结型场效应管的特性曲线
场效应管介绍
场效应管原理场效应管是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。
有N沟道器件和P沟道器件。
有结型场效应三极管JFET(Junction Field Effect Transister)和绝缘栅型场效应三极管IGFET( Insulated Gate Field Effect Transister) 之分。
IGFET也称金属-氧化物-半导体三极管MOSFET （Metal Oxide Semiconductor FET）。
1.1 1.1.1MOS场效应管MOS场效应管有增强型（Enhancement MOS 或EMOS）和耗尽型(Depletion)MOS或DMOS）两大类，每一类有N沟道和P沟道两种导电类型。
场效应管有三个电极：D(Drain) 称为漏极，相当双极型三极管的集电极；G(Gate) 称为栅极，相当于双极型三极管的基极；S(Source) 称为源极，相当于双极型三极管的发射极。
增强型MOS(EMOS)场效应管一、工作原理1．沟道形成原理当VGS=0 V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，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0＜VGS＜VGS(th)时，通过栅极和衬底间的电容作用，将靠近栅极下方的P型半导体中的空穴向下方排斥，出现了一薄层负离子的耗尽层。
耗尽层中的少子将向表层运动，但数量有限，不足以形成沟道，所以仍然不足以形成漏极电流ID。
进一步增加VGS，当VGS＞VGS(th)时（VGS(th) 称为开启电压），由于此时的栅极电压已经比较强，在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，可以形成沟道，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。
在栅极下方形成的导电沟1线性电子电路教案道中的电子，因与P型半导体的载流子空穴极性相反，故称为反型层（inversion layer）。
随着VGS的继续增加，ID将不断增加。
3.1.3 N沟道结型场效应管的特性曲线
侧的区域。
② 特点：当 uDS 增大时，iD
增加很少，趋于饱和。当uDS增
至使近漏端PN结反偏过高而击穿时， iD 将急剧增大。
③ 条件：UpuGS0， uDSuGS-Up。
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N沟道结型场效应管的特性曲线
（3）截止区 ① 范围：曲线靠近横轴很狭窄的部分。 ② 特点：iD0，管子处于截止状态。 ③条件：|uGS||Up|。
模拟电子技术基础
3.1.3 N沟道结型场效应管的特性曲线
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N沟道结型场效应管的特性曲线
1. 输出特性曲线
iD= f (uDS)|uGS 当uGS=0V时，随着uDS增 大，电流iD从“线性增大”到 “ 趋于恒流 ”，进而由“恒
流”到“击穿”。在uGS <0V 时，同样也会经历上述过程。
当 uGS =Up时，iD=0，对应的 区域称为截止区。
（1）可变电阻区 ① 范围：uDS较小，靠近纵轴或预夹断轨迹左侧区域。
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N沟道结型场效应管的特性曲线
② 特点：可以看成受uGS控制的压控电阻。 ③ 条件：UpuGS0，0uDSuGS-Up。 （2）恒流区
① 范围：uDS较大，曲线近 似水平部分；或 预夹断轨迹右
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N沟道结型场效应管的特性曲线
2. 转移特性曲线与电流方程 iD = f (uGS)|uDS
二次方程
上式成立的条件是UpuGS0。
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VDMOS的工作原理与特性曲线
电力场效应管电力场效应管 又名电力场效应晶体管分为结型和绝缘栅型通常主要指绝缘栅型中的 MOS 型（Metal Oxide 结型电力场效应晶体管一般称作静电感应晶体管（ 特点 ——用栅极电压来控制漏极电流 驱动电路简单，需要的驱动功率小。
开关速度快，工作频率高。
