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场效应管 参数符号 意义 模拟 电子技术
| 场效应管(英缩写FET)是电压控制器件,它由输入电压来控制输出电流的变化。它具有输入阻抗高噪声低,动态范围大,温度系数低等优点,因而广泛应用于各种电子线路中。供应信息 需求信息 |
场效应管有结型和绝缘栅两种结构,每种结构又有N沟道和P沟道两种导电沟道。 1、结型场效应管(JFET) (1)结构原理 它的结构及符号见图1。在N型硅棒两端引出漏极D和源极S两个电极,又在硅棒的两侧各做一个P区,形成两个PN结。在P区引出电极并连接起来,称为栅极Go这样就构成了N型沟道的场效应管 |
图1、N沟道结构型场效应管的结构及符号 |
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由于PN结中的载流子已经耗尽,故PN基本上是不导电的,形成了所谓耗尽区,从图1中可见,当漏极电源电压ED一定时,如果栅极电压越负,PN结交界面所形成的耗尽区就越厚,则漏、源极之间导电的沟道越窄,漏极电流ID就愈小;反之,如果栅极电压没有那么负,则沟道变宽,ID变大,所以用栅极电压EG可以控制漏极电流ID的变化,就是说,场效应管是电压控制元件。 (2)特性曲线 1)转移特性 图2(a)给出了N沟道结型场效应管的栅压---漏流特性曲线,称为转移特性曲线,它和电子管的动态特性曲线非常相似,当栅极电压VGS=0时的漏源电流。用IDSS表示。VGS变负时,ID逐渐减小。ID接近于零的栅极电压称为夹断电压,用VP表示,在0≥VGS≥VP的区段内,ID与VGS的关系可近似表示为: ID=IDSS(1-|VGS/VP|) 其跨导gm为:gm=(△ID/△VGS)|VDS=常微(微欧)| 式中:△ID------漏极电流增量(微安) ------△VGS-----栅源电压增量(伏) |
图2、结型场效应管特性曲线 |
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2)漏极特性(输出特性) 图2(b)给出了场效应管的漏极特性曲线,它和晶体三极管的输出特性曲线 很相似。 ①可变电阻区(图中I区)在I区里VDS比较小,沟通电阻随栅压VGS而改变,故称为可变电阻区。当栅压一定时,沟通电阻为定值,ID随VDS近似线性增大,当VGS<VP时,漏源极间电阻很大(关断)。IP=0;当VGS=0时,漏源极间电阻很小(导通),ID=IDSS。这一特性使场效应管具有开关作用。 ②恒流区(区中II区)当漏极电压VDS继续增大到VDS>|VP|时,漏极电流,IP达到了饱和值后基本保持不变,这一区称为恒流区或饱和区,在这里,对于不同的VGS漏极特性曲线近似平行线,即ID与VGS成线性关系,故又称线性放大区。 ③击穿区(图中Ⅲ区)如果VDS继续增加,以至超过了PN结所能承受的电压而被击穿,漏极电流ID突然增大,若不加限制措施,管子就会烧坏。 2、绝缘栅场效应管 它是由金属、氧化物和半导体所组成,所以又称为金属---氧化物---半导体场效应管,简称MOS场效应管。 (1)结构原理 它的结构、电极及符号见图3所示,以一块P型薄硅片作为衬底,在它上面扩散两个高杂质的N型区,作为源极S和漏极D。在硅片表覆盖一层绝缘物,然后再用金属铝引出一个电极G(栅极)由于栅极与其它电极绝缘,所以称为绝缘栅场面效应管。 |
图3、N沟道(耗尽型)绝缘栅场效应管结构及符号 |
在制造管子时,通过工艺使绝缘层中出现大量正离子,故在交界面的另一侧能感应出较多的负电荷,这些负电荷把高渗杂质的N区接通,形成了导电沟道,即使在VGS=0时也有较大的漏极电流ID。当栅极电压改变时,沟道内被感应的电荷量也改变,导电沟道的宽窄也随之而变,因而漏极电流ID随着栅极电压的变化而变化。 场效应管的式作方式有两种:当栅压为零时有较大漏极电流的称为耗散型,当栅压为零,漏极电流也为零,必须再加一定的栅压之后才有漏极电流的称为增强型。 (2)特性曲线 1)转移特性(栅压----漏流特性) 图4(a)给出了N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的转移行性曲线,图中Vp为夹断电压(栅源截止电压);IDSS为饱和漏电流。 图4(b)给出了N沟道增强型绝缘栅场效管的转移特性曲线,图中Vr为开启电压,当栅极电压超过VT时,漏极电流才开始显著增加。 2)漏极特性(输出特性) 图5(a)给出了N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的输出特性曲线。 图5(b)为N沟道增强型绝缘栅场效应管的输出特性曲线 。 |
