2020年4月16日星期四
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D
P
P
横向电场作用： ︱UGS︱↑ → PN结耗尽层宽度↑
→沟道宽度↓
UGS
S
(b) UGS负压增大，沟道变窄 图3―2栅源电压UGS对沟道的控制作用示意图
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D
P
P
UGSoff——夹断电压
UGS
S
(c) UGS负压进一步增大，沟道夹断 图3―2栅源电压UGS对沟道的控制作用示意图
场效应晶体管（场效应管）利用多数载流子的 漂移运动形成电流。
场效应管FET (Field Effect Transistor)
结型场效应管JFET (Junction FET)
绝缘栅场效应管IGFET (Insulated Gate FET)
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3―1 结型场效应管
S
N＋
GD
N＋
PN结(耗尽层)
P型衬底
UGS=0，导电沟道未形成
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S UGS
N＋
GD
N＋
PN 结(耗尽层) P 型衬底
B
(a) UGS<UGSth，导电沟道未形成
开启电压：UGSth 图3―6 N沟道增强型MOS场效应管的沟道形成及符号
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绝缘体一般为二氧化硅（SiO2），这种IGFET称 为 金 属 —— 氧 化 物 —— 半 导 体 场 效 应 管 ， 用 符 号
MOSFET表示（Metal Oxide Semiconductor Field
Effect Transistor）。此外，还有以氮化硅为绝缘
体的MNSFET等。
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S
(a)
(c)
图3―10N沟道耗尽型MOS管的特性及符号
(a)转移特性；(b)输出特性；(c)表示符号
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3―2―4各种类型MOS管的符号及特性对比
JFET
N 沟道 D
P 沟道 D
G
G
S
S
图3―11各种场效应管的符号对比
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栅源电压VGS对沟道的影响.avi
D
UGS
N＋
N＋
G
B
导电沟道（反型层）
P型衬底 B
(b) UGS>UGSth，导电沟道已形成
S (c )符号
衬底的箭头方向表示 PN结若加正向电压时 的电流方向
图3―6 N沟道增强型MOS场效应管的沟道形成及符号
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iD/mA
uDS uGS UGSoff ＋ 6V
4 UGS＝＋ 3V
3 0V
2 －3V
1
0
5
10
15
20 uDS/V
(b)
图3―10N沟道耗尽型MOS管的特性及符号
(a)转移特性；(b)输出特性；(c)表示符号
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iD D
ID0
B
G
UGSoff
0
uGS
·曲线间隔均匀，uGS对iD控制能力强。 ·uDS对iD的控制能力弱，曲线平坦。
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三、转移特性
iD≥0 (1)当uGS<UGSth时，iD=0。 (2)当uGS>UGSth时，iD >0，二者符合平方律关系。
iD
unCox 2
W L
(uGS
U GSth ) 2
恒流区中：
iD
I
DSS
(1
uGS UGSoff
)2
式中：IDSS——饱和电流，表示uGS=0时的iD值； UGSoff——夹断电压，表示uGS=UGSoff时iD为零。
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iD /mA
IDSS
5
4 为保证场效应管正
3 常工作，PN结必须加 反向偏置电压
2
1
－3 UGSoff
30
iD
uDS uGS UGSth
可
变
恒
电
阻
流
区 区
0 截止区
UGS ＝ 6V 5V 4V 3V 2V
击 穿 区
uDS
(a)输出特性 图3―8输出特性
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(3)恒流区 预夹断后所对应的区域。 uGS>UGSth uGD<UGSth（或uDS>uGS-UGSth）
uGS
FET
iD
D 输出 电流
S
S
MOSFET：利用栅源电压（ 输入电压）对半导体
表面感生电荷量的控制来改变导电沟道的宽度，从
而实现对漏极电流（输出电流）的控制。
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N沟道：iD 0
iD MOS
耗尽型 增强型 N沟 N沟 IDSS
结型N 沟
ID0 UGSth
图 uDS增大，沟道预夹断后情况
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二、输出特性
uDS≥0 (1)截止区
uGS<UGSth 导电沟道未形成，iD=0。 (2)可变电阻区
预夹断前所对应的区域。 uGS>UGSth uGD>UGSth（或uDS<uGS-UGSth）
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uGS≤0， uDS≥0 1. 可变电阻区
预夹断前所对应的区域。 uGS>UGSoff uGD>UGSoff（或uDS<uGS-UGSoff）
iD的大小同时受uGS 和uDS的控制。
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iD /mA
漏极输出特性曲线.avi
可 变 u DS ＝ u G S－UGSoff
k(uGS UGSth)2
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iD/mA 5 4 3 2 1
0
12 3
uGS /V
UGS th
图3―7 NMOSFET的转移特性曲线
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3―2―3 N沟道耗尽型 MOSFET (Depletion NMOSFET)
iD
当uDS较大时， uDS对沟道的影响就不能忽略， 致使输出特性曲线呈弯曲状。
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2.恒流区 预夹断后所对应的区域。
uGS>UGSoff uGD<UGSoff（或uDS>uGS-UGSoff）
iD的大小几乎不受uDS的控制。
(1)当UGSoff<uGS<0时，uGS变化，曲线平移，iD与uGS 符合平方律关系， uGS对iD的控制能力很强。 (2) uGS固定，uDS增大，iD增大极小。
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ID＞0 D
沟道预夹断
ID >0 D
G P
P UDS
G P
P UDS
UGS
S
UGS S
(a)uGD>UGSoff（预夹断前）
uGD=UGSoff（预夹断时）
纵向电场作用：在沟道造成楔型结构（上宽下窄）
图3―4 uDS
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电 4阻
UGS ＝0V
区 3
恒
－0.5V
击 穿
2
流
－1V
区
区
－1.5V
1
－2V
UGSoff
0
5
10
15
20 uDS /V
截止区
(b)输出特性曲线
图3―3JFET的转移特性曲线和输出特性曲线
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当uDS很小时， uDS对沟道的影响可以忽略， 沟道的宽度及相应的电阻值仅受uGS的控制。输 出特性可近似为一组直线，此时，JFET可看成一 个受uGS控制的可变线性电阻器（称为JFET的输 出电阻）；
I D 几乎不变 沟道局部夹断
D
G P
P UDS
UGS S
(b) uGD<UGSoff（预夹断后）
由于夹断点与源极间的沟道长度略有缩短，呈现
的沟道电阻值也就略有减小，且夹断点与源极间的电
压不变。
结型场效应三极管漏源电压对沟道的控制作用.avi
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3―1―2 结型场效应管的特性曲线 一、输出特性曲线
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二、分类 MOSFET
N沟道 P沟道
增强型 N-EMOSFET 耗尽型 N-DMOSFET 增强型 P-EMOSFET 耗尽型 P-DMOSFET
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3―2―1 绝缘栅场效应管的结构 3―2―2 N沟道增强型MOSFET
(Enhancement NMOSFET) 一、导电沟道的形成及工作原理
I
D
0
(1
uGS U GSoff
)2
ID0表示uGS=0时所对应的漏极电流。