏，发射结正偏， 集电结反偏。集电结反偏。BJT的电流放大条件的电流放大条件 UCEVCCRCICCEBUBEVBBRBIB输入输入回路回路输入输入回路回路公共端公共端共发射极放大电路共发射极放大电路 发射区的掺杂浓度最高发射区的掺杂浓度最高 ( N+ )； 集电区掺杂浓度低于发射区，
7、且面积大；集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大； 基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。且掺杂浓度最低。共射极共射极NPN放大电路放大电路CEBNNPRB VBBIBICVCCJCJE三极管在工作时三极管在工作时必须必须加上适当的加上适当的直流偏置直流偏置电压。电压。若在若在放大放大工作状态：工作状态：发射结发射结正正偏：偏：由由VBB保证；必须使：保证；必须使：UBE0硅管：硅管：UBE= =UB- -UE=0.7=0.7（V）锗管：锗管：UBE= =UB- -UE=0.3=0.3（V）集电结集电结反反偏：偏：由由VBB、VCC保证；保证；
8、UCB=VCC UBE 0，反偏；，反偏；集电结电场很强集电结电场很强。结论：对于正常工作的结论：对于正常工作的NPN管，必然管，必然有有UC UB UE共射极共射极PNP放大电路放大电路CEBPPNRB VBBIBICVCCJCJE三极管在工作时三极管在工作时必须必须加上适当的加上适当的直流偏置直流偏置电压。电压。若在若在放大放大工作状态：工作状态：发射结发射结正正偏：偏：由由VBB保证；必须使：保证；必须使：UBE 0硅管：硅管：UBE= =UB- -UE= =- -0.70.7（V）锗管：锗管：UBE= =UB- -UE= =- -0.30.3（V）集电结集电结反反偏：偏：由由VBB、V
9、CC保证；保证；UCB=VCC UBE 0，反偏；，反偏；集电结电场很强集电结电场很强。VCC结论：对于正常工作的结论：对于正常工作的PNP管，必然管，必然有有UC UB U3U2，所以为所以为B极；极；又因为又因为U3-U2=0.7V，所以该三极管为所以该三极管为NPN硅管；硅管；且为且为E极；为极；为C极。极。U1=4.3=4.3V，U2=2=2V，U3=5=5V因为因为U3U1U2，所以所以为为B极；极；又因为又因为U1-U3=-0.7V，所以该三极管为所以该三极管为PNP硅管；硅管；且为且为C极；极；为为E极。极。U1=-5=-5V，U2=-1.8=-1.8V，U3=-1.5=-1.5
10、V因为因为U3U2U1，所以所以为为B极；极；又因为又因为U1-U3=-0.3V，所以该三极管为所以该三极管为PNP锗管；锗管；且为且为C极；极；为为E极。极。共射极共射极NPN放大电路放大电路 CE BRBVBB IB ICVCC JC JEIEN发射结正偏，发射结正偏，发射区多数发射区多数载流子电子载流子电子不断向基区不断向基区扩散，形成扩散，形成扩散电流扩散电流IEN。基区多数载基区多数载流子空穴不流子空穴不断向基区扩断向基区扩散，形成扩散，形成扩散电流散电流IEP。IEPIE=IEN+IEP进入基区少数电子和空穴进入基区少数电子和空穴复合，以及进入发射区的复合，以及进入发射区的空穴与电
11、子复合而形成电空穴与电子复合而形成电流流IBN和和IBP，那么其它多数，那么其它多数电子去哪里了？电子去哪里了？集电结反偏集电结反偏从发射区扩散来的从发射区扩散来的电子作为基区的少电子作为基区的少子，在外电场的作子，在外电场的作用下，漂移进入集用下，漂移进入集电区而被收集，形电区而被收集，形成电流成电流ICN。ICN集电区少数载流集电区少数载流子空穴形成漂移子空穴形成漂移电流电流ICBO。ICBO=ICN+ICBO结论：结论：IE=IB+ICIE扩散运动形成的电流扩散运动形成的电流IB复合运动形成的电流复合运动形成的电流IC漂移运动形成的电流漂移运动形成的电流IBP共射极电路电流的放大共射极电
