结型场效应管的特性曲线

场效应管原理场效应管是只有一种载流子参与导电的半导体器件，是一种用输入电压控制输出电流的半导体器件。

有N沟道器件和P沟道器件。

有结型场效应三极管JFET(Junction Field Effect Transister)和绝缘栅型场效应三极管IGFET( Insulated Gate Field Effect Transister) 之分。

IGFET也称金属-氧化物-半导体三极管MOSFET （Metal Oxide Semiconductor FET）。

1.1 1.1.1MOS场效应管MOS场效应管有增强型（Enhancement MOS 或EMOS）和耗尽型(Depletion)MOS或DMOS）两大类，每一类有N沟道和P沟道两种导电类型。

场效应管有三个电极：D(Drain) 称为漏极，相当双极型三极管的集电极；G(Gate) 称为栅极，相当于双极型三极管的基极；S(Source) 称为源极，相当于双极型三极管的发射极。

增强型MOS(EMOS)场效应管一、工作原理1．沟道形成原理当VGS=0 V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。

当栅极加有电压时，若0＜VGS＜VGS(th)时，通过栅极和衬底间的电容作用，将靠近栅极下方的P型半导体中的空穴向下方排斥，出现了一薄层负离子的耗尽层。

耗尽层中的少子将向表层运动，但数量有限，不足以形成沟道，所以仍然不足以形成漏极电流ID。

进一步增加VGS，当VGS＞VGS(th)时（VGS(th) 称为开启电压），由于此时的栅极电压已经比较强，在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，可以形成沟道，将漏极和源极沟通。

如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流ID。

在栅极下方形成的导电沟1线性电子电路教案道中的电子，因与P型半导体的载流子空穴极性相反，故称为反型层（inversion layer）。

随着VGS的继续增加，ID将不断增加。

电力场效应管电力场效应管 又名电力场效应晶体管分为结型和绝缘栅型通常主要指绝缘栅型中的 MOS 型（Metal Oxide 结型电力场效应晶体管一般称作静电感应晶体管（ 特点 ——用栅极电压来控制漏极电流 驱动电路简单，需要的驱动功率小。

开关速度快，工作频率高。

热稳定性优于 GTR 。

电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过 电力MOSFE 的种类按导电沟道可分为 P 沟道和N 沟道。

耗尽型——当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道。

增强型一一对于N （ P ）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道。

电力MOSFE 主要是N 沟道增强型。

电力MOSFE 的结构小功率MOS 管是横向导电器件。

电力MOSFE 大都采用垂直导电结构，又称为 VMOSFETVertical MOSFET ）。

按垂直导电结构的差异，分为利用 V 型槽实现垂直导电的 VVMOSFE 和具有垂直导电双扩散 MOS 结构的VDMOSFE （TVertical Double-diffused MOSFET）。

这里主要以VDMO 器件为例进行讨论。

电力MOSFET 勺工作原理（N 沟道增强型 VDMOS 截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零P 基区与N 漂移区之间形成的PN 结J1反偏，漏源极之间无电流流过 导电：在栅源极间加正电压 UGSSemiconductor FET ,简称电力 MOSFETPower MOSFEJT Static Induction Transistor —— SIT ）。

10kW 的电力电子装置当UGS大于UT时，P型半导体反型成 N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电。

电力MOSFET勺基本特性(1)静态特性漏极电流ID和栅源间电压UGS的关系称为MOSFET^转移特性。

ID较大时，ID与UGS的关系近似线性，曲线的斜率定义为跨导Gfs。

(2)MOSFET的漏极伏安特性(即输出特性)：截止区(对应于GTR的截止区)饱和区(对应于GTR的放大区)非饱和区(对应 GTR的饱和区)工作在开关状态，即在截止区和非饱和区之间来回转换。

结型场效应管如图XX_01(a)所示，在一块N型半导体材料的两边各扩散一个高杂质浓度的P型区（用P+表示），就形成两个不对称的P+N结。

把两个P+区并联在一起，引出一个电极，称为栅极（g），在N型半导体的两端各引出一个电极，分别称为源极（s）和漏极（d）。

它们分别与三极管的基极（b）、发射极（e）和集电极（c）相对应。

夹在两个P+N结中间的N区是电流的通道，称为导电沟道（简称沟道）。

这种结构的管子称为N沟道结型场效应管，它在电路中用图XX_01(b)所示的符号表示，栅极上的箭头表示栅、源极间P+N结正向偏置时，栅极电流的方向（由P区指向N区）。