热稳定性优于 GTR 。
电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过 电力MOSFE 的种类按导电沟道可分为 P 沟道和N 沟道。
耗尽型——当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道。
增强型一一对于N （ P ）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道。
电力MOSFE 主要是N 沟道增强型。
电力MOSFE 的结构小功率MOS 管是横向导电器件。
电力MOSFE 大都采用垂直导电结构，又称为 VMOSFETVertical MOSFET ）。
按垂直导电结构的差异，分为利用 V 型槽实现垂直导电的 VVMOSFE 和具有垂直导电双扩散 MOS 结构的VDMOSFE （TVertical Double-diffused MOSFET）。
这里主要以VDMO 器件为例进行讨论。
电力MOSFET 勺工作原理（N 沟道增强型 VDMOS 截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零P 基区与N 漂移区之间形成的PN 结J1反偏，漏源极之间无电流流过 导电：在栅源极间加正电压 UGSSemiconductor FET ,简称电力 MOSFETPower MOSFEJT Static Induction Transistor —— SIT ）。
10kW 的电力电子装置当UGS大于UT时，P型半导体反型成 N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电。
电力MOSFET勺基本特性(1)静态特性漏极电流ID和栅源间电压UGS的关系称为MOSFET^转移特性。
ID较大时，ID与UGS的关系近似线性，曲线的斜率定义为跨导Gfs。
(2)MOSFET的漏极伏安特性(即输出特性)：截止区(对应于GTR的截止区)饱和区(对应于GTR的放大区)非饱和区(对应 GTR的饱和区)工作在开关状态，即在截止区和非饱和区之间来回转换。
场效应管(建议看)
0V –1V –2V uGS = – 3 V
uDS
IDSS
可 变 电 阻 区
预夹断轨迹，uGD＝UGS（off）
恒 流 区
击 穿 区
i D gm U GS
夹断电压
夹断区（截止区）
夹断电压为负
∴栅源电压越负，电流iD越小。
①夹断区： i D 0 UGS<UGS(off) ②可变电阻区(预夹断轨迹左边区域）：
之间的函数关系，即
iD f (uGS ) |U DS 常数
N沟道结型场效应管UGS=0时，存在导电沟道，电流最大；
栅源之间加负向电压UGS＜0直至沟道消失，电流为零。
UGS=0V -1V -2V -3V 夹断电压
U GS ( off ) 0
栅源电压越负，电流越小 恒流区条件：
U GS U GS (off )
3、特性曲线与电流方程
转移特性 输出特性曲线
N沟道增强型MOS管在UGS=0时，无导电沟道，电流为零。
UGS加正向电压至开启电压后，电流随UGS的增大而增大。
VDS 为正的
6V 5V 4V 3V 开启电压
U GS ( th ) 0
栅源电压越正，电流越大 恒流区条件：
U GS U GS (th )
增强型N沟道
耗尽型N沟道
增强型P沟道 耗尽型P沟道
说明：
1、栅极用短线和沟道隔开，表示绝缘栅； 2、箭头：由P区指向N区； 3、虚线：增强型MOS管； 实线：耗尽型MOS管。
二、N沟道增强型MOS管的工作原理
在通常情况下，源极一般都与衬底相连，即UBS=0。 为保证N沟道增强型MOS管正常工作，应保证： ① UGS=0时，漏源之间是两只背向的PN结，不管UDS 极性 如何，其中总有一个PN结反偏，所以不存在导电 沟道。UGS必须大于0（UGS>0）管子才能工作。 ②漏极对源极的电压UDS必须为正值(UDS>0)。这样在漏 极电压作用下，源区电子沿导电沟道行进到漏区，产 生自漏极流向源极的电流。
结型场效应管
结型场效应管如图XX_01(a)所示，在一块N型半导体材料的两边各扩散一个高杂质浓度的P型区（用P+表示），就形成两个不对称的P+N结。
把两个P+区并联在一起，引出一个电极，称为栅极（g），在N型半导体的两端各引出一个电极，分别称为源极（s）和漏极（d）。
它们分别与三极管的基极（b）、发射极（e）和集电极（c）相对应。
夹在两个P+N结中间的N区是电流的通道，称为导电沟道（简称沟道）。
