吉林大学：《电子电路技术》课程电子教案（PPT教学课件）第四章 半导体二极管三极管和场效应管（4.4）场效应晶体管 Field Effect Transistor

第四章 二 三 第四节 场效应晶体管 绝缘栅场效应管 结型场数应管 场效应管的特点

场效应晶体管 场效应管的特点 结型场效应管 绝缘栅场效应管 第四章

第国骨扬级爱晶林暗 第四节 场效应晶体管简称场效应管，用FET来表示 (Field Effect Transistor) 绝缘栅场效应管 方柔 结型场效应管

绝缘栅场效应管 结型场效应管 第四节 场效应晶体管简称场效应管，用FET来表示 （Field Effect Transistor）

一、绝缘栅场效应管 第四节 绝缘栅场效应管是一种金属一氧化物一半导体场效 应管，简称MOS管。 增强型MOS管N沟道 P沟道 MOS 按作 分 耗尽型MOS管N沟道 P沟道

一、绝缘栅场效应管 绝缘栅场效应管是一种金属—氧化物—半导体场效 应管，简称MOS管。 MOS 管按 工作 方式 分类 增强型MOS管 耗尽型MOS管 N沟道 P沟道 N沟道 P沟道 第四节

(一)N沟道增强型MOS管的结构和工作原理 第四节 1结构 d N沟道 g S02绝 缘层 g 箭头方向是区别N 沟道与P沟道的标志 N型区 d P衬底 b b go S-源极 d-漏极g-栅极 S P沟道 b-衬底引线 号

（一）N沟道增强型MOS管的结构和工作原理 N N b-衬底引线 s g d P衬底 b SiO2绝 缘层 S-源极 d-漏极 g-栅极 N型区 g g s s d d b b 箭头方向是区别N 沟道与P沟道的标志 第四节 N沟道 P沟道 铝

2.工作原理 第四节 绝缘栅场效应管是利用电场效应来改变导电通道的宽窄，从而 控制漏-源极间电流的大小。 (1)感生沟道的形成 栅极和源极之间加正向电压 过程色在电扬的作用下可以记P型衬底表面层中多数我流子空穴全部排斥 掉，形成空间电荷区。 当山Gs增加到某一临界电压(U)值时，吸引足够多的电子，在P型半导 体的表面附近感应出一个N型层，形成反型层一漏源之间的导电沟道。 ☆ 始形成反型层鹑ucs愁袍开启电压陆底山cs越高，电场越强，感 的电子越多，泻湖就越宽。 P型硅 空穴 + + cs是 ++ b t甘 b +++ 兼9iO8④子 反型层耗尽区

2.工作原理 （1）感生沟道的形成 在电场的作用下，可以把P型衬底表面层中多数载流子空穴全部排斥 掉，形成空间电荷区。 当uGS增加到某一临界电压(UT)值时，吸引足够多的电子，在P型半导 体的表面附近感应出一个N型层,形成反型层—漏源之间的导电沟道。 开始形成反型层的uGS称为开启电压(UT)。uGS越高，电场越强，感 应的电子越多，沟道就越宽。 uGS g b 自由电子 反型层 耗尽区 第四节 绝缘栅场效应管是利用电场效应来改变导电通道的宽窄，从而 控制漏-源极间电流的大小。 栅极和源极之间加正向电压 耗尽区 铝 SiO2 衬底 P型硅 g b uGS 受主离子 空穴

(2)栅源电压ucs对漏极电流D的控制作用 第四节 在栅源电压uGs=0时，没有导电沟道。漏源极之间存在两个背向 PN结，其中一个为反向偏置，只能流过很小的反向饱和电流， in0。 增大VcG,使uGs=Ur时形成导电沟道。在正向漏源电压作用下， 沟道内的多子（电子)产生漂移运动，形成漏极电流· uGs≥Ur时才能形成导电沟道 d uGs对b的控制作用： uGs变大 沟道宽度变宽 N沟道 b变大 沟道电阻变小