12、路电流的放大 UCEVCCRCICCEBUBEVBBRBIB共发射极放大电路共发射极放大电路对于一个特定的对于一个特定的BJT，扩散到集电区的电流，扩散到集电区的电流ICN和和基区和和基区复合电流复合电流IBP的比例关系是确定的，通常把这个比值称的比例关系是确定的，通常把这个比值称为为BJT共射极电路的电流放大系数共射极电路的电流放大系数。C NB PIICBII通常在通常在2020100100之间，它反之间，它反映了基极与集电极电流之间映了基极与集电极电流之间的分配关系，或者说的分配关系，或者说IB对对IC的控制能力。的控制能力。B微小的变化微小的变化会引起会引起IC较大的变化，故较大的变化
13、，故BJT称为电流控制器件。称为电流控制器件。三极管的特性曲线三极管的特性曲线三极管的三极管的特性曲线特性曲线是指三极管各极上的电压、电流之间是指三极管各极上的电压、电流之间的的关系曲线关系曲线。它是三极管内部载流子运动的外部表现，。它是三极管内部载流子运动的外部表现，所以也称为所以也称为外部外部特性。根据实际需要，三极管可接成特性。根据实际需要，三极管可接成共共基基组态、组态、共射共射组态或组态或共集共集组态。不管接成哪种组态，都组态。不管接成哪种组态，都有一对输入端和一对输出端；因此，要完整地描述三极有一对输入端和一对输出端；因此，要完整地描述三极管的伏安特性，就必须选用两组表示不同端变量
14、之间关管的伏安特性，就必须选用两组表示不同端变量之间关系的特性曲线。系的特性曲线。其中一组表示以输出端其中一组表示以输出端电压电压为为参变量参变量时输入端电压和电时输入端电压和电流之间关系的曲线，称为流之间关系的曲线，称为输入特性曲线输入特性曲线；另一组表示以输入端另一组表示以输入端电流电流为为参变量参变量时输出端电压电流之时输出端电压电流之间关系的曲线，称为间关系的曲线，称为输出特性曲线输出特性曲线。输入特性曲线输入特性曲线实验电路实验电路RCVCCRBVBBIBICIEUCEUBE+- - -以共发射极放大电路为例以共发射极放大电路为例IB = f (UBE )UC E = 常数常数0.6
15、0.40.7 0.8VUBE/50300250200150100AIB/0CEUUBE=1V输入回路输入回路输入回路输入回路UBE=10V共发射极输入特性曲线簇共发射极输入特性曲线簇当当UCE1 1V时，特性曲线右移时，特性曲线右移的距离很小。通常将的距离很小。通常将UCE=1=1V的特性曲线作为晶体管的输入的特性曲线作为晶体管的输入特性曲线。特性曲线。0.5输入特性曲线的三个部分输入特性曲线的三个部分 死区死区 0UBEUon= 0.4V 非线性区非线性区 UonUBE 0.6V输出特性曲线输出特性曲线实验电路实验电路RCVCCRBVBBIBICIEUCEUBE+- - -IC = f (U
16、CE )IB = 常数常数放放105542312015mAIC/0VUCE/IB=0IB=10AIB=30AIB=40AIB=20A区区大大截止区截止区可将三极管输出特性分为四个区间，其中三个为工作区可将三极管输出特性分为四个区间，其中三个为工作区：饱饱 和和 区区击击穿穿区区截止区截止区(Cut off region)RCVCCRBVBBICIEUCEUBE+- - -IB=0UCE(V)IC(mA)43210 2 4 6 8IB5IB4IB3IB2iB = IB1iB=0IB=0=0曲线以下的区域。曲线以下的区域。条件条件：发射结：发射结反偏反偏UBE Uon集电结集电结反偏反偏因为因为I
17、B=0=0所以所以IE= =IC= =ICEO（穿透电流穿透电流）由于由于ICEO很小，此时很小，此时UCE近近似等于似等于VCC，C与与E之间相当之间相当于开关于开关断开断开。饱和区饱和区(Saturation region)UCE(V)IC(mA)43210 2 4 6 8IB5IB4IB3IB2iB = IB1iB=0输出特性曲线靠近纵轴边输出特性曲线靠近纵轴边UCE很小的区域。很小的区域。条件：发射结条件：发射结正正偏，偏， 集电结集电结正正偏；偏；即：即：UBE 0，UBE UCE , UCUB。此时此时IB对对IC失去了控制作用，失去了控制作用，IC IB ，管子处于饱和导管子处于
