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場(chǎng)效應(yīng)管的基礎(chǔ)知識(shí)
場(chǎng)效應(yīng)管的基礎(chǔ)知識(shí)
 更新時(shí)間:2008-7-27 17:33:28  點(diǎn)擊數(shù):2
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場(chǎng)效應(yīng)管(英縮寫FET)是電壓控制器件,它有輸入電壓來(lái)控制輸出電流的變化。它具有輸入阻抗高噪聲低,動(dòng)態(tài)范圍大,溫度系數(shù)低等優(yōu)點(diǎn),因而廣泛應(yīng)用于各種電子線路中。
一、場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)原理及特性

場(chǎng)效應(yīng)管有結(jié)型和絕緣柵兩種結(jié)構(gòu),每種結(jié)構(gòu)又有N溝道和P溝道兩種導(dǎo)電溝道。
1、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(JFET)
(1)結(jié)構(gòu)原理 它的結(jié)構(gòu)及符號(hào)見圖1。在N型硅棒兩端引出漏極D和源極S兩個(gè)電極,又在硅棒的兩側(cè)各做一個(gè)P區(qū),形成兩個(gè)PN結(jié)。在P區(qū)引出電極并連接起來(lái),稱為柵極Go這樣就構(gòu)成了N型溝道的場(chǎng)效應(yīng)管

由于PN結(jié)中的載流子已經(jīng)耗盡,故PN基本上是不導(dǎo)電的,形成了所謂耗盡區(qū),從圖1中可見,當(dāng)漏極電源電壓ED一定時(shí),如果柵極電壓越負(fù),PN結(jié)交界面所形成的耗盡區(qū)就越厚,則漏、源極之間導(dǎo)電的溝道越窄,漏極電流ID就愈小;反之,如果柵極電壓沒有那么負(fù),則溝道變寬,ID變大,所以用柵極電壓EG可以控制漏極電流ID的變化,就是說(shuō),場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制元件。
(2)特性曲線
1)轉(zhuǎn)移特性
圖2(a)給出了N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的柵壓---漏流特性曲線,稱為轉(zhuǎn)移特性曲線,它和電子管的動(dòng)態(tài)特性曲線非常相似,當(dāng)柵極電壓VGS=0時(shí)的漏源電流。用IDSS表示。VGS變負(fù)時(shí),ID逐漸減小。ID接近于零的柵極電壓稱為夾斷電壓,用VP表示,在0≥VGS≥VP的區(qū)段內(nèi),ID與VGS的關(guān)系可近似表示為:
ID=IDSS(1-|VGS/VP|)
其跨導(dǎo)gm為:gm=(△ID/△VGS)|VDS=常微(微歐)|
式中:△ID------漏極電流增量(微安)
------△VGS-----柵源電壓增量(伏)

2)漏極特性(輸出特性)
圖2(b)給出了場(chǎng)效應(yīng)管的漏極特性曲線,它和晶體三極管的輸出特性曲線 很相似。
①可變電阻區(qū)(圖中I區(qū))在I區(qū)里VDS比較小,溝通電阻隨柵壓VGS而改變,故稱為可變電阻區(qū)。當(dāng)柵壓一定時(shí),溝通電阻為定值,ID隨VDS近似線性增大,當(dāng)VGS<VP時(shí),漏源極間電阻很大(關(guān)斷)。IP=0;當(dāng)VGS=0時(shí),漏源極間電阻很。▽(dǎo)通),ID=IDSS。這一特性使場(chǎng)效應(yīng)管具有開關(guān)作用。
②恒流區(qū)(區(qū)中II區(qū))當(dāng)漏極電壓VDS繼續(xù)增大到VDS>|VP|時(shí),漏極電流,IP達(dá)到了飽和值后基本保持不變,這一區(qū)稱為恒流區(qū)或飽和區(qū),在這里,對(duì)于不同的VGS漏極特性曲線近似平行線,即ID與VGS成線性關(guān)系,故又稱線性放大區(qū)。
③擊穿區(qū)(圖中Ⅲ區(qū))如果VDS繼續(xù)增加,以至超過了PN結(jié)所能承受的電壓而被擊穿,漏極電流ID突然增大,若不加限制措施,管子就會(huì)燒壞。
2、絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管
它是由金屬、氧化物和半導(dǎo)體所組成,所以又稱為金屬---氧化物---半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管,簡(jiǎn)稱MOS場(chǎng)效應(yīng)管。
(1)結(jié)構(gòu)原理
它的結(jié)構(gòu)、電極及符號(hào)見圖3所示,以一塊P型薄硅片作為襯底,在它上面擴(kuò)散兩個(gè)高雜質(zhì)的N型區(qū),作為源極S和漏極D。在硅片表覆蓋一層絕緣物,然后再用金屬鋁引出一個(gè)電極G(柵極)由于柵極與其它電極絕緣,所以稱為絕緣柵場(chǎng)面效應(yīng)管。

