场效应管原理,所有场效应管原理图

首页 > 教育 > 作者:YD1662024-05-04 10:52:19

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场效应管是较新型的半导体材料,利用电场效应来控制晶体管的电流,因而得名。它的外型也是一个三极管,因此又称场效应三极管。它只有一种载流子参与导电的半导体器件,是一种用输入电压控制输出电流的半导体器件。从参与导电的载流子来划分,它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。从场效应三极管的结构来划分,它有结型场效应三极管和绝缘栅型场效应三极管之分。

1.结型场效应三极管

(1) 结构

N沟道结型场效应三极管的结构如图1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。

场效应管原理,所有场效应管原理图(1)

图1结型场效应三极管的结构

(2) 工作原理

以N沟道为例说明其工作原理。

当UGS=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UGS<0时,PN结反偏,形成耗尽层,漏源间的沟道将变窄,ID将减小,UGS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UGS称为夹断电压UGS(off)。

(3)特性曲线

结型场效应三极管的特性曲线有两条,一是输出特性曲线(ID=f(UDS)|UGS=常量),二是转移特性曲线(ID=f(UGS)|UDS=常量)。N沟道结型场效应三极管的特性曲线如图2所示。

场效应管原理,所有场效应管原理图(2)

(a) 漏极输出特性曲线 (b) 转移特性曲线

图2N沟道结型场效应三极管的特性曲线

2. 绝缘栅场效应三极管的工作原理

绝缘栅场效应三极管分为:耗尽型 →N沟道、P沟道 增强型 →N沟道、P沟道

(1)N沟道耗尽型绝缘栅场效应管

N沟道耗尽型的结构和符号如图3(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UGS=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UGS>0时,将使ID进一步增加。UGS<0时,随着UGS的减小漏极电流逐渐减小,直至ID=0。对应ID=0的UGS称为夹断电压,用符号UGS(off)表示,有时也用UP表示。N沟道耗尽型的转移特性曲线如图30(b)所示。

场效应管原理,所有场效应管原理图(3)

(a) 结构示意图 (b) 转移特性曲线

图3N沟道耗尽型绝缘栅场效应管结构和转移特性曲线

(2)N沟道增强型绝缘栅场效应管

结构与耗尽型类似。但当UGS=0 V时,在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。 当栅极加有电压时,若0UGS(th)时,形成沟道,将漏极和源极沟通。如果此时加有漏源电压,就可以形成漏极电流ID。在UGS=0V时ID=0,只有当UGS>UGS(th)后才会出现漏极电流,这种MOS管称为增强型MOS管。

N沟道增强型MOS管的转移特性曲线,见图4。

场效应管原理,所有场效应管原理图(4)

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