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1、3.2 绝缘栅型场效应管,N沟道,IGFET,耗尽型,增强型,P沟道,N沟道,P沟道,绝缘栅型场效应管的类别,3.2.1 增强型MOS管,结构示意图,N+,s,g,d,N+,以P型半导体作衬底,SiO2保护层,引出栅极,Al,从衬底引出电极,两边扩散两个高浓度的N区,SiO2保护层,故又称为MOS管,管子组成,a. 金属 （Metal),b. 氧化物 (Oxide),c.半导体(Semiconductor),1. 工作原理,电路连接图,(1) uGS =0 , uDS0,源极和漏极之间始终有一个PN结反偏，iD=0,(2) uGS 0 ,uDS =0,产生垂直向下的电场,电场排斥空穴,吸引电子
2、,形成耗尽层,形成导电沟道,当uGS =UGS(th)时,出现反型层,UGS(th)开启电压,N沟道增强型MOS管，简称NMOS,N沟道,uDS,(d)沟道反型层呈楔形,(b) 沿沟道有电位梯度,(3) 当uGS UGS(th） ,uDS0时,(c) 绝缘层内不同点的电场强度不同,左高右低,(a) 漏极电流iD0 uDS增大，iD增大,a. uDS升高,沟道变窄,uDS,反型层变窄,b. 当uGD =uGSuDS=UGS(th）时,uDS,沟道在漏极端夹断,(b) 管子预夹断,(a) iD达到最大值,c. 当uDS进一步增大,(a) iD达到最大值且恒定,uDS,uDS,沟道夹断区延长,(b)
3、 管子进入恒流区,增强型NMOS管工作原理动画演示,2伏安特性与参数,a输出特性,可 变 电 阻 区,放大区,截止区,输出特性曲线,(1) 可变电阻区,(a) uDS较小，沟道尚未夹断,(b) uDS uGS |UGS(th)|,(c) 管子相当于受uGS控制的电阻,各区的特点,可 变 电 阻 区,2,4,0,6,10,20,(2) 放大区(饱和区、恒流区),(a) 沟道预夹断,(c) iD几乎与uDS无关,(d) iD只受uGS的控制,(b) uDS uGS |UGS(th)|,截止区,(a) uGSUGS(th),(3) 截止区,(b) 沟道完全夹断,(c) iD=0,管子工作于放大区时函
4、数表达式,b转移特性曲线,式中，K为与管子有关的参数。,例 图示为某一增强型NMOS管的转移特性。试求其相应的常数K值。,解 由图可知，该管的,UGS（th）= 2 V,当UGS = 8 V 时，ID = 2 mA,故,3.2.2 耗尽型MOS管,1. MOS管结构示意图,绝缘层中渗入了正离子,出现反型层,形成导电沟道,g,导电沟道增宽,a.,导电沟道变窄,b.,耗尽型MOS管可以在uGS为正或负下工作。,g,2伏安特性与参数,a输出特性曲线,b转移特性曲线,函数表达式,工作于放大区时,增强型与耗尽型管子的区别,耗尽型,增强型,当 时,当 时,MOSFET符号,增强型,耗尽型,JFET符号,场
5、效应管的特点（与双极型晶体管比较）,(1) 场效应管是一种电压控制器件，即通过uGS来控 制iD；,双极型晶体管是一种电流控制器件，即通过iB来控制iC。,(2) 场效应管的输入端电流几乎为零，输入电阻非常 高;,双极型晶体管的发射结始终处于正向偏置，有一定 的输入电流，基极与发射极间的输入电阻较小。,(3) 场效应管是利用多数（一种极性）载流子导电的;,在双极型晶体管中二种极性的载流子（电子和空穴）同时参与了导电。,(4) 场效应管具有噪声小、受辐射的影响小、热稳定 性较好，且存在零温度系数工作点。,(5) 场效应管的结构对称，有时（除了源极和衬底在 制造时已连在一起的MOS管）漏极和源极可以 互换使用，且各项指标基本不受影响，使用方便、 灵活。,(6) 场效应管制造工艺简单，有利于大规模集成。,每个MOS场效应管在硅片上所占的面积只有双极 性晶体管5%。,场效应管的跨导小，当组成放大电路时，在相 同的负载电阻下，电压放大倍数比双极性晶体管 低。,(8) 由于MOS管的输入电阻高，由外界感应产生的电 荷不易泄露，而栅极上的绝缘层又很薄，这将在 栅极上产生很高的电场强度，以致引起绝缘层的 击穿而损坏管子。,2. 绝缘栅场效应管的栅极为什么不能开路？,思 考 题,1.与双极型晶体管相比，场效应管主要有哪些特点？,