各位同學(xué)們好，萌萌老師再次與大家見面了！
在本期的教學(xué)課堂中，萌萌老師將會為大家著重講解場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)原理、參數(shù)知識以及如何分類，幫助大家更進(jìn)一步的了解電子元器件基礎(chǔ)知識！下面就讓我們開始本次的學(xué)習(xí)吧！
場效應(yīng)管的定義
場效應(yīng)管：場效應(yīng)晶體管，簡稱場效應(yīng)管。由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件。場效應(yīng)管（FET）是利用控制輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件，并以此命名。
場效應(yīng)管
場效應(yīng)管的特點(diǎn)：場效應(yīng)管具有輸入電阻高（107-1015Ω）、噪聲小、功耗低、動(dòng)態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)?/span>等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強(qiáng)大競爭者。
場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)原理
結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和工作原理
N溝道結(jié)型場效應(yīng)三極管的結(jié)構(gòu)如圖所示。
結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖
它是在N型半導(dǎo)體硅片的兩側(cè)各制造一個(gè)PN結(jié)，形成兩個(gè)PN結(jié)夾著一個(gè)N型溝道的結(jié)構(gòu)。兩個(gè)P區(qū)即為柵極，N型硅的一端是漏極，另一端是源極。
結(jié)型場效應(yīng)管的工作原理
以N溝道為例說明其工作原理。
當(dāng)UGS=0時(shí)，在漏、源之間加有一定電壓時(shí)，在漏源間將形成多子的漂移運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生漏極電流。
當(dāng)UGS<0時(shí)，PN結(jié)反偏，形成耗盡層，漏源間的溝道將變窄，ID將減小，UGS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄，ID繼續(xù)減小直至為0。
當(dāng)漏極電流為0時(shí)，所對應(yīng)的柵源電壓UGS稱為夾斷電壓UGS(off)。
絕緣柵場效應(yīng)三極管的工作原理
絕緣柵場效應(yīng)三極管分為：耗盡型→N溝道、P溝道；增強(qiáng)型→N溝道、P溝道
絕緣柵場效應(yīng)三極管示意圖
(1)N溝道耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管
N溝道耗盡型是在柵極下方的SiO2絕緣層中摻入了大量的金屬正離子。
所以當(dāng)UGS=0時(shí)，這些正離子已經(jīng)感應(yīng)出反型層，形成了溝道。于是，只要有漏源電壓，就有漏極電流存在。當(dāng)
UGS>0時(shí)，將使ID進(jìn)一步增加。
當(dāng)UGS<0時(shí)，隨著UGS的減小漏極電流逐漸減小，直至ID=0。對應(yīng)ID=0的UGS稱為夾斷電壓，用符號UGS（off）表示，有時(shí)也用UP表示。
N溝道耗盡型的轉(zhuǎn)移特性曲線如圖所示：
溝道耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)移特性曲線
(2)N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場效應(yīng)管
結(jié)構(gòu)與耗盡型類似。但當(dāng)UGS=0V時(shí)，在D、S之間加上電壓不會在D、S間形成電流。
當(dāng)柵極加有電壓時(shí)，若0UGS（th）時(shí)，形成溝道，將漏極和源極溝通。如果此時(shí)加有漏源電壓，就可以形成漏極電流ID。
在UGS=0V時(shí)ID=0，只有當(dāng)UGS>UGS（th）后才會出現(xiàn)漏極電流，這種MOS管稱為增強(qiáng)型MOS管。
N溝道增強(qiáng)型MOS管的轉(zhuǎn)移特性曲線，如圖所示。
N溝道增強(qiáng)型MOS管的轉(zhuǎn)移特性曲線
(3)P溝道MOS管
P溝道MOS管的工作原理與N溝道MOS管完全相同，只不過導(dǎo)電的載流子不同，供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。
場效應(yīng)管的圖形符號都有哪些呢？
萌萌老師為大家整理了一張圖表：
圖為各種場效應(yīng)管的圖形符號及參數(shù)比較
場效應(yīng)管是如何分類的
場效應(yīng)管分為結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）和絕緣柵場效應(yīng)管（MOS管）兩大類。
按溝道材料型和絕緣柵型各分N溝道和P溝道兩種；
按導(dǎo)電方式：耗盡型與增強(qiáng)型，結(jié)型場效應(yīng)管均為耗盡型，絕緣柵型場效應(yīng)管既有耗盡型的，也有增強(qiáng)型的。
場效應(yīng)晶體管：結(jié)場效應(yīng)晶體管和MOS場效應(yīng)晶體管。其中，MOS場效應(yīng)晶體管又分為N溝耗盡型、增強(qiáng)型、P溝耗盡型和增強(qiáng)型四大類。
