場效應管是一種電壓控制型半導體器件。這種器件具有輸入電阻高(10MΩ以上)、噪聲低、熱穩定好、抗輻射能力強等優點，在近代微電子學中得到了廣泛應用。場效應管分為結型場效應管和絕緣柵場效應管兩大類，其中絕緣柵場效應管應用更廣泛。本節只介紹絕緣柵場效應管。

一、絕緣柵場效應管分類

絕緣柵場效應管是一種金屬—氧化物—半導體結構的場效應管(MOSFET)，簡稱MOS管。

絕緣柵場效應管根據導電溝道的類型分為N溝道(N型半導體)和P溝道(P型半導體)兩類，根據有無原始溝道又分為增強型和耗盡型。各種絕緣柵場效應管的符號如圖1-15所示。由圖可以看出，外部有三個電極，分別為柵極G、源極S和漏極D，絕緣柵場效應管，底襯B在內部已與源極S相連，柵極與源極和漏極是絕緣的，與源極和漏極之間的溝道也是絕緣的。因此，它的輸入電阻(柵極與源極之間)高達10 9 Ω以上。

二、絕緣柵場效應管的特性曲線

增強型NMOS管的典型特性曲線如圖1-16所示。

1.轉移特性曲線

絕緣柵場效應管沒有柵極電流，所以沒有輸入特性曲線。轉移特性曲線是指在一定的U DS 下，U GS 對I D 的控制特性。轉移特性如圖1-16(a)所示，當U GS 逐漸增大到剛剛有I D (形成導電溝道)時，所對應值稱為開啟電壓，用U T 表示，隨著U GS 的增大，I D 也隨之增大。由此可見，場效應管是通過柵—源極電壓的變化來控制漏極電流的變化，這就是場效應管放大作用的實質——電壓控制電流源。

2.輸出特性曲線

輸出特性是指在U GS 一定時，I D 與U DS 之間的關系，如圖1-16(b)所示，由圖可以看出，特性曲線可分為三個區域：

1)可變電阻區

在靠近I D 軸(即當U DS 較小時)時，當U GS 增大時，曲線呈上升趨勢，管子的漏—源極之間可等效為一個電阻，此電阻的大小隨U GS 而變，故稱為可變電阻區。

2)恒流區

隨著U DS 增大，曲線趨于平坦，I D 不再隨U DS 的增大而增大，故稱為恒流區。此時I D 的大小只受U GS 控制，這正體現了場效應管電壓控制電流的作用。

3)截止區(夾斷區)

當U GS <U T 時，I D ≈0，漏—源極之間等效電阻極大(導電溝道被夾斷)，稱為截止區。

三、場效應管的主要參數

1.開啟電壓U T 、夾斷電壓U P

在U DS 為一定的條件下，剛剛形成一個微弱電流I D (形成導電溝道)時，柵—源極之間所加電壓稱為開啟電壓U T 。對于耗盡型MOS管，在U DS 為一定的條件下，剛剛使I D 降到0(使原始導電溝道夾斷)時，柵—源極之間所加電壓稱為夾斷電壓U P 。

2.低頻跨導g m

在U DS 一定時，漏極電流I D 與柵源電壓U GS 的變化量之比定義為跨導，即

(1-6)

g m 是表征場效應管放大能力的重要參數(相當于BJT的電流放大系數β)，g m 的大小與管子工作點的位置有關。

3.直流輸入電阻R GS

柵—源極之間的電壓與柵極電流之比定義為直流輸入電阻R GS 。絕緣柵場效應管的R GS 可達10 9 Ω以上。

4.柵源擊穿電壓U (BR)GS

對于絕緣柵場效應管，U (BR)GS 是使二氧化硅絕緣層擊穿的電壓，擊穿會造成管子損壞。

四、場效應管的主要特點

(1)場效應管是一種電壓控制器件，柵極幾乎不取電流，所以其直流輸入電阻和交流輸入電阻極高。

(2)場效應管是單極型器件，即只由一種半導體(如N溝道是N型半導體)導電，而不是利用PN結的偏置來控制電流的，不易受溫度和輻射的影響。

第四節　晶閘管簡介

一、晶閘管的分類

晶閘管(又叫可控硅)的種類很多，按其特性分類，有單向(直流)晶閘管、雙向(交流)晶閘管、光控晶閘管等；按電流容量分類，有大功率(大于50A)、中功率(5～50A)和小功率(小于5A)晶閘管。

二、單向(直流)晶閘管

單向晶閘管的符號如圖1-17所示。它有三個電極：陽極A，陰極K，門極(也稱控制極)G。

單向晶閘管也具有單向導電性能，但導通必須同時具備兩個條件：陽極和陰極間加正向電壓；控制極加上一定幅度的正觸發脈沖電壓。

單向晶閘管導通后U AK 很小(小功率的單向晶閘管為1V左右)，控制極失去作用，只有當電壓U AK 反向時，單向晶閘管關斷(阻斷、截止)。

[例1-1] 分析圖1-18所示的單向晶閘管應用電路，已知輸入u i 波形和觸發信號u g 的波形，試畫出輸出u o 波形。

解：分三種情況討論：

當u i 為正半周、但無觸發信號時，單向晶閘管關斷，沒有電流通過R，u o =0。

當u i 為正半周、且有觸發信號時，單向晶閘管導通，其壓降很小，u o ≈u i 。

當u i 為過零變為負半周時，單向晶閘管關斷，觸發信號不起作用，u o =0。

由以上分析可畫出對應輸入u i 波形和觸發信號u g 的波形及輸出u o 波形。

三、雙向晶閘管

雙向晶閘管的符號如圖1-19所示。它也有三個電極：第一陽極T 1 ，第二陽極T 2 ，門極(也稱控制極)G，T 1 、T 2 也統稱為主電極。

雙向晶閘管可以雙向導通，但導通必須同時具備兩個條件：

陽極和陰極間加有電壓(正向或反向電壓)；控制極對T 1 加上一定幅度的觸發脈沖電壓，極性可正可負。

雙向晶閘管導通后管壓降(T 1 、T 2 之間壓降)很小，控制極失去作用，只有當主電極(T 1 、T 2 )之間的電壓減小到零并反向時，雙向晶閘管才關斷(阻斷、截止)。

[例1-2] 分析圖1-20所示的雙向晶閘管應用電路，已知輸入u i 波形和觸發信號u g 的波形，試畫出輸出u o 波形。

解：u i 不論是正半周還是負半周，只要有觸發信號，雙向晶閘管就導通，u o ≈u i 。

當u i 為由正半周變為負半周或由負半周變為正半周時，雙向晶閘管關斷，u o =0。

由以上分析可畫出對應輸入u i 波形和觸發信號u g 的波形，以及輸出u o 波形。