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  • 【模电学习】单极型晶体管(FET场效应管)

    场效应管(单极型晶体管)——FET(Feild Effect Transistor)

    0、优势

            仅依靠多数载流子导电,体积小、重量轻、寿命长,输入电阻高,热稳定性强、耗电小

                   

    1、结型场效应管 (JFET——Junction FET)

        

             JFET结构如图,简化后的示意图基本上等价于下图所示,在一块N型上制作两个高掺杂的P型区;在N型区引出两个电极漏极d(drain),源极s(source),将两P型区相连并引出,为栅极g(gate)

                   

            阶段1:暂不考虑uDS,只考虑uGS,即d, s短路时,如图(a)所示,使用时将漏极d和源极s相连,二者同电位,成为level1,两P型区相连,视为栅极g,电位为level2,当两点引出的导线相连时,level1 = level2,呈现在PN型间PN结的效果就是PN结相对窄,中间导电沟道相对宽

            阶段2:uGS间加反压,level1 > level2,PN结反偏,沟道变窄,电阻增大

            阶段3:uGS加到uGS(off)时,出现夹断,电流为0

                       

            加入uDS同样的情况参考MOSFET,随着增大出现预夹断,由电阻区变恒流

                         

            注意,JFETuGS需要是反向电压,因为当为正向电压时PN结正偏导通

    2、绝缘栅型场效应管 (IGFET / MOSFET——Insulated Gate FET / Metal-Oxide-Semiconductor FET)

           a/原理解析: MOSFETN沟道和P沟道两类,这两类由都分增强型和耗尽型,下图以N沟道增强型MOSFET为例:

                         

           在低掺杂的P型衬底上扩散两块高掺杂的N型,再在表面铺一层SiO2,将两N型引出,两极分别为源极s(source)和漏极d(drain),同时在SiO2上铺一层金属铝并引出栅极g(gate) 

            MOSFET的作用过程如下:

                

            将MOSFET按如图所示连接,暂先不考虑DS间电位差,当在GS间加一uGS电位差时,由于SiO2的存在,uGS所在的回路无电流,又栅极有铺上的铝金属,正极吸引自由电子(少子)聚集在两N型区域之间,少子与空穴结合出现二者之间的耗尽层称为反型层,电压进一步增大,自由电子进一步聚集,反型层下移,所形成的自由电子区即为N沟道,两N型及其中间区域充满自由电子,具有导电性质(参考金属的导电性),形成沟道,这里注意,源极s与衬底相连,这是为了保持源极与衬底电位一致,以防出现PN结正偏 

            形成的这一沟道的宽度大小取决于电压uGS,当uGS大于开启电压UGS(th)时,沟道开始形成,沟道的宽度还决定了这一沟道的电阻,故这时我们得到了一个电压控制的可变电阻

             

            阶段1:uGS > UGS(th),时,保持uGS不变,在DS间加一电压uDS,此时自由电子被正极相连的漏极d吸引,出现了如图(a)的场景,此时沟道各点电位由0渐渐增大到uDS,沟道各点宽度取决于各点相对于uGS电位差,故出现左宽右窄的梯形,随着uDS的增大,iD增大,呈现伏安特性曲线,即可变电阻区

            阶段2:uDS进一步加大,形成图(b)所示,梯形的右侧呈现极其窄的沟道,将断不断,称之为预夹断,这里不夹断是因为一旦断开,压降消失,沟道再次被打开,故会留一小缝隙,此时的uDS - uGS = UGS(th)

            阶段3:uDS再增大,但此时电流不再增大,因为夹断区延长uDS增大的部分几乎全部用于克服这种变化(理解为夹断区阻值变大,但凡增加一点电压都施加在了夹断区),从外界看电流iD不随uDS变化,处于恒流状态,此时的iD只与uGS相关,起放大作用

             b/分类:MOSFET分类上有:N沟道增强型,N沟道耗尽型,P沟道增强型,P沟道耗尽型;

            N沟道与P沟道:区别在衬底与渗透材料;

            增强型与耗尽型:增强型之所以成为增强时由于在预夹断前为可变电阻区,在达到放大所需的恒流区前需要增大电压,故成为增强型,这也是为什么增强型的图示三端子分别断开,这表明增强型并非一开始就有沟道;耗尽型MOSFET在衬底上的SiO2中加入正离子,使得其中带有较强的正电,沟道不需要加入uGS即可出现,那么uGS为正时扩大沟道,为负时缩小沟道,其他特性类似于增强型,图示上三端子相连

     

    2021/2/17   17:58

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