《模拟电子技术基础》课程笔记(六)——场效应管
作者：互联网
场效管
只有一种载流子参与导电，且利用电场效应来控制电流的三极管，称为场效应管，也称单极型三极管。
场效应管分为结型场效应管和绝缘栅场效应管。
特点：单极性器件（一种载流子导电）；输入电阻高；工艺简单、易集成、功耗小、体积小；成本低。
结型场效应管
一、结构
N沟道场效应管结构图
在漏极和源极之间加上一个正向电压，N型半导体多数载流子电子可以导电。
导电沟道是N型的，称N沟道结型场效应管。
P沟道场效应管结构图
P沟道场效应管是在P型硅棒的两侧做成高掺杂的N型区(N＋），导电沟道为P型，多数载流子为空穴。
二、工作原理
N沟道结型场效应管用改变U(GS)大小来控制漏极电流I(D)的。
在栅极和源极之间加反向电压，耗尽层会变宽，导电沟道宽度减小，使沟道本身的电阻值增大，漏极电流I(D)减小，反之，漏极I(D)电流将增加。
耗尽层的宽度改变主要在沟道区。
1.设U(DS)=0,在栅源之间加负电源V(GG),改变V(GG)的大小。观察耗尽层的变化。
2.在漏源极间加正向V(DD),使U(DS)>0,在栅源间加负电源V(GG)，观察U(GS)变化时耗尽层和漏极I(D)。
U(GS)=0，U(DG)<
,I(D)较大。 U(GS)<0,U(DG)<
,I(D)较小。
注意：当U(DS)>0时，耗尽层呈现楔形。
U(GS)<0,U(DG)=,I(D)更小，预夹断 U(GS)<=U(P),U(DG)>,I(D)≈0，夹断
（1）改变U(GS)，改变了PN结中电场，控制了I(D)，故称场效应管；
（2）结型场效应管栅源之间加反向偏置电压，使PN结反偏，栅极基本不取电流，因此，场效应管输入电阻很高。
三、特性曲线
1.转移曲线（N沟道结型场效应管为例）
U(GS)=0,I(D)最大；
U(GS)越负，I(D)越小；
U(GS)=U(P),I(D)≈0；
两个重要参数：
1.夹断电压U(P)（I(D)=0时的U(GS))
2.饱和漏极电流I(DSS) (U(GS)=0时的I(D))
1.转移特性
结型场效应管转移特性曲线的近似公式：
2.漏极特性
当栅源之间的电压U(GS)不变时，漏极电流I(D)与漏源之间电压U(DS)的关系，即
漏极特性也有三个区：可变电阻区、恒流区和击穿区。
场效应管的两组特性曲线之间互相联系，可以根据漏极特性用作图的方法得到相应的转移特性。
结型场效应管栅极基本不取电流，其输入电阻很高，可达10^7Ω以上。如果希望可以得到更高的输入电阻，可采用绝缘型场效应管。
绝缘栅型场效应管
由金属、氧化物和半导体制成。称为金属-氧化物-半导体场效应管，或简称MOS场效应管。
特点：输入电阻可达10^9Ω以上。
U(GS)=0时漏源之间存在导电沟道称耗尽型场效应管；
U(GS)=0时漏源间不存在导电沟道称增强型场效应管。
一、N沟道增强型MOS场效应管
1.结构
2.工作原理
绝缘场效应管利用U(GS)来控制“感应电荷”的多少，改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的状况，以控制漏极电流I(D)。
工作原理分析
（1）U(GS)=0
漏源之间相当于两个背靠背的PN结，无论漏源之间加何种极性电压，总是不导电。
（2）U(DS)=0,0<U(GS)<U(T)
P型衬底中的电子被吸引靠近SIO2与空穴复合，产生由负离子组成的耗尽层。增大U(GS)耗尽层变宽。
（3）U(DS)=0,U(GS)>=U(T)
由于吸引了足够多的电子，会在耗尽曾和SIO2之间形成可移动的表面电荷层——反型层、N型导电沟道。U(GS)升高，N沟道变宽。因为U(DS)=0,所以I(D)=0。
U(T)为开始形成反型层所需的U(GS)，称开启电压。
（4）U(DS)对导电沟道的影响（U(GS)>U(T))
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