在制造管子時(shí),通過工藝使絕緣層中出現(xiàn)大量正離子,故在交界面的另一側(cè)能感應(yīng)出較多的負(fù)電荷,這些負(fù)電荷把高滲雜質(zhì)的N區(qū)接通,形成了導(dǎo)電溝道,即使在VGS=0時(shí)也有較大的漏極電流ID。當(dāng)柵極電壓改變時(shí),溝道內(nèi)被感應(yīng)的電荷量也改變,導(dǎo)電溝道的寬窄也隨之而變,因而漏極電流ID隨著柵極電壓的變化而變化。
場(chǎng)效應(yīng)管的式作方式有兩種:當(dāng)柵壓為零時(shí)有較大漏極電流的稱為耗散型,當(dāng)柵壓為零,漏極電流也為零,必須再加一定的柵壓之后才有漏極電流的稱為增強(qiáng)型。
(2)特性曲線
1)轉(zhuǎn)移特性(柵壓----漏流特性)
圖4(a)給出了N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移行性曲線,圖中Vp為夾斷電壓(柵源截止電壓);IDSS為飽和漏電流。
圖4(b)給出了N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效管的轉(zhuǎn)移特性曲線,圖中Vr為開啟電壓,當(dāng)柵極電壓超過VT時(shí),漏極電流才開始顯著增加。
2)漏極特性(輸出特性)
圖5(a)給出了N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性曲線。
圖5(b)為N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性曲線 。

   圖4、N溝道MOS場(chǎng)效管的轉(zhuǎn)移特性曲線        圖5、N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性曲線

此外還有N襯底P溝道(見圖1)的場(chǎng)效應(yīng)管,亦分為耗盡型號(hào)增強(qiáng)型兩種,
各種場(chǎng)效應(yīng)器件的分類,電壓符號(hào)和主要伏安特性(轉(zhuǎn)移特性、輸出特性)
二、場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)

1、夾斷電壓VP
當(dāng)VDS為某一固定數(shù)值,使IDS等于某一微小電流時(shí),柵極上所加的偏壓VGS就是夾斷電壓VP。
2、飽和漏電流IDSS
在源、柵極短路條件下,漏源間所加的電壓大于VP時(shí)的漏極電流稱為IDSS。
3、擊穿電壓BVDS
表示漏、源極間所能承受的最大電壓,即漏極飽和電流開始上升進(jìn)入擊穿區(qū)時(shí)對(duì)應(yīng)的VDS。
4、直流輸入電阻RGS
在一定的柵源電壓下,柵、源之間的直流電阻,這一特性有以流過柵極的電流來(lái)表示,結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的RGS可達(dá)1000000000歐而絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的RGS可超過10000000000000歐。
5、低頻跨導(dǎo)gm
漏極電流的微變量與引起這個(gè)變化的柵源電壓微數(shù)變量之比,稱為跨導(dǎo),即
gm= △ID/△VGS

它是衡量場(chǎng)效應(yīng)管柵源電壓對(duì)漏極電流控制能力的一個(gè)參數(shù),也是衡量放大作用的重要參數(shù),此參靈敏常以柵源電壓變化1伏時(shí),漏極相應(yīng)變化多少微安(μA/V)或毫安(mA/V)來(lái)表示。
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