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场效应管原理(3)

场效应管原理(3)

(2)N沟道耗尽型MOSFET
N沟道耗尽型MOSFET的结构和符号如图02.17(a)所示,它是在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子。所以当VGS=0时,这些正离子已经感应出反型层,形成了沟道。于是,只要有漏源电压,就有漏极电流存在。当VGS>0时,将使ID进一步增加。VGS<0时,随着VGS的减小漏极电流逐渐减小,直至ID=0。对应ID=0的VGS称为夹断电压,用符号VGS(off)表示,有时也用VP表示。N沟道耗尽型MOSFET的转移特性曲线如图02.17(b)所示。

(a) 结构示意图 (b) 转移特性曲线


图02.17 N沟道耗尽型MOSFET的结构和转移特性曲线


(3)P沟道耗尽型MOSFET
P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同,只不过导电的载流子不同,供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。
4.2.2 伏安特性曲线
场效应三极管的特性曲线类型比较多,根据导电沟道的不同以及是增强型还是耗尽型可有四种转移特性曲线和输出特性曲线,其电压和电流方向也有所不同。如果按统一规定的正方向,特性曲线就要画在不同的象限。为了便于绘制,将P沟道管子的正方向反过来设定。有关曲线绘于图02.18之中。

图02.18 各类场效应三极管的特性曲线


4.2.3 结型场效应三极管
(1) 结型场效应三极管的结构
结型场效应三极管的结构与绝缘栅场效应三极管相似,工作机理也相同。结型场效应三极管的结构如图02.19所示,它是在N型半导体硅片的两侧各制造一个PN结,形成两个PN结夹着一个N型沟道的结构。两个P区即为栅极,N型硅的一端是漏极,另一端是源极。


图02.19 结型场效应三极管的结构


(2) 结型场效应三极管的工作原理
根据结型场效应三极管的结构,因它没有绝缘层,只能工作在反偏的条件下,对于N沟道结型场效应三极管只能工作在负栅压区,P沟道的只能工作在正栅压区,否则将会出现栅流。现以N沟道为例说明其工作原理。
① 栅源电压对沟道的控制作用
当VGS=0时,在漏、源之间加有一定电压时,在漏源间将形成多子的漂移运动,产生漏极电流。当VGS<0时,PN结反偏,形成耗尽层,漏源间的沟道将变窄,ID将减小,VGS继续减小,沟道继续变窄,ID继续减小直至为0。当漏极电流为零时所对应的栅源电压VGS称为夹断电压VGS(off)。
② 漏源电压对沟道的控制作用
在栅极加有一定的电压,且VGS>VGS(off),若漏源电压VDS从零开始增加,则VGD=VGS-VDS将随之减小。使靠近漏极处的耗尽层加宽,沟道变窄,从左至右呈楔形分布,如图02.21(a)所示。当VDS增加到使VGD=VGS—VDS=VGS(off)时,在紧靠漏极处出现预夹断,如图02.21(b)所示。当VDS继续增加,漏极处的夹断继续向源极方向生长延长。以上过程与绝缘栅场效应三极管的十分相似。
(3) 结型场效应三极管的特性曲线
结型场效应三极管的特性曲线有两条,一是转移特性曲线,二是输出特性曲线。它与绝缘栅场效应三极管的特性曲线基本相同,只不过绝缘栅场效应管的栅压可正、可负,而结型场效应三极管的栅压只能是P沟道的为正或N沟道的为负。N沟道结型场效应三极管的特性曲线如图02.22所示。

(a) 漏极输出特性曲线(动画2-6) (b) 转移特性曲线(动画2-7)


图02.22 N沟道结型场效应三极管的特性曲线


4.2.4 场效应三极管的参数和型号
(1) 场效应三极管的参数
① 开启电压VGS(th) (或VT)
开启电压是MOS增强型管的参数,栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通。
② 夹断电压VGS(off) (或VP)
夹断电压是耗尽型FET的参数,当VGS=VGS(off) 时,漏极电流为零。
③ 饱和漏极电流IDSS
耗尽型场效应三极管,当VGS=0时所对应的漏极电流。
④ 输入电阻RGS
场效应三极管的栅源输入电阻的典型值,对于结型场效应三极管,反偏时RGS约大于107Ω,对于绝缘栅场型效应三极管,RGS约是109~1015Ω。
⑤ 低频跨导gm
低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用,这一点与电子管的控制作用十分相像。gm可以在转移特性曲线上求取,单位是mS(毫西门子)。
⑥ 最大漏极功耗PDM
最大漏极功耗可由PDM= VDS ID决定,与双极型三极管的PCM相当。
(2) 场效应三极管的型号
场效应三极管的型号,现行有两种命名方法。其一是与双极型三极管相同,第三位字母J代表结型场效应管,O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料,D是P型硅,反型层是N沟道;C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极管,3DO6C是绝缘栅型N沟道场效应三极管。
第二种命名方法是CS××#,CS代表场效应管,××以数字代表型号的序号,#用字母代表同一型号中的不同规格。例如,CS14A、CS45G等。
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