实际的JFET结构和制造工艺比上述复杂。

N沟道JFET的剖面图如图XX_01(c)所示。

图中衬底和中间顶部都是P+型半导体，它们连接在一起（图中未画出）作为栅极g。

分别与源极s和漏极d相连的N+区，是通过光刻和扩散等工艺来完成的隐埋层，其作用是为源极s、漏极d提供低阻通路。

三个电极s、g、d分别由不同的铝接触层引出。

如果在一块P 型半导体的两边各扩散一个高杂质浓度的N +区，就可以制成一个P 沟道的结型场效应管。

图XX_02给出了这种管子的结构示意图和它在电路中的代表符号。

由结型场效应管代表符号中栅极上的箭头方向，可以确认沟道的类型。

N 沟道和P 沟道结型场效应管的工作原理完全相同，现以N 沟道结型场效应管为例，分析其工作原理。

N 沟道结型场效应管工作时，也需要外加如图XX_01所示的偏置电压，即在栅极与源极间加一负电压(v GS ＜0)，使栅、源极间的P +N 结反偏，栅极电流i G ≈0，场效应管呈现很高的输入电阻(高达108 左右)。

在漏极与源极间加一正电压(v DS ＞0)，使N 沟道中的多数载流子电子在电场作用下由源极向漏极作漂移运动，形成漏极电流i D 。

i D 的大小主要受栅源电压v GS 控制，同时也受漏源电压v DS 的影响。

因此，讨论场效应管的工作原理就是讨论栅源电压v GS 对漏极电流i D （或沟道电阻）的控制作用，以及漏源电压v DS 对漏极电流i D 的影响1．v GS 对i D 的控制作用图XX_02所示电路说明了v GS 对沟道电阻的控制作用。

(a)(b)(c)图XX_01如图XX_01(a)所示，在一块N型半导体材料的两边各扩散一个高杂质浓度的P型区（用P+表示），就形成两个不对称的P+N结。

把两个P+区并联在一起，引出一个电极，称为栅极（g），在N型半导体的两端各引出一个电极，分别称为源极（s）和漏极（d）。

它们分别与三极管的基极（b）、发射极（e）和集电极（c）相对应。

夹在两个P+N结中间的N区是电流的通道，称为导电沟道（简称沟道）。

这种结构的管子称为N沟道结型场效应管，它在电路中用图XX_01(b)所示的符号表示，栅极上的箭头表示栅、源极间P+N结正向偏置时，栅极电流的方向（由P区指向N区）。

实际的JFET结构和制造工艺比上述复杂。

N沟道JFET的剖面图如图XX_01(c)所示。

图中衬底和中间顶部都是P+型半导体，它们连接在一起（图中未画出）作为栅极g。

分别与源极s和漏极d相连的N+区，是通过光刻和扩散等工艺来完成的隐埋层，其作用是为源极s、漏极d提供低阻通路。

三个电极s、g、d分别由不同的铝接触层引出。

图XX_02(a)(b)如果在一块P型半导体的两边各扩散一个高杂质浓度的N+区，就可以制成一个P沟道的结型场效应管。

图XX_02给出了这种管子的结构示意图和它在电路中的代表符号。

由结型场效应管代表符号中栅极上的箭头方向，可以确认沟道的类型。

N沟道和P沟道结型场效应管的工作原理完全相同，现以N沟道结型场效应管为例，分析其工作原理。

图XX_01N沟道结型场效应管工作时，也需要外加如图XX_01所示的偏置电压，即在栅极与源极间加一负电压(v GS＜0)，使栅、源极间的P+N结反偏，栅极电流i G≈0，场效应管呈现很高的输入电阻(高达108 左右)。

在漏极与源极间加一正电压(v DS＞0)，使N沟道中的多数载流子电子在电场作用下由源极向漏极作漂移运动，形成漏极电流i D。

i D的大小主要受栅源电压v GS控制，同时也受漏源电压v DS的影响。

用晶体管特性图示仪测试晶体管主要参数一．实验目的掌握晶体管特性图示仪测试晶体管的特性和参数的方法。

二．实验设备（1）XJ4810晶体管特性图示仪（2）QT 2晶体管图示仪（3）3DG6A 3DJ7B 3DG4三．实验原理1．双极型晶体（以3DG4NPN 管为例）输入特性和输出特性的测试原理（1）输入特性曲线和输入电阻i R ，在共射晶体管电路中，输出交流短路时，输入电压和输入电流之比为i R ，即＝常数CE V B BEi I V R ∂∂= （1.1）它是共射晶体管输入特性曲线斜率的倒数。

