模拟电子技术课程要点(04a).doc

模拟电子技术课程要点（4）
1．4场效应管
场效应管是通过改变半导体内的电场来实现电流控制作用的器件，其输入端只需电压而不需要电流（双极型晶体管的输入端必须输入电流才能实现对输出电流的控制）即可实现对输出电流的控制，且参与导电的只有多子一种载流子，因此，场效应管也叫电压控制器件（或单极型器件）。

1.4.1结型场效应管
一、结型场效应管的工作原理
结型场效应管有N沟道和P沟道两种，其中N沟道管的实际结构和符号如图(`1.4.1)。其结构示意图如图（1.4.2）
它是在一块N型半导体的两侧制作成高浓度的区，该区与N型半导体间形成两个结。从两个区引出两个电极，并连在一起形成“栅极”G，在N型区的两端各引出一个电极，分别形成“源极”S和“漏极”D。其两个结中间的N型区为导电沟道，沟道中的多子（电子）为参与导电的载流子。
工作原理一一电压控制作用
（教材内容）
学习过程必须很好理解的概念和定义：
（１）“夹断电压”的定义及物理概念。
（２）“预夹断”的物理概念及此时各极电压之间的关系。
（３）沟道预夹断以后，漏极电流趋于饱和的现象及过程是如何进行的。
（４）“饱和漏电流”的定义及条件。
（５）当和共同作用时的沟道情况及其在输出特性曲线上的几何特征。
( 6 ) 低频跨导公式
( 1.4.1 )
其物理意义：为结形场效应管的动态栅 - 源电压对漏极电流的控制作用。特别要注意 ：它们不是静态直流参数之间的关系！
二、结型场效应管的特性曲线
１、输出特性曲线
是指以栅源电压为参变量时，与之间的函数关系。即
（1.4.2）
图中，可将其工作状态分为四个区域：
(１）可变电阻区
在该区域中，当栅源电压不变时，随的增加而近似按直线上升，并且栅源电压愈负，这一段输出特性曲线愈倾斜。
(２）恒流区（或称饱和区）
当较大并超过预夹断的值后，基本上不随的增大而上升，这一段特性曲线近似水平，因而，也叫做恒流区。
(３）夹断区（或称截止区）
当时，导电沟道全部夹断，，即输出特性曲线靠近横轴的区域。
(４）击穿区
结型场效应管的击穿电压，主要取决于PN结的反向击穿电压和栅源电压，可通过下式求得在漏极附近出现击穿时的漏源电压，即

联结不同值的输出特性曲线上的各点，即为放大区和击穿区的分界线。
２、转移特性
转移特性为当一定时，栅源电压对漏极电流的控制作用。其求解过程可通过输出特性曲线转换过来。如图1.4.6所示。
此外，对N沟道的情况，在范围内的放大区中，转移特性可近似地用下式求出：
(1.4.4)

注意点：对于N沟道结型场效应管≤0；对于P沟道结型场效应管≥0。
1.4.2绝缘栅场效应管

绝缘栅场效应管（简称 MOS管），其栅极与沟道之间处于绝缘状态，它是利用半导体表面电场效应来实现对导电沟道的控制的，这样，其直流输入电阻可高达。而另一个更为重要的特点是可以高密度集成、且功率消耗可以做得很低，这对大规模和超大规模集成工艺来说，有着重要的实用意义。
MOS管分“耗尽型”和“增强型”两大类（每一类又有N沟道和P沟道之别）。其中，耗尽型是指当时，管内已建立沟道，。因此，当其工作时，应在其栅极加上适当极性的电压，即可使对应地受控而减小。而增强型MOS管中，当时，管内没有导电沟道，因此，，只有当具有一定的极性且达到一定的数值以后，才开始有存在。
一、N沟道增强型MOS管
1. 工作原理
（参考教材内容学习）
注意理解内容：
（１）“反型层”的形成条件及其作用
（２）“开启电压”的定义及物理概念
2.特性曲线与电流方程

包括输出特性曲线和转移特性曲线。其中输出特性曲线可分为：可变电阻区、饱和区、截至区和击穿区四个区域，而可变电阻区与饱和区的分界点由下式确定：

转移特性曲线可通过输出特性曲线转换而成，也可用下面公式求得：
(1.4.5)
式中，是时的值。
公式的应用条件为。
注意：对于N沟道增强型MOS管≥0；对于P沟道增强型MOS管≤0。

二、N沟道耗尽型MOS管
三、P沟道MOS管 (参考教材内容简单介绍)
四、VMOS管

1.4.3 场效应管的主要参数
一、直流参数
(教材内容)
二、交流参数
注意：在交流参数中，低频跨导的定义：
为在常数时，的微变量与相应的的微变量之比。它反映了栅源电压对漏极电流的控制能力（即放大能力）。其具体数值可通过对式（1.4.4）求导得出，即
(1.4.6)
（ 该式应用条件为：Ｎ沟道，且）

三、极限参数
(教材内容)
1.4.4场效应管与晶体管的比较

作业： 1.13 1.14 1.15

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