这种结构的管子称为N沟道结型场效应管，它在电路中用图XX_01(b)所示的符号表示，栅极上的箭头表示栅、源极间P+N结正向偏置时，栅极电流的方向（由P区指向N区）。
实际的JFET结构和制造工艺比上述复杂。
N沟道JFET的剖面图如图XX_01(c)所示。
图中衬底和中间顶部都是P+型半导体，它们连接在一起（图中未画出）作为栅极g。
分别与源极s和漏极d相连的N+区，是通过光刻和扩散等工艺来完成的隐埋层，其作用是为源极s、漏极d提供低阻通路。
三个电极s、g、d分别由不同的铝接触层引出。
如果在一块P 型半导体的两边各扩散一个高杂质浓度的N +区，就可以制成一个P 沟道的结型场效应管。
图XX_02给出了这种管子的结构示意图和它在电路中的代表符号。
由结型场效应管代表符号中栅极上的箭头方向，可以确认沟道的类型。
N 沟道和P 沟道结型场效应管的工作原理完全相同，现以N 沟道结型场效应管为例，分析其工作原理。
N 沟道结型场效应管工作时，也需要外加如图XX_01所示的偏置电压，即在栅极与源极间加一负电压(v GS ＜0)，使栅、源极间的P +N 结反偏，栅极电流i G ≈0，场效应管呈现很高的输入电阻(高达108 左右)。
在漏极与源极间加一正电压(v DS ＞0)，使N 沟道中的多数载流子电子在电场作用下由源极向漏极作漂移运动，形成漏极电流i D 。
i D 的大小主要受栅源电压v GS 控制，同时也受漏源电压v DS 的影响。
因此，讨论场效应管的工作原理就是讨论栅源电压v GS 对漏极电流i D （或沟道电阻）的控制作用，以及漏源电压v DS 对漏极电流i D 的影响1．v GS 对i D 的控制作用图XX_02所示电路说明了v GS 对沟道电阻的控制作用。
结型场效应管
(a)(b)(c)图XX_01如图XX_01(a)所示，在一块N型半导体材料的两边各扩散一个高杂质浓度的P型区（用P+表示），就形成两个不对称的P+N结。
把两个P+区并联在一起，引出一个电极，称为栅极（g），在N型半导体的两端各引出一个电极，分别称为源极（s）和漏极（d）。
它们分别与三极管的基极（b）、发射极（e）和集电极（c）相对应。
夹在两个P+N结中间的N区是电流的通道，称为导电沟道（简称沟道）。
这种结构的管子称为N沟道结型场效应管，它在电路中用图XX_01(b)所示的符号表示，栅极上的箭头表示栅、源极间P+N结正向偏置时，栅极电流的方向（由P区指向N区）。
实际的JFET结构和制造工艺比上述复杂。
N沟道JFET的剖面图如图XX_01(c)所示。
图中衬底和中间顶部都是P+型半导体，它们连接在一起（图中未画出）作为栅极g。
分别与源极s和漏极d相连的N+区，是通过光刻和扩散等工艺来完成的隐埋层，其作用是为源极s、漏极d提供低阻通路。
三个电极s、g、d分别由不同的铝接触层引出。
图XX_02(a)(b)如果在一块P型半导体的两边各扩散一个高杂质浓度的N+区，就可以制成一个P沟道的结型场效应管。
图XX_02给出了这种管子的结构示意图和它在电路中的代表符号。
由结型场效应管代表符号中栅极上的箭头方向，可以确认沟道的类型。
N沟道和P沟道结型场效应管的工作原理完全相同，现以N沟道结型场效应管为例，分析其工作原理。
图XX_01N沟道结型场效应管工作时，也需要外加如图XX_01所示的偏置电压，即在栅极与源极间加一负电压(v GS＜0)，使栅、源极间的P+N结反偏，栅极电流i G≈0，场效应管呈现很高的输入电阻(高达108 左右)。
在漏极与源极间加一正电压(v DS＞0)，使N沟道中的多数载流子电子在电场作用下由源极向漏极作漂移运动，形成漏极电流i D。
i D的大小主要受栅源电压v GS控制，同时也受漏源电压v DS的影响。
用晶体管特性图示仪测试晶体管主要参数
用晶体管特性图示仪测试晶体管主要参数一．实验目的掌握晶体管特性图示仪测试晶体管的特性和参数的方法。
二．实验设备（1）XJ4810晶体管特性图示仪（2）QT 2晶体管图示仪（3）3DG6A 3DJ7B 3DG4三．实验原理1．双极型晶体（以3DG4NPN 管为例）输入特性和输出特性的测试原理（1）输入特性曲线和输入电阻i R ，在共射晶体管电路中，输出交流短路时，输入电压和输入电流之比为i R ，即＝常数CE V B BEi I V R ∂∂= （1.1）它是共射晶体管输入特性曲线斜率的倒数。
例如需测3DG 4在V CE ＝10时某一作点Q 的R 值，晶体管接法如图1.1所示。