（2）栅源电压uGS对漏极电流iD的控制作用 在栅源电压uGS=0时，没有导电沟道。漏源极之间存在两个背向 PN结，其中一个为反向偏置，只能流过很小的反向饱和电流， iD≈0。 增大VGG，使uGS=UT时形成导电沟道。在正向漏源电压作用下， 沟道内的多子（电子）产生漂移运动，形成漏极电流iD。 uGS变大 iD变大 沟道宽度变宽 沟道电阻变小 N N VDD VGG s d b g iD P N沟道 uGS≥UT时才能形成导电沟道 第四节 uGS对iD的控制作用：

(3)漏源电压uDs对漏极电流D的影响 第四节 ★lGs≥Ur时，沟道形成。当uDs较小，即ucD>Ur时，沟道宽度受uDs的影 响很小，沟道电阻近似不变，随uDs的增加呈线性增加。 当s增大时，沟道各，点与栅极间电压不等，使沟道从源极向漏极逐渐变 窄。随着Ds增大，沟道电阻迅速增大，6不再随4Ds线性增大。 当uDs增大到使uGm=U时，在靠近漏极处，沟道开始消失，称为预夹断。 女继续增大4Ds,则uGDUT UGD=UT tN 耗尽区 UGD<UT D N沟道

（3）漏源电压uDS对漏极电流iD的影响 uGS≥UT 时，沟道形成。当uDS较小，即uGD>>UT时，沟道宽度受uDS的影 响很小，沟道电阻近似不变，iD随uDS的增加呈线性增加。 当uDS增大时，沟道各点与栅极间电压不等，使沟道从源极向漏极逐渐变 窄。随着uDS增大，沟道电阻迅速增大，iD不再随uDS线性增大。 继续增大uDS ，则uGD UT uGD=UT uGD<UT 第四节 耗尽区 N沟道 当uDS增大到使uGD =UT时，在靠近漏极处，沟道开始消失，称为预夹断

(二)N沟道增强型MOS管的特性曲线 第四节 1.输出特性 输出特性是指uGs为一固定值时，D与uDs之间的关 系，即 io=f(uos)llcs=常数 可变电阻区 恒流区 截止区

（二）N沟道增强型MOS管的特性曲线 1.输出特性 输出特性是指uGS为一固定值时，iD与uDS之间的关 系，即 输出 特性 分为 三个 区： 可变电阻区 恒流区 截止区 第四节

第四节 可变电阻区（非饱和区） I区对应预夹断前，uGs>UT,uDs很小，uGD>Ur的 情况。 支特 ①若uGs不变，沟道电阻"Ds ip(mA) 不变，D随uDs的增大而线性 6 WGS-6V 5 Ⅱ 上升。 ②uGs变大，rDs变小，看作 由电压uGs控制的可变电阻。 246810121416sV N沟道增强型MOS管的输出特性

可变电阻区（非饱和区） 2 4 6 8 1012 14 16 1 2 3 4 5 6 0 uGS=6V 4 3 5 uDS(V) iD(mA) 2 Ⅰ区对应预夹断前，uGS>UT，uDS很小，uGD>UT的 情况。 ①若uGS不变，沟道电阻rDS 不变，iD随uDS的增大而线性 上升。 ②uGS变大， rDS变小，看作 由电压uGS控制的可变电阻。 Ⅰ Ⅱ 第四节

恒流区（饱和区) 第四节 Ⅱ区对应预夹断后，uGs>UT,uDs很大，uGD<Ur的情况。 特点： ib只受ucs控制。若lGs不变， AiD(mA) 随着uDs的增大，D几乎不变。 6- UGS-6V 5 预夹断轨迹方程为： 4 '.UGD=uGs-Ups =UT 2 .'uos uGs-UGD uGs -UT 246810121416儿Ds 截止区 该区对应于uGs≤Un的情况 罩由于没有感生沟道，故电流0，管子处于截止状态

截止区 该区对应于uGS≤UT的情况 由于没有感生沟道，故电流iD≈0，管子处于截止状态。 2 4 6 8 1012 1416 1 2 3 4 5 6 0 uGS=6V 4 3 5 uDS(V) iD(mA) 2 Ⅰ Ⅱ 恒流区（饱和区） Ⅱ区对应预夹断后，uGS>UT，uDS很大，uGD<UT的情况。 iD只受uGS控制。若uGS不变， 随着uDS的增大，iD几乎不变。 预夹断轨迹方程为： DS GS GD GS T GD GS DS T u u u u U u u u U  = − = −  = − = 第四节