場效電晶體的結構特性與引數

2021-03-03 20:34:11 字數 2688 閱讀 5806

一、絕緣柵場效電晶體(igfet)

1.增強型nmos管

s:source 源極,d:drain 漏極,g:gate 柵極,b:base 襯底,在p型襯底擴散上2個n+區,p型表面加sio2絕緣層,在n+區加鋁線引出電極。

2.增強型pmos管

在n型襯底上擴散上2個p+區,p型表面加sio2絕緣層,在二個p+區加鋁線引出電極。pmos與nmos管的工作原理完全相同,只是電流和電壓方向不同。

3.增強型nmos管的工作原理正常工作時外加電源電壓的配置:

(1)vgs=0, vds=0:漏源間是兩個背靠背串聯的pn結,所以d-s間不可能有電流流過,即id≈0。

(2)當vgs>0,vds=0時:d-s之間便開始形成導電溝道。 開始形成導電溝道所需的最小電壓稱為開啟電壓vgs(th)(習慣上常表示為vt)。

溝道形成過程作如下解釋:此時,在柵極與襯底之間產生乙個垂直電場(方向為由柵極指向襯底),它使漏-源之間的p型矽表面感應出電子層(反型層)使兩個n+區溝通,形成n型導電溝道。如果,此時再加上vds電壓,將會產生漏極電流id。

當vgs=0時沒有導電溝道,而當vgs 增強到>vt時才形成溝道,所以稱為增強型mos管。並且vgs越大,感應電子層越厚,導電溝道越厚,等效溝道電阻越小,id越大。

(3)當vgs>vt,vds>0後, 漏-源電壓vds產生橫向電場:由於溝道電阻的存在,id沿溝道方向所產生的電壓降使溝道上的電場產生不均勻分布。近s端電壓差較高,為vgs;近d端電壓差較低,為vgd=vgs-vds,所以溝道的形狀呈楔形分布。

1)當vds較小時:vds對導電溝道的影響不大,溝道主要受vgs控制, 所以vgs為定值時,溝道電阻保持不變,id隨vds 增加而線性增加。此時,柵漏間的電壓大於開啟電壓,溝道尚未夾斷,。

2)當vds增加到vgs-vds=vt時(即vds=vgs-vt):柵漏電壓為開啟電壓時,漏極端的感應層消失,溝道被夾斷,稱為「預夾斷」。

3)當vds再增加時(即vds>vgs-vt或vgd=vgs-vds  伏安特性與電流方程:

(1) 增強型nmos管的轉移特性:在一定vds下,柵-源電壓vgs與漏極電流id之間的關係:

ido是vgs=2vt時的漏極電流。

(2) 輸出特性(漏極特性) 表示漏極電流id漏-源電壓vds之間的關係:。

與三極體的特性相似,也可分為3個區:可變電阻區,放大區(恆流區、飽和區), 截止區(夾斷區)。可變電阻區管子導通,但溝道尚未預夾斷,即滿足的條件為:。

在可變電阻區id僅受vgs的控制,而且隨vds增大而線性增大。可模擬為受vgs控制的壓控電阻rds,。放大區(溝道被預夾斷後),又稱恆流區、飽和區。

條件是:。特徵是id主要受vgs控制,與vds幾乎無關,表現為較好的恆流特性。 夾斷區又稱截止區,管子沒有導電溝道( vgs<vt )時的狀態,。

4.耗盡型nmos管在製造過程中,人為地在柵極下方的sio2絕緣層中埋入了大量的k+(鉀)或na+(鈉)等正離子 ;vgs=0,靠正離子作用,使p型襯底表面感應出n型反型層,將兩個n+區連通,形成原始的n型導電溝道;vds一定,外加正柵壓(vgs>0),導電溝道變厚,溝道等效電阻下降,漏極電流id增大; 外加負柵壓vgs<0)時,溝道變薄,溝道電阻增大,id減小;vgs負到某一定值vgs(off)(常以vp表示,稱為夾斷電壓),導電溝道消失,整個溝道被夾斷,id≈0,管子截止 。耗盡型nmos的伏安特性:

