淺析絕緣柵增強型場效應(yīng)管溝道類型和工作區(qū)類型的判別

曹燕 冉婷 初廣前

摘? 要：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)是電氣類、自動化類、電子通信類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，在教學(xué)過程中，學(xué)生普遍反映場效應(yīng)管這部分知識比較難學(xué)，根據(jù)多年的教學(xué)積累，筆者歸納總結(jié)了絕緣柵增強型場效應(yīng)管溝道類型和工作區(qū)域的判別規(guī)則。根據(jù)已給的開啟電壓或夾斷電壓，還有柵極、漏極和源極電壓，通過場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線，即可得到判別結(jié)果。實踐證明，該判決規(guī)則行之有效，解決了學(xué)生學(xué)習(xí)中的難題。

關(guān)鍵詞：絕緣柵? 增強型場效應(yīng)管? 溝道類型? 工作區(qū)類型

Abstract： The foundation of analog electronic technology is a professional basic course for electrical， automation， and electronic communication majors. During the teaching process， students generally report that the knowledge of field effect transistors is difficult to learn. Based on years of teaching accumulation， the author summarizes the distinguish rules of the insulation barrier reinforcement field effect transistor for channel type and working area type. According to the given turn-on voltage or pinch-off voltage， as well as the gate， drain and source voltages， through the transfer characteristic curve and output characteristic curve of the field effect transistor， the judgment result can be obtained. Practice has proved that the judgment rule is effective and it solves the problems in students' learning.

Key Words： Insulation gate; Enhanced field effect transistor; Channel type; Work area type

場效應(yīng)管是利用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。由于它僅靠半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子導(dǎo)電，又稱單極型晶體管。場效應(yīng)管不但具備雙極型晶體管體積小、重量輕、壽命長等優(yōu)點，而且輸入回路的內(nèi)阻高，噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強，且比雙極型晶體管耗電省。

場效晶體管按結(jié)構(gòu)的不同可分為結(jié)型場效晶體管和絕緣柵場效晶體管，絕緣柵場效晶體管根據(jù)工作狀態(tài)不同分為增強型與耗盡型兩類，每類又有N溝道和P溝道之分，該文僅討論絕緣柵增強型場效晶體管的溝道類型和工作區(qū)類型的判別。

1? 絕緣柵增強型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及電路符號

絕緣柵增強型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。在圖1（a）中，用一塊雜質(zhì)濃度較低的P型薄硅片作為襯底，其上擴(kuò)散兩個相距很近的高摻雜 型區(qū)，并在硅片表面生成一層薄薄的二氧化硅絕緣層。再在兩個 區(qū)之間的二氧化硅的表面及兩個區(qū)的表面分別安置3個電極：柵極G、源極S和漏極D。

按照類似的方法可以制成P溝道絕緣柵增強型場效應(yīng)管，如圖2所示，它的工作原理與N溝道相似，只是要調(diào)換電源的極性，電流方向也相反。

圖2是絕緣柵增強型場效應(yīng)管N溝道和P溝道電路符號圖，從圖2可以看出，箭頭流向場效應(yīng)管是N溝道，箭頭流出場效應(yīng)管是P溝道[3]。

2? 絕緣柵增強型場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線

圖3描述的是N溝道和P溝道絕緣柵增強型場效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性曲線。轉(zhuǎn)移特性曲線描述當(dāng)漏-源電壓UDS為常量時，漏極電流iD與柵-源源電壓UGS之間的函數(shù)關(guān)系，即iD=f（UGS）∣UDS=常數(shù)。

從圖3可以看出絕緣柵增強型N溝道轉(zhuǎn)移特性曲線在第一象限，曲線與橫軸的交點在橫軸的正半軸，因此開啟電壓大于零，即UGS（on）>0;絕緣柵增強型P溝道轉(zhuǎn)移特性曲線在第三象限，曲線與橫軸的交點在橫軸的負(fù)半軸，因此開啟電壓小于零，即UGS（on）<0。

3? 絕緣柵增強型場效應(yīng)管的輸出特性曲線

場效應(yīng)管輸出特性曲線描述的是：當(dāng)柵-源電壓UGS為常數(shù)時，漏極電流iD與漏-源電壓UDS之間的函數(shù)關(guān)系，即iD=f（UDS）∣UGS=常數(shù)[4]。