图4、N沟道MOS场效管的转移特性曲线 |
图5、N沟道MOS场效应管的输出特性曲线 |
此外还有N衬底P沟道(见图1)的场效应管,亦分为耗尽型号增强型两种, 各种场效应器件的分类,电压符号和主要伏安特性(转移特性、输出特性) |
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1、夹断电压VP 当VDS为某一固定数值,使IDS等于某一微小电流时,栅极上所加的偏压VGS就是夹断电压VP。 2、饱和漏电流IDSS 在源、栅极短路条件下,漏源间所加的电压大于VP时的漏极电流称为IDSS。 3、击穿电压BVDS 表示漏、源极间所能承受的最大电压,即漏极饱和电流开始上升进入击穿区时对应的VDS。 4、直流输入电阻RGS 在一定的栅源电压下,栅、源之间的直流电阻,这一特性有以流过栅极的电流来表示,结型场效应管的RGS可达1000000000欧而绝缘栅场效应管的RGS可超过10000000000000欧。 5、低频跨导gm 漏极电流的微变量与引起这个变化的栅源电压微数变量之比,称为跨导,即 gm= △ID/△VGS 它是衡量场效应管栅源电压对漏极电流控制能力的一个参数,也是衡量放大作用的重要参数,此参灵敏常以栅源电压变化1伏时,漏极相应变化多少微安(μA/V)或毫安(mA/V)来表示
参数符号意义
Cds---漏-源电容 Cdu---漏-衬底电容 Cgd---栅-源电容 Cgs---漏-源电容 Ciss---栅短路共源输入电容 Coss---栅短路共源输出电容 Crss---栅短路共源反向传输电容 D---占空比(占空系数,外电路参数) di/dt---电流上升率(外电路参数) dv/dt---电压上升率(外电路参数) ID---漏极电流(直流) IDM---漏极脉冲电流 ID(on)---通态漏极电流 IDQ---静态漏极电流(射频功率管) IDS---漏源电流 IDSM---最大漏源电流 IDSS---栅-源短路时,漏极电流 IDS(sat)---沟道饱和电流(漏源饱和电流) IG---栅极电流(直流) IGF---正向栅电流 IGR---反向栅电流 IGDO---源极开路时,截止栅电流 IGSO---漏极开路时,截止栅电流 IGM---栅极脉冲电流 IGP---栅极峰值电流 IF---二极管正向电流 IGSS---漏极短路时截止栅电流 IDSS1---对管第一管漏源饱和电流 IDSS2---对管第二管漏源饱和电流 Iu---衬底电流 Ipr---电流脉冲峰值(外电路参数) gfs---正向跨导 Gp---功率增益 Gps---共源极中和高频功率增益 GpG---共栅极中和高频功率增益 GPD---共漏极中和高频功率增益 ggd---栅漏电导 gds---漏源电导 K---失调电压温度系数 Ku---传输系数 L---负载电感(外电路参数) LD---漏极电感 Ls---源极电感 rDS---漏源电阻 rDS(on)---漏源通态电阻 rDS(of)---漏源断态电阻 rGD---栅漏电阻 rGS---栅源电阻 Rg---栅极外接电阻(外电路参数) RL---负载电阻(外电路参数) R(th)jc---结壳热阻 R(th)ja---结环热阻 PD---漏极耗散功率 PDM---漏极最大允许耗散功率 PIN--输入功率 POUT---输出功率 PPK---脉冲功率峰值(外电路参数) to(on)---开通延迟时间 td(off)---关断延迟时间 ti---上升时间 ton---开通时间 toff---关断时间 tf---下降时间 trr---反向恢复时间 Tj---结温 Tjm---最大允许结温 Ta---环境温度 Tc---管壳温度 Tstg---贮成温度 VDS---漏源电压(直流) VGS---栅源电压(直流) VGSF--正向栅源电压(直流) VGSR---反向栅源电压(直流) VDD---漏极(直流)电源电压(外电路参数) VGG---栅极(直流)电源电压(外电路参数) Vss---源极(直流)电源电压(外电路参数) VGS(th)---开启电压或阀电压 V(BR)DSS---漏源击穿电压 V(BR)GSS---漏源短路时栅源击穿电压 VDS(on)---漏源通态电压 VDS(sat)---漏源饱和电压 VGD---栅漏电压(直流) Vsu---源衬底电压(直流) VDu---漏衬底电压(直流) VGu---栅衬底电压(直流) Zo---驱动源内阻 η---漏极效率(射频功率管) Vn---噪声电压 aID---漏极电流温度系数 ards---漏源电阻温度系数
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