例如需测3DG 4在V CE ＝10时某一作点Q 的R 值，晶体管接法如图1.1所示。

各旋扭位置为峰值电压%80% 峰值电压范围0～10V 功耗电阻50Ω X 轴作用基极电压1V/度 Y 轴作用 阶梯选择μ20A/极 级/簇10 串联电阻10K 集电极极性 正（+）把X 轴集电极电压置于1V/度，调峰值电压为10V ，然后X 轴作用扳回基极电压0.1V/度，即得CE V ＝10V 时的输入特性曲线。

这样可测得图1.2：V CE V B BEi I V R 10=∆∆= （1.2）根据测得的值计算出i R 的值图1.1晶体管接法 图1.2输入特性曲线 （2）输出特性曲线、转移特性曲线和β、FE h在共射电路中，输出交流短路时，输出电流和输入电流增量之比为共射晶体管交流电流放大系数β。

在共射电路中，输出端短路时，输出电流和输入电流之比为共射晶体管直流电流放大系数FE h 。

晶体管接法如图1.1所示。

旋扭位置如下：峰值电压范围10V 峰值电压%80% 功耗电阻250Ω X 轴集电极电压1V/度 Y 轴集电极电流2mA/度 阶梯选择μ20A/度 集电极极性 正（+）得到图1.3所示共射晶体管输出特性曲线，由输出特性曲线上读出V V CE 5=时第2、4、6三根曲线对应的C I ，B I 计算出交流放大系数BC I I ∆∆=β （1.3） FE h >β主要是因为基区表面复合等原因导致小电流β较小造成的，β、FE h 也可用共射晶体管的转移特性（图1.4）进行测量只要将上述的X 轴作用开关拨到“基极电流或基极源电压”即得到共射晶体管的转移特性。

结型场效应管场效应管场效应管（FjeldEffect Transistor简称FET ）是利用电场效应来控制半导体中电流的一种半导体器件，故因此而得名。

场效应管是一种电压控制器件，只依靠一种载流子参与导电，故又称为单极型晶体管。

与双极型晶体三极管相比，它具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、功耗小、制造工艺简单和便于集成化等优点。

场效应管有两大类，结型场效应管JFET和绝缘栅型场效应管IGFET，后者性能更为优越，发展迅速，应用广泛。

图Z0121 为场效应管的类型及图形、符号。

一、结构与分类图Z0122为N沟道结型场效应管结构示意图和它的图形、符号。

它是在同一块N型硅片的两侧分别制作掺杂浓度较高的P型区（用P+表示），形成两个对称的PN结，将两个P区的引出线连在一起作为一个电极，称为栅极（g），在N型硅片两端各引出一个电极，分别称为源极（s）和漏极（d）。

在形成PN结过程中，由于P+区是重掺杂区，所以N一区侧的空间电荷层宽度远大二、工作原理N沟道和P沟道结型场效应管的工作原理完全相同，只是偏置电压的极性和载流子的类型不同而已。

下面以N沟道结型场效应管为例来分析其工作原理。

电路如图Z0123所示。

由于栅源间加反向电压，所以两侧PN结均处于反向偏置，栅源电流几乎为零。

漏源之间加正向电压使N型半导体中的多数载流子-电子由源极出发，经过沟道到达漏极形成漏极电流I D。

1．栅源电压U GS对导电沟道的影响（设U DS＝0）在图Z0123所示电路中，U GS＜0，两个PN结处于反向偏置，耗尽层有一定宽度，I D=0。

若|U GS| 增大，耗尽层变宽，沟道被压缩，截面积减小，沟道电阻增大；若|U GS| 减小，耗尽层变窄，沟道变宽，电阻减小。

这表明U GS控制着漏源之间的导电沟道。

当U GS负值增加到某一数值V P时，两边耗尽层合拢，整个沟道被耗尽层完全夹断。

（V P称为夹断电压）此时，漏源之间的电阻趋于无穷大。