各旋扭位置为峰值电压%80% 峰值电压范围0～10V 功耗电阻50Ω X 轴作用基极电压1V/度 Y 轴作用 阶梯选择μ20A/极 级/簇10 串联电阻10K 集电极极性 正（+）把X 轴集电极电压置于1V/度，调峰值电压为10V ，然后X 轴作用扳回基极电压0.1V/度，即得CE V ＝10V 时的输入特性曲线。
这样可测得图1.2：V CE V B BEi I V R 10=∆∆= （1.2）根据测得的值计算出i R 的值图1.1晶体管接法 图1.2输入特性曲线 （2）输出特性曲线、转移特性曲线和β、FE h在共射电路中，输出交流短路时，输出电流和输入电流增量之比为共射晶体管交流电流放大系数β。
在共射电路中，输出端短路时，输出电流和输入电流之比为共射晶体管直流电流放大系数FE h 。
晶体管接法如图1.1所示。
旋扭位置如下：峰值电压范围10V 峰值电压%80% 功耗电阻250Ω X 轴集电极电压1V/度 Y 轴集电极电流2mA/度 阶梯选择μ20A/度 集电极极性 正（+）得到图1.3所示共射晶体管输出特性曲线，由输出特性曲线上读出V V CE 5=时第2、4、6三根曲线对应的C I ，B I 计算出交流放大系数BC I I ∆∆=β （1.3） FE h >β主要是因为基区表面复合等原因导致小电流β较小造成的，β、FE h 也可用共射晶体管的转移特性（图1.4）进行测量只要将上述的X 轴作用开关拨到“基极电流或基极源电压”即得到共射晶体管的转移特性。
结型场效应管及其放大电路
MOS（Metal Oxide Semiconductor）
vGS=0，iD=0，为增强型管； vGS=0，iD0，为耗尽型管（有初始沟道）。
一、场效应管概述
2、符号：
一、场效应管概述
3、场效应三极管的型号命名方法 ：
现行有两种命名方法
第一种命名方法： 与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O 代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表 材料，D是P型硅， 反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。 例如：3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3DO6C 是绝缘 栅型N沟道场效应三极管。
对于n沟道各极间的外加电压变为ugs漏源之间加正向电压即uds当gs两极间电压ugs改变时沟道两侧耗尽层的宽度也随着改变由于沟道宽度的变化导致沟道电阻值的改变从而实现了利用电压ugs场效应管工作原理二结型场效应管二结型场效应管场效应管两侧的pn结均处于零偏置形成两个耗尽层如图a所示
第八章：场效应管
一、场效应管概述 二、结型场效应管结构与原理 三、结型场效应管放大器 四、MOS场效应管介绍
2、判定栅极 用万用表黑表笔碰触管子的一个电极，红表笔分别碰触另外两个电极。若两次测出的阻值都很小，说明均是
正向电阻，该管属于N沟道场效应管，黑表笔接的也是栅极。 制造工艺决定了场效应管的源极和漏极是对称的，可以互换使用，并不影响电路的正常工作，所以不必加以
区分。源极与漏极间的电阻约为几千欧。 注意不能用此法判定绝缘栅型场效应管的栅极。因为这种管子的输入电阻极高，栅源间的极间电容又很小，
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iD
iD
uGS
iD
iD
uGS
uDS -uDS
制作单位：北京交通大学电子信息工程学院 《模拟电子技术》课程组
g m 2 K uG S U G S ,off = 2 K iD
显然：gm大小与iD有关, iD越大,gm越大。
iD(mA)
练习：计算低频跨导gm 。
i Δ D
g u m
Δ
GS
2 1 .3 3 (m A /V ) 1 .5
Q ∆iD ∆ uGS
uGS(V)
16/73
N 沟
结道 型 场 效 应P 管沟
13/732. N沟道结型场效应管（JFET)的特性曲线 iD(mA) 可变
电阻
区
iD(mA)
输出特性曲线
uDS(V) UGS,off
uGS(V)
转移特性曲线
在恒流区:
iD
I DSS
1
uGS U GS ,off
2 = K
uGS K为导电因子,UGS,off为夹断电压。
14/73
低频跨导定义： g m
d iD d uG S
uDS C
Δ iD Δ uGS
uDS C
小结：场效应管是压控元件，栅源电压控制漏极电流！
15/73 gm的计算方法:
① 图解法：gm实际就是转移特性曲线 i D=f(uGS) 的斜率
② 解析法：根据转移特性曲线表达式 iD K uGS U GS ,off 2