18、饱和导通状态。饱和时的通状态。饱和时的UCE记为记为UCES 。相对于电源电压饱和。相对于电源电压饱和时时UCES 很小，可以忽略。很小，可以忽略。C与与E之间相当于开关之间相当于开关闭合闭合。小功率小功率硅硅管的管的 UCES = 0.3V小功率小功率锗锗管的管的 UCES = 0.1V条件：发射结条件：发射结正正偏，偏， 集电结集电结反反偏；偏；即：即：UBE UON， UCES UCE 0.6V，发射结正偏，且，发射结正偏，且UC UB，集电结反偏；所以该三极管工作在放大状态。集电结反偏；所以该三极管工作在放大状态。（b）（c）解答解答：（b）因为该管的管型为因为该管的管型为NPN硅管，
19、硅管，UBE=UB-BE=0.2V UB，集电结反偏；所以该三极管工作在截止状态。集电结反偏；所以该三极管工作在截止状态。解答解答：（c）因为该管的管型为因为该管的管型为NPN硅管，硅管，UBE=UB-BE=0.7V 0.6V，发射结正偏，且，发射结正偏，且UBUC，集电结正偏；所以该三极管工作在饱和状态。集电结正偏；所以该三极管工作在饱和状态。1V练习练习测量到硅测量到硅BJT管的三个电极对地电位如图所示，试判断管的三个电极对地电位如图所示，试判断三极管的工作状态三极管的工作状态, ,并说明理由。并说明理由。8V3.7V3V3V2.3V8V3.7V3V8V3.7V3V12V5V12V0V-1
20、.5V-2.2V（a）（b）（c）11.3V例题例题3RCVCCRBVBBICIEUCEUBE+- - -在下图所示电路中在下图所示电路中, ,如果如果VCC=15=15V; ;RC=5=5k, ,在下列几种在下列几种条件下条件下, ,分别分别求求UCE并分别说明晶体管工作在何种状态。并分别说明晶体管工作在何种状态。如果如果VBB=15=15V; ;RB=10=10k, ,=50=50如果如果VBB=5=5V; ;RB=300=300k, ,=50=50如果如果VBB=5=5V; ;RB=300=300k, ,=300=300如果如果VBB=-1=-1V; ;RB=10=10k, ,=50=5
21、0例题例题3 3如果如果VBB=5=5V; ;RB=10=10k, ,=50=50解答解答：RCVCCRBVBBICIEUCEUBE+- - -50.70.43()10000BBBEBBVUImAR50 0.43 21.5()CBIImAmax15 0.32.94()5000CCCESCCVUImAR因为因为IC ICmax所以该三极管工作在饱和状态，所以该三极管工作在饱和状态，UCE= =UCES=0.3V如果如果VBB=5=5V; ;RB=300=300k, ,=50=50解答解答：50.70.0143()300000BBBEBBVUImAR50 0.0143 0.716()CBIImA例
22、题例题3 3因为因为IC ICmax所以该三极管工作在饱和状态，所以该三极管工作在饱和状态，UCE= =UCES=0.3V例题例题3 3如果如果VBB=-1=-1V; ;RB=10=10k, ,=50=50解答解答：因为：因为VBB=-1=-1V，VB ；发射结反偏；发射结反偏；所以该三极管工作在截止状态。所以该三极管工作在截止状态。RCVCCRBVBBICIEUCEUBE+- - -由于由于IB=0,那么那么IC=0所以所以UCE= =VCC- -IC RC=15V结论：要使三极管工作在放大状态，就必须合理的选结论：要使三极管工作在放大状态，就必须合理的选择择RB和和值。值。晶体管的主要参数
23、晶体管的主要参数v 电流放大系数电流放大系数v 极间反向电流极间反向电流v 极限参数极限参数v 反向击穿特性反向击穿特性v 频率参数频率参数三极管的检测三极管的检测测试的第一步是判断哪个管脚是基极。测试的第一步是判断哪个管脚是基极。我们任取两个电极我们任取两个电极( (如这两个电极为如这两个电极为1 1、2)2)，用万用电，用万用电表两支表笔颠倒测量它的正、反向电阻，观察表针的表两支表笔颠倒测量它的正、反向电阻，观察表针的偏转角度；接着，再取偏转角度；接着，再取1 1、3 3两个电极和两个电极和2 2、3 3两个电极，两个电极，分别颠倒测量它们的正、反向电阻，观察表针的偏转分别颠倒测量它们的正
