淺析絕緣柵增強型場效應管溝道類型和工作區類型的判別

曹燕 冉婷 初廣前

摘? 要：模擬電子技術基礎是電氣類、自動化類、電子通信類專業的專業基礎課，在教學過程中，學生普遍反映場效應管這部分知識比較難學，根據多年的教學積累，筆者歸納總結了絕緣柵增強型場效應管溝道類型和工作區域的判別規則。根據已給的開啟電壓或夾斷電壓，還有柵極、漏極和源極電壓，通過場效應管的轉移特性曲線和輸出特性曲線，即可得到判別結果。實踐證明，該判決規則行之有效，解決了學生學習中的難題。

關鍵詞：絕緣柵? 增強型場效應管? 溝道類型? 工作區類型

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

場效應管是利用輸入回路的電場效應來控制輸出回路電流的一種半導體器件。由于它僅靠半導體中的多數載流子導電，又稱單極型晶體管。場效應管不但具備雙極型晶體管體積小、重量輕、壽命長等優點，而且輸入回路的內阻高，噪聲低、熱穩定性好、抗輻射能力強，且比雙極型晶體管耗電省。

場效晶體管按結構的不同可分為結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工作狀態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類型的判別。

1? 絕緣柵增強型場效應管的結構及電路符號

絕緣柵增強型場效應管的結構示意圖如圖1所示。在圖1（a）中，用一塊雜質濃度較低的P型薄硅片作為襯底，其上擴散兩個相距很近的高摻雜 型區，并在硅片表面生成一層薄薄的二氧化硅絕緣層。再在兩個 區之間的二氧化硅的表面及兩個區的表面分別安置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管，如圖2所示，它的工作原理與N溝道相似，只是要調換電源的極性，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，箭頭流向場效應管是N溝道，箭頭流出場效應管是P溝道[3]。

2? 絕緣柵增強型場效應管的轉移特性曲線

圖3描述的是N溝道和P溝道絕緣柵增強型場效應管轉移特性曲線。轉移特性曲線描述當漏-源電壓UDS為常量時，漏極電流iD與柵-源源電壓UGS之間的函數關系，即iD=f（UGS）∣UDS=常數。

從圖3可以看出絕緣柵增強型N溝道轉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溝道轉移特性曲線在第三象限，曲線與橫軸的交點在橫軸的負半軸，因此開啟電壓小于零，即UGS（on）<0。

3? 絕緣柵增強型場效應管的輸出特性曲線

場效應管輸出特性曲線描述的是：當柵-源電壓UGS為常數時，漏極電流iD與漏-源電壓UDS之間的函數關系，即iD=f（UDS）∣UGS=常數[4]。

對應于一個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管輸出特性曲線，從圖4可以看出絕緣柵增強型N溝道轉移特性曲線在第一象限，絕緣柵增強型P溝道轉移特性曲線在第三象限[5]，UDS<0。

4? 絕緣柵增強型場效應管的工作區（以N溝道絕緣柵增強型場效應管為例）

從絕緣柵增強型N溝道場效應管的輸出特性曲線可以看出，場效應管有3個工作區域和一個非工作區域擊穿區[6]。（1）可變電阻區（也稱非飽和區）：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域為可變電阻區，該區域中的曲線近似為不同斜率的直線，當UGS確定時，直線的斜率也唯一地被確定。（2）恒流區（也稱非飽和區）：輸出特性曲線中予夾斷軌跡右邊區域，擊穿區左邊的區域為恒流區，各曲線近似為一族橫軸的平行線。（3）夾斷區（也稱截止區）：當UGS

5? 絕緣柵增強型場效應管溝道類型和工作區的判別

5.1 絕緣柵增強型場效應管工作在恒流區的必要條件

從絕緣柵增強型場效應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管工作在恒流區的必要條件，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管工作狀態的判別規則步驟

步驟1：觀察轉移特性曲線，根據夾斷電壓和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：觀察轉移特性曲線，判斷工作在截止區或非截至止區。計算UGS，對于N溝道，如果UGS小于夾斷電壓，則工作在截止區;如果UGS大于夾斷電壓，則工作在非截止區。對于P溝道，如果UGS大于夾斷電壓，則工作在截止區;如果UGS小于夾斷電壓，則工作在非截止區。

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

步驟4：結論。

5.3 舉例

6? 結語

模擬電子技術基礎課是電類專業學生一門非常重要的基礎課，它與電路和數字電子技術共同構成了硬件基礎模塊。學好模擬電子技術基礎課，對電子、通信類專業的學生是至關重要的。該文分析了絕緣柵增強型場效應管溝道類型和工作區域的判別，對這部分知識的學習起到畫龍點睛的作用。

參考文獻

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