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P 沟道场效应管 P 沟道结型场效应管结构图 N+ N+ P型沟道 G S D P 沟道场效应管是在 P 型硅棒的两侧做成高掺杂的 N 型区(N+),导电沟道为 P 型,多数载流子为空穴。 符号 G D S 一、结型场效应管工作原理 N 沟道结型场效应管用改变 UGS 大小来控制漏极电流 ID 的。(VCCS) G D S N N型沟道 栅极 源极 漏极 P+ P+ 耗尽层 *在栅极和源极之间加反向电压,耗尽层会变宽,导电沟道宽度减小,使沟道本身的电阻值增大,漏极电流 ID 减小,反之,漏极 ID 电流将增加。 *耗尽层的宽度改变主要在沟道区。 1. 当UDS = 0 时, uGS 对导电沟道的控制作用 ID = 0 G D S N型沟道 P+ P+ (a) UGS = 0 UGS = 0 时,耗尽层比较窄,导电沟比较宽 UGS 由零逐渐减小,耗尽层逐渐加宽,导电沟相应变窄。 当 UGS = UGS(Off),耗尽层合拢,导电沟被夹断. ID = 0 G D S P+ P+ N型沟道 (b) UGS(off) UGS 0 VGG ID = 0 G D S P+ P+ (c) UGS <UGS(off) VGG UGS(off)为夹断电压,为负值。UGS(off) 也可用UP表示 2. 当uGS 为UGS(Off)~0中一固定值时, uDS 对漏极电流iD的影响。 uGS = 0,uGD UGS(Off) ,iD 较大。 G D S P+ N iS iD P+ P+ VDD VGG uGS 0,uGD UGS(Off) ,iD 更小。 G D S N iS iD P+ P+ VDD 注意:当 uDS 0 时,耗尽层呈现楔形。 (a) (b) uGD = uGS -uDS G D S P+ N iS iD P+ P+ VDD VGG uGS 0,uGD = UGS(off), ,沟道变窄预夹断 uGS 0 ,uGD uGS(off),夹断,iD几乎不变 (1) 改变 uGS ,改变了 PN 结中电场,控制了 iD ,故称场效应管; (2)结型场效应管栅源之间加反向偏置电压,使 PN 反偏,栅极基本不取电流,因此,场效应管输入电阻很高。 (c) (d) N G S D + VGG P + P + VDD + - A 3.当uGD uGS(off),时, , uGS 对漏极电流iD的控制作用 场效应管用低频跨导gm的大小描述栅源电压对漏极电流的控制作用。 场效应管为电压控制元件(VCCS)。 uGD = uGS -uDS uGS(off), 即:出现了预夹断之后 uDS为一常量时,对应于确定的uGS ,就有确定的iD。 gm=?iD/?uGS (单位mS) 小结 (1)在uGD = uGS -uDS uGS(off)情况下, 即当uDS uGS -uGS(off) 对应于不同的uGS ,d-s间等效成不同阻值的电阻。 (2)当uDS使uGD = uGS(off)时,d-s之间预夹断 (3)当uDS使uGD uGS(off)时, iD几乎仅仅决定于uGS ,而与uDS 无关。此时, 可以把iD近似看成uGS控制的电流源。 二、结型场效应管的特性曲线 1. 输出特性曲线 当栅源之间的电压 UGS 不变时,漏极电流 iD 与漏源之间电压 uDS 的关系,即 IDSS/V iD/mA uDS /V O UGS = 0V -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 预夹断轨迹 恒流区 可变电阻区 漏极特性也有三个区:可变电阻区、恒流区和夹断区。 图 1.4.5(b) 漏极特性 输出特性(漏极特性)曲线 夹断区 UDS iD VDD VGG D S G V ? + V ? + uGS 图 1.4.5(a)特性曲线测试电路 + ? mA 击穿区 2. 转移特性(N 沟道结型场效应管为例) O uGS iD IDSS UGS(off) 图 1.4.6 转移特性 uGS = 0 ,iD 最大;uGS 愈负,iD 愈小;uGS = UGS(off) ,iD ? 0。 两个重要参数 饱和漏极电流 IDSS(UGS = 0 时的 ID) 夹断电压 UGS(off) (ID = 0 时的 UGS) UDS iD VDD VGG D S G V ? + V ? + uGS 特性曲线测试电路 + ? mA 转移特性 O uGS/V ID/mA IDSS UP 图 1.4.6 转移特性 结型场效应管转移特性曲线的近似公式: ≤ ≤ * 结型P 沟道的特性曲线 S G D 转移特性
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