24、、反向电阻，观察表针的偏转角度。在这三次颠倒测量中，必然有两次测量结果相角度。在这三次颠倒测量中，必然有两次测量结果相近：即颠倒测量中表针一次偏转大，一次偏转小；剩近：即颠倒测量中表针一次偏转大，一次偏转小；剩下一次必然是颠倒测量前后指针偏转角度都很小，这下一次必然是颠倒测量前后指针偏转角度都很小，这一次未测的那只管脚就是我们要寻找的基极。一次未测的那只管脚就是我们要寻找的基极。 三极管的检测三极管的检测PN结，定管型结，定管型 找出三极管的基极后，我们就可以根据基极与另外两找出三极管的基极后，我们就可以根据基极与另外两个个电极之间电极之间PN结的方向来确定管子的导电类型。将万用结的方向来确定
25、管子的导电类型。将万用表的黑表笔接触基极，红表笔接触另外两个电极中的表的黑表笔接触基极，红表笔接触另外两个电极中的任任一电极，若表头指针偏转角度很大，则说明被测三极一电极，若表头指针偏转角度很大，则说明被测三极管管为为NPN型管；若表头指针偏转角度很小，则被测管即型管；若表头指针偏转角度很小，则被测管即为为PNP型型 。三极管的检测三极管的检测穿透电流确定集电极穿透电流确定集电极C，发射极，发射极E找出了基极找出了基极B，另外两个电极哪个是集电极，另外两个电极哪个是集电极C，哪个是，哪个是发射极发射极E呢呢? ?这时我们可以用测穿透电流这时我们可以用测穿透电流ICEO的方法确定的方法确定集电极
26、集电极C和发射极和发射极E。 A 对于对于NPN型三极管，用万用电表的黑、红表笔颠倒测型三极管，用万用电表的黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻量两极间的正、反向电阻RCE和和REC，虽然两次测量中，虽然两次测量中万用表指针偏转角度都很小，但仔细观察，总会有一万用表指针偏转角度都很小，但仔细观察，总会有一次次偏转角度稍大，此时电流的流向一定是：黑表笔偏转角度稍大，此时电流的流向一定是：黑表笔C极极B极极E极极红表笔，电流流向正好与三极管符号中红表笔，电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致的箭头方向一致(“(“顺箭头顺箭头”) )，所以此时黑表笔所接，所以此时黑表笔所接的的一定是集电极一定是
27、集电极C，红表笔所接的一定是发射极，红表笔所接的一定是发射极E。三极管的检测三极管的检测B 对于对于PNP型的三极管，道理也类似于型的三极管，道理也类似于NPN型，其电流型，其电流流向一定是：黑表笔流向一定是：黑表笔E极极B极极C极极红表笔，其电红表笔，其电流流向也与三极管符号中的箭头方向一致，所以此时黑流流向也与三极管符号中的箭头方向一致，所以此时黑表笔所接的一定是发射极表笔所接的一定是发射极E，红表笔所接的一定是集电，红表笔所接的一定是集电极极C。注注：若由于上述颠倒前后的两次测量指针偏转均太小难：若由于上述颠倒前后的两次测量指针偏转均太小难以区分时，就要以区分时，就要“动嘴巴动嘴巴”了。
28、具体方法是：在上述两了。具体方法是：在上述两次测量中，用两只手分别捏住两表笔与管脚的结合部，次测量中，用两只手分别捏住两表笔与管脚的结合部，用嘴巴含住用嘴巴含住( (或用舌头抵住或用舌头抵住) )基电极基电极B，仍用上面的判别，仍用上面的判别方法即可区分开集电极方法即可区分开集电极C与发射极与发射极E。其中人体起到直。其中人体起到直流流偏置电阻的作用，目的是使效果更加明显。偏置电阻的作用，目的是使效果更加明显。 场效应晶体管场效应晶体管场效晶体管场效晶体管（Field Effect TransistorFET）是利用是利用电场电场效应来控制效应来控制电流电流的一种半导体器件，即是的一种半导体器
