4场效应管解析
场效应管的工作原理详解
场效应管工作原理
MOS场效应管电源开关电路。
这是该装置的核心，在介绍该部分工作原理之前，先简单解释一下MOS 场效应管的工作原理。
MOS 场效应管也被称为MOS FET，既Metal Oxide Semiconductor Field Effect
Transistor（金属氧化物半导体场效应管）的缩写。它一般有耗尽型和增强型两种。本文使用的为增强型MOS
场效应管，其内部结构见图5。它可分为NPN型PNP型。NPN型通常称为N沟道型，PNP型也叫P沟道型。由图可看出，对于N沟道的场效应管其源极和漏极接在N型半导体上，同样对于P沟道的场效应管其源极和漏极则接在P型半导体上。我们知道一般三极管是由输入的电流控制输出的电流。但对于场效应管，其输出电流是由输入的电压（或称电场）控制，可以认为输入电流极小或没有输入电流，这使得该器件有很高的输入阻抗，同时这也是我们称之为场效应管的原因。
为解释MOS
场效应管的工作原理，我们先了解一下仅含有一个P—N结的二极管的工作过程。如图6所示，我们知道在二极管加上正向电压（P端接正极，N端接负极）时，二极管导通，其PN结有电流通过。这是因为在P型半导体端为正电压时，N型半导体内的负电子被吸引而涌向加有正电压的P型半导体端，而P 型半导体端内的正电子则朝N型半导体端运动，从而形成导通电流。同理，当二极管加上反向电压（P端接负极，N端接正极）时，这时在P型半导体端为负电压，正电子被聚集在P型半导体端，负电子则聚集在N型半导体端，电子不移动，其PN结没有电流通过，二极管截止。
场效应管的基础知识
场效应管的基础知识：
场效应管（Field Effect Transistor，FET）是一种利用电场效应来控制半导体器件中的电流流动的半导体器件。以下是场效应管的基础知识：
1.工作原理：场效应管利用电场效应原理，通过控制栅极电压来控制源极和漏极之间
的电流。当栅极电压为零时，源极和漏极之间没有电流。当栅极电压不为零时，电场效应使得半导体内的电子聚集在沟道的一侧，形成导电沟道，从而使得源极和漏极之间有电流流动。
2.结构：场效应管的结构包括源极（Source）、漏极（Drain）、栅极（Gate）三个电
极。源极和漏极之间是半导体材料，称为沟道。栅极位于源极和漏极之间，通过控制栅极电压来控制沟道的通断。
3.类型：场效应管有N沟道和P沟道两种类型。N沟道场效应管的源极和漏极之间是
N型半导体，P沟道场效应管的源极和漏极之间是P型半导体。
4.特性曲线：场效应管的特性曲线包括转移特性曲线和输出特性曲线。转移特性曲线
表示栅极电压对漏极电流的影响，输出特性曲线表示漏极电流与漏极电压之间的关系。
5.应用：场效应管广泛应用于电子设备中，如放大器、振荡器、开关等。由于场效应
管具有体积小、重量轻、寿命长等优点，因此在便携式设备、移动通信等领域得到广泛应用。
场效应管的原理和基础知识
场效应管的原理和基础知识
基本概念
场效应管是⼀种受电场控制地半导体器件(普通三极管地⼯作是受电流控制地器件).场效应管应具有⾼输⼊阻抗,较好地热稳定性、抗辐射性和较低地噪声.对夹断电压适中地场效应管,可以找到⼀个⼏乎不受温度影响地零温度系数⼯作点,利⽤这⼀特性,可使电路地温度稳定性达到最佳状态.电⼦电路中常⽤场效应管作放⼤电路地缓冲级、模拟开关和恒流源电路.
场效应管按结构可分为结型场效应管(缩写为)和绝缘栅场效应管(缩写为),从导电⽅式看,场效应管分为型沟道型与型沟道型.绝缘栅型场效应管有增强型和耗尽型两种,⽽只有耗尽型.
⼀、基本结构
场效应管是利⽤改变电场来控制半导体材料地导电特性,不是像三极管那样⽤电流控制结地电流.因此,场效应管可以⼯作在极⾼地频率和较⼤地功率.此外,场效应管地制作⼯艺简单,是集成电路地基本单元.
场效应管有结型和绝缘栅型两种主要类型.每种类型地场效应管都有栅极、源极和漏极三个⼯作电极,同时,每种类型地场效应管都有沟道和沟道两种导电结构.
绝缘栅型场效应管⼜叫做管.根据在外加电压时是否存在导电沟道,绝缘栅场效应管⼜可分为上增强型和耗尽型.增强型管在外加电压时不存在导电沟道,⽽耗尽型地氧化绝缘层中加⼊了⼤量地正离⼦,即使在时也存在导电沟道.
沟道绝缘栅型
为栅极为源极为漏极衬底
结型场效应管地结构与绝缘栅场效应管地结构基本相同,主要地区别在于栅极与通道半导体之间没有绝缘.
沟道和沟道结型
从场效应管地基本结构可以看出,⽆论是绝缘栅型还是结型,场效应管都是两个背靠背地结.电流通路不是由结形成地,⽽是依靠漏极和源极之间半导体地导电状态来决定地.
