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场效应管的结构原理及特性

发布时间:2008/5/25 0:00:00 访问次数:1189

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0≥vgs≥vp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=(△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。

①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vgs<vp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。

②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。

③击穿区(图中ⅲ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)

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0≥vgs≥vp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=(△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。

①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vgs<vp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。

②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。

③击穿区(图中ⅲ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)

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