29、件，即是电压控电压控制元件制元件。工作时，只有一种载流子参与导电，因此它工作时，只有一种载流子参与导电，因此它是是单极型单极型器件。器件。它的输出电流决定于输入电压的大小，它的输出电流决定于输入电压的大小，基本上不需要信号源提供电流，所以它的输入电阻高，基本上不需要信号源提供电流，所以它的输入电阻高，且温度稳定性好。且温度稳定性好。按结构不同按结构不同场效晶体管有两种场效晶体管有两种: :结型场效结型场效晶体晶体管管（JFET）绝缘栅型场效晶体管绝缘栅型场效晶体管（MOSFET）MOSFET管按工作状态可分为：增强型和耗尽型两类管按工作状态可分为：增强型和耗尽型两类每类又有每类又有N沟道和沟道
30、和P沟道之分沟道之分N沟道增强型绝缘栅场效应管沟道增强型绝缘栅场效应管结构示意图结构示意图构成：构成：用一块杂质浓度较低的用一块杂质浓度较低的P型薄型薄硅片作为衬底，其上扩散两个相距硅片作为衬底，其上扩散两个相距很近的高掺杂很近的高掺杂N+型区。型区。并在表面生并在表面生 成一层薄薄的二氧化硅绝缘层。成一层薄薄的二氧化硅绝缘层。P 型硅衬底型硅衬底N+N+SiO2绝缘层绝缘层再在两个再在两个N+型区之间的二氧化硅型区之间的二氧化硅绝缘层的表面及两个绝缘层的表面及两个N+型区的表型区的表面和面和P P型硅衬底分别安置四个电极：型硅衬底分别安置四个电极：栅极栅极G、源极、源极S、漏极、漏极D和衬底
31、和衬底B。衬底衬底B通常与源极通常与源极S连在一起。连在一起。源极源极 S栅极栅极 G漏极漏极 D DSG符号符号BSourceGateDrainBase衬底衬底B由于由于柵柵极电流极电流几乎几乎为零，栅源电为零，栅源电阻阻RGS很高，最高可达很高，最高可达10101414 。由于金属栅极和半导体之间的绝由于金属栅极和半导体之间的绝缘层目前常用二氧化硅，故又称缘层目前常用二氧化硅，故又称金属金属( (Metal) )- -氧化物氧化物( (Oxide) )- -半半导体导体( (Semiconductor ) )场效晶体场效晶体管，简称管，简称MOS场效晶体管。场效晶体管。栅极和其它电极及硅片
32、之间是绝栅极和其它电极及硅片之间是绝缘的，称缘的，称绝缘栅型绝缘栅型场效晶体管场效晶体管N沟道增强型管的工作原理沟道增强型管的工作原理当栅当栅- -源电压源电压UGS=0时，时，D与与S之间是两个之间是两个PN结反结反向串联，即：向串联，即：无论无论D与与S之间加什么极之间加什么极性的电压，总有一个性的电压，总有一个PN结是反向偏置的，漏结是反向偏置的，漏极电流极电流ID均接近于零。均接近于零。SD0=0P型硅衬底型硅衬底N+BSGD。ID UGSN+N+UDSP型硅衬底型硅衬底N+BSGD。耗尽层耗尽层ID UGSN+N+UDSN沟道增强型管的工作原理沟道增强型管的工作原理当在当在柵柵极和源
33、极之间加极和源极之间加正向电压但数值较小时正向电压但数值较小时( (0 UGS UGS(th) 开启电压开启电压) )，被电场被电场吸引的少数载流子吸引的少数载流子电子电子在栅极附近的在栅极附近的P型硅表面出型硅表面出一层由自由电子构成的导电一层由自由电子构成的导电薄层，称为薄层，称为N型薄层，也称型薄层，也称为为反型层反型层。它是由。它是由UGS感应感应产生的，又称为产生的，又称为感生沟道感生沟道。这就是沟通源区和漏区的这就是沟通源区和漏区的N型导电沟道型导电沟道( (与与P型衬底间被耗尽层绝缘型衬底间被耗尽层绝缘) )。UGS 正值越高，吸引到正值越高，吸引到P P型硅表面的电子就越多，导
34、电型硅表面的电子就越多，导电沟道越宽，沟道电阻越小。沟道越宽，沟道电阻越小。N沟道增强型管的工作原理沟道增强型管的工作原理P型硅衬底型硅衬底DSGB UGS +N+N+N型导电沟道型导电沟道通常通常增强型增强型MOS管的管的开启电压开启电压UGS(th) =110VN沟道增强型管的工作原理沟道增强型管的工作原理P型硅衬底型硅衬底N+BSGD。ID UGSN+N+UDSUGSUGS(th)的某一固定值时，的某一固定值时，UDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当漏当漏- -源电压源电压UDS=0时，沟道无自由电子时，沟道无自由电子的漂移，不形成漏极电流，即的漂移，不形成漏极电流，即ID=0.=0.
