2010-03-03 22:04:12 阅读13 评论0 字号:大中小
根据三极管的原理开发出的新一代放大元件,有3个极性,栅极,,源极,它的特点是栅极的内阻极高,采用二氧化硅材料的可以达到几百兆欧,属于电压控制型器件。
.它属于电压控制型半导体器件.
特点:
具有输入电阻高(100MΩ~1 000MΩ)、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽、热稳定性好等优点,现已成为和功率晶体管的强大竞争者.
作用:
场效应管可应用于放大.由于场效应管放大器的输入阻抗很高,因此耦合电容可以容量较小,不必使用电解电容器.
场效应管可以用作电子开关.
场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换.常用于多级放大器的输入级作阻抗变换.场效应管可以用作可变电阻.场效应管可以方便地用作.
)
IDS---漏源电流
IDSM---{zd0}漏源电流
IDSS---栅-源短路时,漏极电流
IDS(sat)---沟道饱和电流(漏源饱和电流)
IG---栅极电流(直流)
IGF---正向栅电流
IGR---反向栅电流
IGDO---源极开路时,截止栅电流
IGSO---漏极开路时,截止栅电流
IGM---栅极脉冲电流
IGP---栅极峰值电流
IF---二极管正向电流
IGSS---漏极短路时截止栅电流
IDSS1---对管{dy}管漏源饱和电流
IDSS2---对管第二管漏源饱和电流
Iu---衬底电流
Ipr---电流脉冲峰值(外电路参数)
gfs---正向跨导
Gp---功率增益
Gps---共源极中和高频功率增益
GpG---共栅极中和高频功率增益
GPD---共漏极中和高频功率增益
ggd---栅漏电导
gds---漏源电导
K---失调电压温度系数
Ku---传输系数
L---负载(外电路参数)
LD---漏极电感
Ls---源极电感
rDS---漏源电阻
rDS(on)---漏源通态电阻
rDS(of)---漏源断态电阻
rGD---栅漏电阻
rGS---栅源电阻
Rg---栅极外接电阻(外电路参数)
RL---负载电阻(外电路参数)
R(th)jc---结壳热阻
R(th)ja---结环热阻
PD---漏极耗散功率
PDM---漏极{zd0}允许耗散功率
PIN--输入功率
POUT---输出功率
PPK---脉冲功率峰值(外电路参数)
to(on)---开通延迟时间
td(off)---关断延迟时间
ti---上升时间
ton---开通时间
toff---关断时间
tf---下降时间
trr---反向恢复时间
Tj---结温
Tjm---{zd0}允许结温
Ta---环境温度
Tc---管壳温度
Tstg---贮成温度
VDS---漏源电压(直流)
VGS---栅源电压(直流)
VGSF--正向栅源电压(直流)
VGSR---反向栅源电压(直流)
VDD---漏极(直流)电源电压(外电路参数)
VGG---栅极(直流)电源电压(外电路参数)
Vss---源极(直流)电源电压(外电路参数)
VGS(th)---开启电压或阀电压
V(BR)DSS---漏源击穿电压
V(BR)GSS---漏源短路时栅源击穿电压
VDS(on)---漏源通态电压
VDS(sat)---漏源饱和电压
VGD---栅漏电压(直流)
Vsu---源衬底电压(直流)
VDu---漏衬底电压(直流)
VGu---栅衬底电压(直流)
Zo---驱动源内阻
η---漏极效率(射频功率管)
Vn---噪声电压
aID---漏极电流温度系数
ards---漏源电阻温度系数
,因此根据PN结正、反向电阻存在差异,可识别S极与D极.用交换表笔法测两次电阻,其中电阻值较低(一般为几千欧至十几千欧)的一次为正向电阻,此时黑表笔的是S极,红表笔接D极.