放大區的電流方程:,idss為飽和漏極電流,是vgs=0時耗盡型mos管的漏極電流。

二、結型場效電晶體(jfet) 結構與符號:

在n區兩側擴散兩個p+區,形成兩個pn結。兩個p+區相連,引出柵極g。n體的上下兩端分別引出漏極d和源極s。導電原理:

(1)vgs=0時,n型棒體導電溝道最寬(n型區)。有了vds後,溝道中的電流最大。

(2)vgs<0時,耗盡層加寬(主要向溝道一測加寬),並向溝道中間延伸,溝道變窄。當vgs<vp(稱為夾斷電壓)時,二個耗盡層增大到相遇,溝道消失,這時稱溝道夾斷,溝道中的載流子被耗盡。若有vds電壓時,溝道電流也為零。

所以屬於耗盡型fet,原理和特性與耗盡型mosfet相似。

所不同的是jfet正常工作時,兩個pn結必須反偏,如對n溝道jfet,要求vgs≤0。

加上負vgs電壓和vds電壓以後,vgd的負壓比vgs大,所以,二個反偏pn結的空間電荷區變得上寬下窄,使溝道形成楔形。

jfet通過vgs改變半導體內耗盡層厚度(溝道的截面積)控制id,稱為體內場效應器件;mosfet主要通過改變襯底表層溝道的厚度來控制id,稱為表面場效應器件。 jfet的伏安特性(以n溝道jfet為例):伏安特性曲線和電流方程與耗盡型mosfet相似。

但vgs必定要反向偏置。

三、場效電晶體的主要引數

1.直流引數開啟電壓vt: 增強型管的引數;夾斷電壓vp:

耗盡型管的引數;飽和漏極電流idss: 指耗盡型管在vgs=0時的漏極電流;輸入電阻 rgs(dc):因ig=0,所以輸入電阻很大。

jfet大於107ω,mos管大於1012ω。

2.交流引數低頻跨導(互導)gm:,跨導gm反映了柵源電壓對漏極電流的控制能力,且與工作點有關,是轉移特性曲線上過q點切線的斜率。

gm的單位是ms;交流輸出電阻rds:,rds反映了漏源電壓對漏極電流的影響程度,在恆流區內,是輸出特性曲線上過q點的切線斜率的倒數。其值一般為若幾十kω。

3.極限引數最大漏-源電壓v(br)ds :漏極附近發生雪崩擊穿時的vds;最大柵-源電壓v(br)gs :

柵極與源極間pn結的反向擊穿電壓;最大耗散功率pdm:同三極體的pcm相似,當超過pdm時,管子可能燒壞。

場效電晶體的結構特性與引數

一 絕緣柵場效電晶體 igfet 1.增強型nmos管 s source 源極,d drain 漏極,g gate 柵極,b base 襯底,在p型襯底擴散上2個n 區,p型表面加sio2絕緣層,在n 區加鋁線引出電極。2.增強型pmos管 在n型襯底上擴散上2個p 區,p型表面加sio2絕緣層,在...

場效電晶體總結

一 n溝道emos場效電晶體 1 結構 2 工作原理 工作條件 pn結必須反偏 含零偏 源極一般與襯底相連,所以vds必須為正值。工作過程 1 溝道的形成 vgs 0 指向襯底的電場 吸引電子,排斥空穴 空間電荷 b圖 vgs 電子薄層 n nn 導電溝道 n c圖 開始形成溝道的vgs為開啟電壓 ...

場效電晶體詳細

一 場效管的作用 場效管和三極體一樣都能實現訊號的控制和放大,但它與三極體的工作原理不一樣 場效管也有三隻腳,分別是控制極柵極 g極 源極 s極 漏極 d極 場效管與三極體三隻引腳的對應關係 柵極 g 對應基極 b 源極 s 對應發射極 e 漏極 d 對應集電極 c 二 場效管的分類 主機板中的場效...