結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）
結(jié)型場效應(yīng)管的分類：結(jié)型場效應(yīng)管有兩種結(jié)構(gòu)形式，它們是N溝道結(jié)型場效應(yīng)管和P溝道結(jié)型場效應(yīng)管。
結(jié)型場效應(yīng)管也具有三個(gè)電極，它們是：柵極；漏極；源極。電路符號中柵極的箭頭方向可理解為兩個(gè)PN結(jié)的正向?qū)щ姺较颉?/span>
結(jié)型場效應(yīng)管的工作原理（以N溝道結(jié)型場效應(yīng)管為例）：
N溝道結(jié)構(gòu)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及符號，由于PN結(jié)中的載流子已經(jīng)耗盡，故PN基本上是不導(dǎo)電的，形成了所謂耗盡區(qū)。
當(dāng)漏極電源電壓ED一定時(shí)，如果柵極電壓越負(fù)，PN結(jié)交界面所形成的耗盡區(qū)就越厚，則漏、源極之間導(dǎo)電的溝道越窄，漏極電流ID就愈小。
反之，如果柵極電壓沒有那么負(fù)，則溝道變寬，ID變大，所以用柵極電壓EG可以控制漏極電流ID的變化，就是說，場效應(yīng)管是電壓控制元件。
絕緣柵場效應(yīng)管
絕緣柵場效應(yīng)管（MOS管）的分類：絕緣柵場效應(yīng)管也有兩種結(jié)構(gòu)形式，它們是N溝道型和P溝道型。無論是什么溝道，它們又分為增強(qiáng)型和耗盡型兩種。
由于絕緣柵場效應(yīng)管是由金屬、氧化物和半導(dǎo)體所組成，所以又稱為金屬—氧化物—半導(dǎo)體場效應(yīng)管，簡稱MOS場效應(yīng)管。
絕緣柵型場效應(yīng)管的工作原理(以N溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管為例)：
它利用UGS來控制“感應(yīng)電荷”的多少，以改變由這些“感應(yīng)電荷”形成的導(dǎo)電溝道的狀況，然后達(dá)到控制漏極電流的目的。
在制造管子時(shí)，通過工藝使絕緣層中出現(xiàn)大量正離子，故在交界面的另一側(cè)能感應(yīng)出較多的負(fù)電荷，這些負(fù)電荷把高滲雜質(zhì)的N區(qū)接通，形成了導(dǎo)電溝道，即使在VGS=0時(shí)也有較大的漏極電流ID。
當(dāng)柵極電壓改變時(shí)，溝道內(nèi)被感應(yīng)的電荷量也改變，導(dǎo)電溝道的寬窄也隨之而變，因而漏極電流ID隨著柵極電壓的變化而變化。
場效應(yīng)管的工作方式有兩種：
當(dāng)柵壓為零時(shí)有較大漏極電流的稱為耗盡型；
當(dāng)柵壓為零，漏極電流也為零時(shí)，必須再加一定的柵壓之后才有漏極電流的稱為增強(qiáng)型。
在工作過程中，場效應(yīng)管的主要參數(shù)都有哪些呢？
直流參數(shù)
飽和漏極電流IDSS：當(dāng)柵、源極之間的電壓等于零，而漏、源極之間的電壓大于夾斷電壓時(shí)，對應(yīng)的漏極電流。
夾斷電壓UP：當(dāng)UDS一定時(shí)，使ID減小到一個(gè)微小的電流時(shí)所需的UGS。
開啟電壓UT：當(dāng)UDS一定時(shí)，使ID到達(dá)某一個(gè)數(shù)值時(shí)所需的UGS。
交流參數(shù)
交流參數(shù)可分為輸出電阻和低頻互導(dǎo)2個(gè)參數(shù)，輸出電阻一般在幾十千歐到幾百千歐之間，而低頻互導(dǎo)一般在十分之幾至幾毫西的范圍內(nèi)，特殊的可達(dá)100mS，甚至更高。
低頻跨導(dǎo)gm它是描述柵、源電壓對漏極電流的控制作用。
極間電容場效應(yīng)管三個(gè)電極之間的電容，它的值越小表示管子的性能越好。
極限參數(shù)
①最大漏極電流是指管子正常工作時(shí)漏極電流允許的上限值
②最大耗散功率是指在管子中的功率，受到管子最高工作溫度的限制
③最大漏源電壓是指發(fā)生在雪崩擊穿、漏極電流開始急劇上升時(shí)的電壓
④最大柵源電壓是指柵源間反向電流開始急劇增加時(shí)的電壓值
場效應(yīng)管在使用時(shí)主要關(guān)注的參數(shù)
IDSS—飽和漏源電流
是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管中，柵極電壓UGS=0時(shí)的漏源電流。
UP—夾斷電壓
是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管中，使漏源間剛截止時(shí)的柵極電壓。
UT—開啟電壓
是指增強(qiáng)型絕緣柵場效管中，使漏源間剛導(dǎo)通時(shí)的柵極電壓。
gM—跨導(dǎo)
該參數(shù)表示柵源電壓UGS—對漏極電流ID的控制能力，即漏極電流ID變化量與柵源電壓UGS變化量的比值。
gM是衡量場效應(yīng)管放大能力的重要參數(shù)。
BUDS—漏源擊穿電壓
是指柵源電壓UGS一定時(shí)，場效應(yīng)管正常工作所能承受的最大漏源電壓。
這是一項(xiàng)極限參數(shù)，加在場效應(yīng)管上的工作電壓必須小于BUDS。
PDSM—最大耗散功率
也是一項(xiàng)極限參數(shù)，是指場效應(yīng)管性能不變壞時(shí)所允許的最大漏源耗散功率。
使用時(shí)，場效應(yīng)管實(shí)際功耗應(yīng)小于PDSM并留有一定余量。
IDSM—最大漏源電流
這是是一項(xiàng)極限參數(shù)，是指場效應(yīng)管正常工作時(shí)，漏源間所允許通過的最大電流。場效應(yīng)管的工作電流不應(yīng)超過IDSM。