的动态特性曲线非常相似,当栅极电压VGS=0时的漏源电流。用IDSS表示。VGS变负时,ID逐渐减小。ID接近于零的栅极电压称为夹断电压,用VP表示,在0≥VGS≥VP的区段内,ID与VGS的关系可近似表示为:
ID=IDSS(1-|VGS/VP|)
其跨导gm为:gm=(△ID/△VGS)|VDS=常微(微欧)|
式中:△ID------漏极电流增量(微安)
------△VGS-----栅源电压增量(伏)
图2、结型场效应管特性曲线
2)漏极特性(输出特性)
图2(b)给出了场效应管的漏极特性曲线,它和晶体三极管的输出特性曲线 很相似。
①可变电阻区(图中I区)在I区里VDS比较小,沟通电阻随栅压VGS而改变,故称为可变电阻区。当栅压一定时,沟通电阻为定值,ID随VDS近似线性增大,当VGS<VP时,漏源极间电阻很大(关断)。IP=0;当VGS=0时,漏源极间电阻很小(导通),ID=IDSS。这一特性使场效应管具有开关作用。
②恒流区(区中II区)当漏极电压VDS继续增大到VDS>|VP|时,漏极电流,IP达到了饱和值后基本保持不变,这一区称为恒流区或饱和区,在这里,对于不同的VGS漏极特性曲线近似平行线,即ID与VGS成线性关系,故又称线性放大区。
③击穿区(图中Ⅲ区)如果VDS继续增加,以至超过了PN结所能承受的电压而被击穿,漏极电流ID突然增大,若不加限制措施,管子就会烧坏。
2、绝缘栅场效应管
它是由金属、氧化物和半导体所组成,所以又称为金属---氧化物---半导体场效应管,简称MOS场效应管。
(1)结构原理
它的结构、电极及符号见图3所示,以一块P型薄硅片作为衬底,在它上面扩散两个高杂质的N型区,作为源极S和漏极D。在硅片表覆盖一层绝缘物,然后再用金属铝引出一个电极G(栅极)由于栅极与其它电极绝缘,所以称为绝缘栅场面效应管。
图3、N沟道(耗尽型)绝缘栅场效应管结构及符号
在制造管子时,通过工艺使绝缘层中出现大量正离子,故在交界面的另一侧能感应出较多的负电荷,这些负电荷把高渗杂质的N区接通,形成了导电沟道,即使在VGS=0时也有较大的漏极电流ID。当栅极电压改变时,沟道内被感应的电荷量也改变,导电沟道的宽窄也随之而变,因而漏极电流ID随着栅极电压的变化而变化。
场效应管的式作方式有两种:当栅压为零时有较大漏极电流的称为耗散型,当栅压为零,漏极电流也为零,必须再加一定的栅压之后才有漏极电流的称为增强型。
(2)特性曲线
1)转移特性(栅压----漏流特性)
图4(a)给出了N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的转移行性曲线,图中Vp为夹断电压(栅源截止电压);IDSS为饱和漏电流。
图4(b)给出了N沟道增强型绝缘栅场效管的转移特性曲线,图中Vr为开启电压,当栅极电压超过VT时,漏极电流才开始显著增加。
2)漏极特性(输出特性)
图5(a)给出了N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的输出特性曲线。
图5(b)为N沟道增强型绝缘栅场效应管的输出特性曲线 。
图4、N沟道MOS场效管的转移特性曲线
图5、N沟道MOS场效应管的输出特性曲线
此外还有N衬底P沟道(见图1)的场效应管,亦分为耗尽型号增强型两种,
各种场效应器件的分类,电压符号和主要伏安特性(转移特性、输出特性) 二、场效应管的主要参数
1、夹断电压VP
当VDS为某一固定数值,使IDS等于某一微小电流时,栅极上所加的偏压VGS就是夹断电压VP。
2、饱和漏电流IDSS
在源、栅极短路条件下,漏源间所加的电压大于VP时的漏极电流称为IDSS。
3、击穿电压BVDS
表示漏、源极间所能承受的{zd0}电压,即漏极饱和电流开始上升进入击穿区时对应的VDS。
4、直流输入电阻RGS
在一定的栅源电压下,栅、源之间的直流电阻,这一特性有以流过栅极的电流来表示,结型场效应管的RGS可达1000000000欧而绝缘栅场效应管的RGS可超过10000000000000欧。
5、低频跨导gm
漏极电流的微变量与引起这个变化的栅源电压微数变量之比,称为跨导,即
gm= △ID/△VGS
它是衡量场效应管栅源电压对漏极电流控制能力的一个参数,也是衡量放大作用的重要参数,此参灵敏常以栅源电压变化1伏时,漏极相应变化多少微安(μA/V)或毫安(mA/V)来表示
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金属氧化物半导体的基本工作原理是靠半导体表面的电场效应,在半导体中感生出导电沟道来进行工作的。当栅 g 电压vg 增大时, p 型半导体表面的多数载流子枣空穴减少、耗尽,而电子积累到反型。当表面达到反型时,电子积累层将在 n+ 源区 s 和 n+ 漏区 d 形成导电沟道。当 vds ≠ 0 时,源漏电极有较大的电流ids流过。使半导体表面达到强反型时所需加的栅源电压称为阈值电压vt。当 vgs>vt并取不同数值时,反型层的导电能力将改变,在的vds下也将产生不同的ids, 实现栅源电压vgs对源漏电流ids的控制。
场效应管(fet)是电场效应控制电流大小的单极型半导体器件。在其输入端基本不取电流或电流极小,具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、制造工艺简单等特点,在大规模和超大规模集成电路中被应用。
fet和双极型三极管相类似,电极对应关系是b®g、e®s、c®d;由fet组成的放大电路也和三极管放大电路相类似,三极管放大电路基极回路一个偏置电流(偏流),而fet放大电路的场效应管栅极没有电流,fet放大电路的栅极回路一个合适的偏置电压(偏压)。
fet组成的放大电路和三极管放大电路的主要区别:场效应管是电压控制型器件,靠栅源的电压变化来控制漏极电流的变化,放大作用以跨导来;三极管是电流控制型器件,靠基极电流的变化来控制集电极电流的变化,放大作用由电流放大倍数来。
场效应管放大电路分为共源、共漏、共栅极三种组态。在分析三种组态时,可与双极型三极管的共射、共集、共基对照,体会二者间的相似与区别之处。