场效应管的原理和基础知识

场效应管的原理和基础知识 (2007-12-25 17:29)

基本概念场效应管是一种受电场控制的半导体器件(普通三极管的工作是受电流控制的器件).场效应管应具有高输入阻抗，较好的热稳定性、抗辐射性和较低的噪声。对夹断电压适中的场效应管，可以找到一个几乎不受温度影响的零温度系数工作点，利用这一特性，可使电路的温度稳定性达到最佳状态。

电子电路中常用场效应管作放大电路的缓冲级、模拟开关和恒流源电路。

场效应管按结构可分为结型场效应管(缩写为jfet)和绝缘栅场效应管(缩写为jgfet),从导电方式看，场效应管分为n型沟道型与p型沟道型。绝缘栅型场效应管有增强型和耗尽型两种，而jfet只有耗尽型。

一、基本结构

场效应管是利用改变电场来控制半导体材料的导电特性，不是像三极管那样用电流控制pn结的电流。因此，场效应管可以工作在极高的频率和较大的功率。此外，场效应管的制作工艺简单，是集成电路的基本单元。

场效应管有结型和绝缘栅型两种主要类型。每种类型的场效应管都有栅极g、源极s和漏极d三个工作电极，同时，每种类型的场效应管都有n沟道和p沟道两种导电结构。

绝缘栅型场效应管又叫做mos管。根据在外加电压vgs=0时是否存在导电沟道，绝缘栅场效应管又可分为上增强型和耗尽型。增强型mos管在外加电压vgs=0时不存在导电沟道，而耗尽型mos的氧化绝缘层中加入了大量的正离子，即使在vgs=0时也存在导电沟道。

n沟道绝缘栅型

g为栅极，s为源极，d为漏极，b衬底

结型场效应管的结构与绝缘栅场效应管的结构基本相同，主要的区别在于栅极g与通道半导体之间没有绝缘。

n沟道和p沟道结型

从场效应管的基本结构可以看出，无论是绝缘栅型还是结型，场效应管都是两个背靠背的pn结。电流通路不是由pn结形成的，而是依靠漏极d和源极s之间半导体的导电状态来决定的。

二、电路符号

基本参数场效应管的主要技术参数，可分为直流参数和交流参数两大类。

一、夹断电压vp和开启电压vt

一般是对结型管而言，当栅源之间的反向电压vgs增加到一定数以后，不管漏源电压vds大小都不存在漏电流id.这个使id开始为零的电压叫作管子的夹断电压。vt一般是对mos管而言，表示开始出现id时的栅源电压值。

对n沟道增强型、p沟道耗尽型vt为正值，对n沟道耗尽型、p沟道增强型vt为负值。

二、饱和漏电流idss

当vds=0而vds足够大时，漏电流的饱和值，就是管子的饱和漏电流，常用符号idss表示。

三、栅极电流ig

当栅极加上一定的反向电压时，会有极小的栅极电流，用符号ig表示。对结型场效应管，ig在10-9~10-12之间；对于mos而言ig一般小于10-12安。正是由于栅极电流极小，所以场效应管具有极高的阻抗。

四、通导电阻ron

五、截止漏电流

六、跨导gm

七、漏源动态电阻rds

基本特性一、转移特性和输出特性

工程应用中最常用的是共源极电路的输入和输出关系曲线，场效应管的共源极连接是把源极s作为公共端、栅极g作为输入端、漏极d作为输出端。由于共源极场效应管的输入电流几乎为零，因此，其输入曲线反映的是栅极电压vg与漏极电流id的关系，叫做转移特性。反映d-s间电压与id之间关系的叫做输出曲线。

场效应管共源极电路转移特性曲线和输出特性曲线

场效应管输出特性有可变电阻(也叫夹断区)、放大(也叫恒流区)、截止区和击穿区四个工作区。这与三极管的饱和、截止、放大和击穿相似。

二、截止与电阻导通特性

场效应管d-s间不导通状态叫做截止，此时id接近0,场效应管没有电流传导的能力，相当于开关断开。产生截止现象的原因，是此时场效应管没有形成导电沟道。

场效应管输出特性曲线中，vds与id之间呈线性关系的区域叫做电阻区，二者之间的关系可近似为

vds=ronid

其中ron为导通电阻，一般都很小。在电阻区，场效应管的d-s之间近似为一个不变电阻。

无论是在电阻区还是截止区，场效应管的电流控制能力很微弱，这是在应用设计中必须十分注意的问题。在设计模拟信号电路时，一定要使电路工作在场效应管的放大区，避免进入电阻区和截止区。在设计开关电路时，要使电路能很快地在电阻和截止状态之间转换，避免进入放大区。

使用场效应管时，应当注意以下几个问题：

1)为了防止栅极击穿，要求一切测试仪器、电路本身、电烙铁都必须良好接地。焊接时，用小功率烙铁迅速焊接，或拔去电源用余热焊接，并应先焊源极，后焊栅极。

2)mos场效应管输送阻抗较高，故在不使用时，必须将引出线短路，以防感应电势将栅极击穿，jfet则不可短路。

3)要求高输入阻抗的线路，须采取防潮措施，以免使输入阻抗显著降低。

4)mos场效应管栅极有的可加正压或负压，而常用的结型场效应管因是n沟道耗尽型，栅极只能加负压。

5)场效应管的漏极和源极通常制成对称的，除源极和衬底制造时连在一起的管子外，漏极和源极可互换使用。