结型场效应管

出处：按学科分类—工业技术 北京出版社《现代综合机械设计手册下》第2729页（1863字）

结型场效应管利用的是半导体内的电场效应。故也称体内场效应器件。结型场效应管有N沟道结型和P沟道结型两类。图8．3－14所示为N沟道结型场效应管的结构示意图。它是在N型半导体材料两边扩散高浓度的P⁺区，形成两个PN结。两个P型区连接在一起并引出的电极，称为栅极G；在N型半导体材料两端引出的电极，分别称为源极S和漏极D。两个PN结间的N型区域，称为导电沟道。N沟道结型场效应管的代表符号见图b)，其中箭头方向表示栅极正向偏置时栅极电流的实际方向。

图8．3－14 结型场效应管的结构和符号

如果在P型半导体材料的两边分别扩散一N型半导体高浓度的N型区，则可构成P沟道结型场效应管，其代表符号见图c)。

在N沟道结型场效应管漏源极间加正向电压U_DD，则N型半导体中的多数载流子就形成漏极电流i_D，如图8．3－15所示。在一定的漏源电压U_Ds下，漏极电流的大小由沟道电阻决定，而沟道电阻的大小又与沟通的宽度成正比。改变导电沟道的宽度，可以通过改变PN结耗尽层的宽度来实现。为此，在栅源之间加反向电压U_G，通过改变栅源负电压的大小来控制耗尽层的宽度，也就是控制导电沟道的宽度和沟道电阻的大小，便可达到控制漏极电流的目的。这种利用电场控制半导体中电流的效应称为场效应。显然，如果在U_DD和U_G不变的情况下，在栅源电路引入小的交流输入信号u_i，则栅极电流i_D就会随u_I作相应的变化，并在漏极电阻R_D两端得到较大的输出电压，实现电压放大的作用。

图8．3－15 结型场效应管工作原理

栅极电压对P沟道结型场效应管的影响和P沟道结型场效应管的放大原理，均与N沟道结型场效应管相同。但P沟道器件的U_DD和U_G应与N沟道器件的极性相反，相应的漏极电流方向也相反。

结型场效应管的特性曲线如图8．3－16所示。其中图a)为输出特性，它表示栅源电压u_Gs一定时，漏极电流i_D与漏源电压u_Ds之间的关系。输出特性可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区。Ⅰ区和Ⅱ区的分界线是预夹断点的轨迹。在Ⅰ区内，当U_Gs不变时，曲线上升部分基本上是通过原点的一条直线，此时可将结型场效应管看成电阻，故称该区为可变电阻区。在Ⅱ区内，曲线趋于水平，漏极电流基本不变，可以看成是恒流区，是场效应管的放大工作区。如果继续增大U_Ds，超过反向偏置的PN结所能承受的极限电压，这时i_D会突然增大，发生击穿现象而损坏。因此，Ⅲ区称为击穿区。图b)所示是U_Ds=10V时的转移特性，它表示在漏源电压u_Ds恒定时，漏极电流i_D同栅源电压u_Gs间的关系。转移特性可以直接从输出特性求出。改变u_Ds，可得一族转移特性曲线。但实际上，在u_Ds大于一定数值后，不同u_Ds的转移特性曲线很接近，可以认为是重合的一条曲线。通过实验表明，在恒流区内，i_D随u_Gs的增加近似按平方规律上升，即

图8．3－16 结型场效应管的特性

a)输出特性 b)转移特性

结型场效应管的主要参数及其意义如下：

夹断电压U_P——当u_Ds为某一固定值(如10V)，使i_D≈0时，栅源之间所加的电压。

饱和漏电流I_Dss——在u_Gs=0时，当u_Ds＞｜U_P｜时的漏极电流。

最大漏源电压BU_Ds——发生雪崩击穿时i_D开始急剧上升时的u_Ds值。

直流输入电阻R_Gs——在漏源短路的条件下，栅源之间所加电压与栅极电流之比。

低频互导(跨导)g_m——在u_Ds=常数时，漏极电流的微变量和引起这一变化的栅源电压的微变量之比。

最大耗散功率P_DM——场效应管的耗散功率等于u_Ds和i_D的乘积，该乘积应小于或等于P_DM。