35、随着随着UDSID同时同时使靠使靠近漏极处的导电沟道变窄，近漏极处的导电沟道变窄，使沟道形状成楔形使沟道形状成楔形。当当UDS增加到使增加到使UGD=UGS(th)时，在紧靠漏极处出现时，在紧靠漏极处出现预预夹断夹断。此时。此时UDS 夹断夹断区延长区延长沟道电阻沟道电阻 ID基本基本不变不变，表现出，表现出恒流恒流特性。特性。0N沟道增强型沟道增强型MOS管的特性曲线管的特性曲线RDUDDRGUGGIG=0IDISUDSUGS+- -v输出特性曲线输出特性曲线设设UT =3=3V，UGS UT ，ID 0UDS(V)ID(mA)05101520UGS =8V7V6V5V4VUGS =UGS(
36、th)UDS = UGS -UGS(th)从输出特性上从输出特性上, 可将可将N沟道增强型沟道增强型FET分为三个工作区分为三个工作区:可变电阻区可变电阻区。UGS越大，漏源间等效交流电阻越小。越大，漏源间等效交流电阻越小。UDS UGS(th)）（预夹断前）（预夹断前）线性放大区线性放大区（预夹断后）（预夹断后） (恒流区恒流区, 饱和区饱和区)UDS UGS -UGS(th)iD受受uGS控制控制夹断区夹断区（截止区）（截止区）UGS UGS(th)N沟道增强型沟道增强型MOS管的特性曲线管的特性曲线v转移特性曲线转移特性曲线可根据输出特性曲线作出转移特性曲线。可根据输出特性曲线作出转移特
37、性曲线。例：作例：作uDS=10=10V的一条转移特性曲线：的一条转移特性曲线：UDS(V)ID(mA)05101520UGS =8V7V6V5V4VUGS =UTUGS(V)ID(mA)05104321P沟道增强型绝缘栅场效晶体管沟道增强型绝缘栅场效晶体管SiO2 绝缘层绝缘层结构示意图结构示意图N 型硅衬底型硅衬底源极源极 S栅极栅极 G漏极漏极 D P+P+其工作原理与其工作原理与N沟道沟道管相似，接线时应调换电源的极管相似，接线时应调换电源的极性，性，电流方向也相反。电流方向也相反。BDSG符号符号N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管管P 型硅衬底型硅衬底N+N+结构示意图结构示意图如果如果
38、MOS管在管在制造制造时导电沟道时导电沟道就就已已形成，称为形成，称为耗尽型耗尽型场效晶场效晶体管。体管。栅极栅极 GBSourceGateDrainBase衬底衬底B源极源极 S漏极漏极 D SiO2绝缘层中掺绝缘层中掺 有大量有大量正正离子离子N型导电沟道型导电沟道GSD符号符号N沟道耗尽型绝缘栅场效晶沟道耗尽型绝缘栅场效晶体管与体管与N沟道增强型绝缘栅沟道增强型绝缘栅场效晶体管的符号有何不同？场效晶体管的符号有何不同？N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管管由于耗尽型场效应管制造时导电沟道就已存在，所以由于耗尽型场效应管制造时导电沟道就已存在，所以在在UGS= 0= 0时，若漏时，若漏源之间加上
39、一定的电压源之间加上一定的电压UDS，就会，就会有漏极电流有漏极电流 ID 产生。这时的漏极电流用产生。这时的漏极电流用I IDSS表示，称表示，称为为饱和漏极电流饱和漏极电流。当当UGS 0时，使导电沟道变宽，时，使导电沟道变宽，ID 增大；增大； 当当UGS 0时，使导电沟道变窄，时，使导电沟道变窄，ID 减小；减小；UGS负值愈负值愈高，沟道愈窄，高，沟道愈窄，ID就愈小。就愈小。当当UGS达到一定负值时，达到一定负值时，N型导电沟道消失，型导电沟道消失，I ID= 0，称为场效晶体管处于夹断状态（即截止）。这，称为场效晶体管处于夹断状态（即截止）。这时的时的UGS称为称为夹断电压夹断电