對應(yīng)于一個UGS，就有一條曲線，因此，輸出特性為一族曲線。

圖4描述的是N溝道和P溝道絕緣柵增強型場效應(yīng)管輸出特性曲線，從圖4可以看出絕緣柵增強型N溝道轉(zhuǎn)移特性曲線在第一象限，絕緣柵增強型P溝道轉(zhuǎn)移特性曲線在第三象限[5]，UDS<0。

4? 絕緣柵增強型場效應(yīng)管的工作區(qū)（以N溝道絕緣柵增強型場效應(yīng)管為例）

從絕緣柵增強型N溝道場效應(yīng)管的輸出特性曲線可以看出，場效應(yīng)管有3個工作區(qū)域和一個非工作區(qū)域擊穿區(qū)[6]。（1）可變電阻區(qū)（也稱非飽和區(qū)）：輸出特性曲線中靠近縱軸的虛線為予夾斷軌跡，它是各條曲線上預(yù)夾斷電壓點連接而成的平滑曲線。UGS越大，予夾斷時的UDS值也越大。予夾斷軌道的左邊區(qū)域為可變電阻區(qū)，該區(qū)域中的曲線近似為不同斜率的直線，當(dāng)UGS確定時，直線的斜率也唯一地被確定。（2）恒流區(qū)（也稱非飽和區(qū)）：輸出特性曲線中予夾斷軌跡右邊區(qū)域，擊穿區(qū)左邊的區(qū)域為恒流區(qū)，各曲線近似為一族橫軸的平行線。（3）夾斷區(qū)（也稱截止區(qū)）：當(dāng)UGS

5? 絕緣柵增強型場效應(yīng)管溝道類型和工作區(qū)的判別

5.1 絕緣柵增強型場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)的必要條件

從絕緣柵增強型場效應(yīng)管的輸出特性曲線可以看出[7]：N溝道輸出特性曲線在第一象限，因此，UDS>0;P溝道輸出特性曲線在第三象限，因此UDS<0。絕緣柵增強型場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)的必要條件，N溝道：UGS>0，UDS>0;P溝道UGS<0，UDS<0。

5.2 絕緣柵增強型場效應(yīng)管工作狀態(tài)的判別規(guī)則步驟

步驟1：觀察轉(zhuǎn)移特性曲線，根據(jù)夾斷電壓和UDS判斷溝道類型。如果夾斷電壓大于零且UDS>0，則為絕緣柵增強型N溝道;如果夾斷電壓小于零且UDS<0，則為絕緣柵增強型P溝道。

步驟2：觀察轉(zhuǎn)移特性曲線，判斷工作在截止區(qū)或非截至止區(qū)。計算UGS，對于N溝道，如果UGS小于夾斷電壓，則工作在截止區(qū);如果UGS大于夾斷電壓，則工作在非截止區(qū)。對于P溝道，如果UGS大于夾斷電壓，則工作在截止區(qū);如果UGS小于夾斷電壓，則工作在非截止區(qū)。

步驟3：觀察輸出特性曲線，判斷工作在恒流區(qū)或可變電阻區(qū)。計算預(yù)夾斷電壓UGS-UGS（off）和UDS。對于N溝道，如果UDS大于預(yù)夾斷電壓，則工作在恒流區(qū)，否則工作在可變電阻區(qū);對于P溝道，如果UDS大于預(yù)夾斷電壓，則工作在可變電阻區(qū)，否則工作在恒流區(qū)。

步驟4：結(jié)論。

5.3 舉例

6? 結(jié)語

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課是電類專業(yè)學(xué)生一門非常重要的基礎(chǔ)課，它與電路和數(shù)字電子技術(shù)共同構(gòu)成了硬件基礎(chǔ)模塊。學(xué)好模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課，對電子、通信類專業(yè)的學(xué)生是至關(guān)重要的。該文分析了絕緣柵增強型場效應(yīng)管溝道類型和工作區(qū)域的判別，對這部分知識的學(xué)習(xí)起到畫龍點睛的作用。

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