结型场效应管的结构、特性、参数

• 本文介绍的定义
• 一、N沟道结型场效应管结构
• 二、N沟道结型场效应管特性曲线

 

本文介绍的定义

场效应管、结型场效应管、N沟道结型场效应管的结构、耗尽层、栅极、源极、漏极、N沟道结型场效应管、夹断电压、预夹断、输出特性、可变电阻区、恒流区、截止区、预夹断轨迹、转移特性、饱和漏极电流。

一、N沟道结型场效应管结构

场效应管：双极型三极管中参与导电的有两种类型的载流子，有多子，有少子。场效应三极管，只有一种极性的载流子，多子参与导电，因此称为单极型三极管。管子通过电场效应控制电流，因此称为场效应管。场效应管分为结型场效应管；绝缘栅场效应管。

结型场效应管：分为N沟道结型场效应管；P沟道结型场效应管。

N沟道结型场效应管的结构图如下：N型半导体两侧，利用和金法、扩散法等做成P型区，P型区掺杂浓度较高。P型区和N型区交界处形成PN结，称为耗尽层。

栅极g、源极s、漏极d：将两侧P型区连接，引出一个电极，称为栅极g。再在N型半导体一端引出源极s，另一端引出漏极d。电路符号中，栅极箭头方向指向内部，由P区指向N区。

N沟道结型场效应管：N型半导体多子是电子，在漏极d与源极s加上一个电压就有可能导电，导电沟道是电子型的，所以，称为N沟道结型场效应管。

导电沟道和漏极电流Id的变化：当场效应管的栅极g与源极s之间的电压Ugs，漏极与源极之间的电压Uds变化时，观察导电沟道和漏极电流Id的变化。

首先，研究Uds=0时，Ugs对耗尽层和导电沟道的影响，如下图所示：(Ugs是栅源之间加上的电压)

1.Ugs=0，耗尽层比较窄，导电沟道宽，如图a。

2.Ugs<0，说明栅源加上反向偏置电压，耗尽层宽度增大，导电沟道变窄。

3.Ugs=Ugsoff，两侧耗尽层合拢一起，导电沟道被夹断，Ugsoff称为夹断电压。

以上，说明Ugs变化，导电沟道宽度变化，因Uds=0所以漏极电流Id=0 。

其次，研究Ugs固定不变，Ugs值满足Ugsoff<Ugs<=0时，观察漏源之间电压Uds变化对导电沟道和漏极电流Id的影响。

1.Uds=0，Id=0，相当于上图b。

2.Uds>0，产生漏极电流Id，如下图。Id流过导电沟道，沿着沟道方向从d到s有一个电压降落，d的电位高，s的电位低。因此，沟道不同位置，加在PN结上的反向偏置电压也不同。漏极处反向偏置电压最大，耗尽层最宽；源极反偏电压最小，耗尽层最窄。

Uds增加，Id增大，Uds=Ugsoff时，漏极处耗尽层开始合拢，这种情况称为预夹断，如下图b。

Uds继续增大，耗尽层合拢部分延长，如下图c。导电沟道电阻增大，限制Id增大，最后Id几乎不再随着Uds增大而增大。

Uds值过高，PN结由于反向偏置电压过高被击穿。

最后，研究Uds固定不变(Uds>0)，在栅源之间加上负电压，Ugs<=0，观察Ugs变化对导电沟道和漏极电流Id的影响。这种情况与首先研究的情况，区别就是Uds>0，将产生漏极电流Id。

1.Ugs=0时，耗尽层窄，导电沟道宽，Id比较大。Id流过沟道产生压降，沟道不同位置耗尽层不等宽。

2.Ugs<0时，耗尽层变宽，导电沟道变窄，Id变小，相当于上图a。

3.Ugs更负，耗尽层更宽，导电沟道更窄，Id减小，Ugs<Ugsoff时，导电沟道夹断，Id为零。

综上所述，改变栅极源极电压Ugs，可以控制漏极电流Id。

利用栅源之间电压改变PN结电场，控制漏极电流，故称为结型场效应管。

二、N沟道结型场效应管特性曲线

描述场效应管的电流和电之间的关系。

输出特性：表示栅源电压Ugs不变时，漏极电流Id与漏源电压Uds之间的关系。输出特性曲线如下图所示，与双极型三极管的共射输出特性曲线相似，但是这里以栅源之间的电压Ugs作为参变量，双极型三极管参变量是基电流。

输出特性划分三个区，可变电阻区、恒流区、截止区。

可变电阻区：Uds较小时，Id随Uds增加而上升，基本上是线性关系，场效应管似乎是一个线性电阻。Ugs不同，直线斜率不同，阻值不同。场效应管在该区特性是：由Ugs控制的可变电阻。

恒流区：漏极电流Id基本不随Uds变化，Id主要取决于Ugs，也称为饱和区。组成场效应管放大电路，应使场效应管工作在此区域。

输出特性最右侧，Uds升高，导致PN结因反向偏置电压过高被击穿。

输出特性曲线中的虚线，表示预夹断轨迹，虚线与曲线的交点，Ugd=Ugs-Uds=Ugsoff。此时场效应管出现预夹断现象。

截止区：Ugs<Ugsoff，导电沟道被完全夹断，场效应管不能导电。

转移特性：场效应管漏源电压Uds不变时，漏极电流与栅源电压Ugs之间的关系。描述栅源之间的电压Ugs对漏极电流Id的控制作用。

如下图所示，Ugs=0时，Id最大；Ugs越负，Id越小；Uds等于Udsoff，Id=0 。

图中有两个参数，夹断电压Ugsoff、饱和漏极电流Idss。

两个特性曲线的联系：

在输出特性上，Uds等于某一固定电压处做一条垂直直线，直线与Ugs不同值的输出特性曲线有一些交点，可以得到不同Ugs使得Id值，从而得到转移特性曲线。

也就是说，因为转移特性曲线是漏源电压Uds不变时，漏极电流与栅源电压Ugs之间的关系，那就从输出特性看漏源电压Uds不变时，漏极电流与栅源电压Ugs之间的关系就好啦。

本文图片参考杨素行老师的模电书。