40、压，用，用UGS(off）表示。表示。N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管的特性曲线管的特性曲线RDUDDRGUGGIG=0IDISUDSUGS+- -耗尽型的耗尽型的MOS管管UGS= 0时就有导电沟道，加反向电压时就有导电沟道，加反向电压到一定值时才能夹断。到一定值时才能夹断。UDS(V)ID(mA)0481216UGS =+2V+1V0V-1V-2VUGS =UGS(off）输出特性曲线簇输出特性曲线簇2015105 转移特性曲线转移特性曲线0ID/mA UGS /V-1-2-348121612UDS= =常数常数夹断电压夹断电压 UGS(off)IDSSP沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管管N型硅
41、衬底型硅衬底P+P+结构示意图结构示意图栅极栅极 GBSourceGateDrainBase衬底衬底B源极源极 S漏极漏极 D - - -SiO2绝缘层中掺绝缘层中掺 有大量有大量负负离子离子P型导电沟道型导电沟道GSD符号符号场效应管的主要参数场效应管的主要参数v 直流参数直流参数1. 开启电压开启电压UGS(th)或或UT：对：对增强型增强型MOS管，当管，当UDS为定为定值时，使值时，使iD刚好大于刚好大于0时对应的时对应的UGS值。值。2. 夹断电压夹断电压UGS(off) 或或UP：对：对耗尽型耗尽型MOS管或管或JFET ，当当UDS为定值时，使为定值时，使iD刚好大于刚好大于0时
42、对应的时对应的UGS值。值。3. 饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS：对：对耗尽型耗尽型MOS管或管或JFET ，UGS=0时对应的漏极电流。时对应的漏极电流。4. 直流输入电阻直流输入电阻RGS：对于：对于JFET的的RGS大于大于10107 7，MOS管的管的RGS大于大于10109 9。场效应管的主要参数场效应管的主要参数v 交流参数交流参数1. 低频跨导低频跨导gm：低频跨导反映了：低频跨导反映了uGS对对iD的控制作用。的控制作用。gm可以在转移特性曲线上求得。可以在转移特性曲线上求得。DSDmGSUCIgU2. 极间电容极间电容： CGS和和CGD约为约为13pF，CDS约约0.11
43、pF。高频应用时，应考虑极间电容的影响。高频应用时，应考虑极间电容的影响。v 极限参数极限参数最大漏极电流、耗散功率、击穿电压。最大漏极电流、耗散功率、击穿电压。2(1)GSDSSPmPUIUgU 对于耗尽型对于耗尽型MOG：当：当UGS（off）( (即即UP)UGS00时：时：对于增强型对于增强型MOG：当：当UGSUGS（th）( (即即UT) )时：时：2(1)GSDOTmTUIUgU IDO是是UGS= 2UGS（th）时对应的时对应的ID2()(1)GSDQDSSGS offUIIU2()(1)GSDQDOGS thUIIU场效晶体管与晶体管的比较场效晶体管与晶体管的比较 双极型三极管双极型三极管单极型场效晶体管单极型场效晶体管电子和空穴电子和空穴两种两种载载流子同时参与导电流子同时参与导电载流子载流子电子或空穴中电子或空穴中一种一种载流子参与导电载流子参与导电电流控制电流控制 电压控制电压控制控制方式控制方式类类 型型NPN和和PNP N沟道和沟道和P沟道沟道放大参数放大参数20020 m1 5mA/Vg输入电阻输入电阻421010 较低较低1471010 较高较高很高很高很高很高 输出电阻输出电阻热稳定性热稳定性差差好好制造工艺制造工艺较复杂较复杂简单，成本低简单，成本低对应电极对应电极 BEC GSD