场效应晶体管
主要内容
1. 场效应管的结构、符号与工作原理
2. 场效应管的工作状态和特性曲线
3. 场效应管的基本特性
4. 场效应管的电路模型
5-4场效应晶体管
场效应晶体管概述
场效应管，简称FET(Field Effect Transistor)，主要特点：
(a)输入电阻高，可达107~1015 。
(b)起导电作用的是多数（一种）载流子，又称为单极
型晶体管。
(c)体积小、重量轻、耗电省。
(d)噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺
简单。
(e)在大规模集成电路制造中得到了广泛的应用。
场效应管按结构可分为：结型场效应管（JFET ）和绝缘栅型场效应管(MOSFET )；按工作原理可分为增强型和耗尽型。
场效应管的类型
N 沟道P 沟道增强型耗尽型N 沟道P 沟道N 沟道
P 沟道
（耗尽型）FET
场效应管JFET 结型
MOSFET
绝缘栅型(IGFET)
场效应管的电路符号
MOSFET 符号
增强型
耗尽型
G
S D S
G D P 沟道G S D
N 沟道G
S D U GS =0时，没有漏极电流，U GS =0时，有漏极电流，U GS 高电平导通U GS 低电平导通需要加负的夹断电压U GS(off)才能关闭，高于夹断电压U GS(off)则导通
而只在U GS >0时，能导通，低于开启电压U GS(th)截止
5-4-1 场效应管结构、符号与工作原理
1.场效应管基本结构
图5-2-22沟道绝缘栅型场效应管的基本结构与电路符号图N 沟道绝缘栅型场效应管的
基本结构与电路符号沟道绝缘栅型场效应管的基本结构与电路符号场效应管与三极管的三个电极的对应关系：
电子器件_场效应晶体管(4)
gm
∂I D = ∂VG
Fig.6-28
1 2 I D = k N [(VG − VT )VD − VD ] 2
gm depending on VD
∂I D gm = ≈ kNVD ∂VG VD (sat.) ≈ VG −VT 1 2 I D (sat.) ≈ kN (VG −VT ) 2 ∂I D (sat.) gm (sat.) = ≈ kN (VG −VT ) ∂VG
larger degradation of mobility.
Effect of Transverse electric field
1 1 ξeff = Qd + Qn (electrons / n − channel) 2 εs 1 1 ξeff = Qd + Qn (holes / p − channel) εs 3 µ n ZCi 1 2 ID = (VG − VT )VD − 2 VD L{1 + θ (VG − VT )}
6.5.3 Mobility model
Additional scattering mechanisms for carriers in the channel: •Coulombic interaction with carriers in the fixed charge roughness
电路课件第4章半导体二极管、三极管和场效应管
场效应管具有输入阻抗高、噪声低、动态范围大等特性，使其在模拟电路和数字 电路中都有广泛的应用。
场效应管的应用
01
02
03
放大器
场效应管可作为放大器使 用，用于放大微弱信号。
开关电路
由于场效应管具有开关特 性，因此可用于开关电路 中实现高速切换。
集成电路
在现代集成电路中，场效 应管已成为主要的元件之 一，用于实现各种逻辑功 能和信号处理。
下章预告
集成运算放大器
介绍集成运算放大器的原理、分类和应用，以及如何分析其 基本电路。
反馈及其对放大器性能的影响
深入探讨反馈的原理、分类以及其对放大器性能的影响，并 介绍如何利用反馈改善放大器的性能。
THANKS
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Part
05
总结与展望
本章重点回顾
半导体二极管
介绍了半导体二极管的基 本结构、工作原理和特性， 包括整流、检波、开关等 应用。
三极管
深入探讨了三极管的结构、 电流放大原理以及三种组 态（共射、共基和共集电 极）的工作特点。
场效应管
介绍了场效应管的原理、 分类（NMOS、PMOS） 以及工作特性，并讨论了 其在实际电路中的应用。
电路课件第4章 半导体二 极管、三极管和场效应管
• 半导体基础 • 二极管 • 三极管 • 场效应管 • 总结与展望
4场效应管
V
受控性表现在： △ iD /△ uGS = gm 即： △ iD = gm △ uGS 2 （放大原理） P
基本上不受输出电压vDS影响。 V DS V GS V P 用途:可做放大器和恒流源。 IDSS 条件:(1)源端沟道未夹断
vGSQ 2 I DSS 1 V P gm VP 2 I DSS gm VP I DQ I DSS
VP VP
vGS 0
vGS 0
结型场效应管的特性小结
N 沟 道 耗 尽 型
结 型 场 效 P 应 沟 管 道
耗 尽 型
自测：P165 复习思考题
N+
g
-d
二氧化硅
N+
P 衬底
②当 0＜VGS＜VT (开启电压)时，
b
通过栅极和衬底间的电容作用，将栅极下方P型衬底 表层的空穴向下排斥，同时，使两个N区和衬底中的 自由电子吸向衬底表层，并与空穴复合而消失，结 果在衬底表面形成一薄层负离子的耗尽层。漏源间仍 无载流子的通道。管子仍不能导通，处于截止状态。
Kn为电导常数，单位：mA/V2
3. V-I 特性曲线及大信号特性方程 （1）输出特性及大信号特性方程 ③ 饱和区
（恒流区又称放大区）
场效应管的原理和判断
场效应管的原理和判断
场效应管是一种电子元件，是半导体器件中重要的一种。它是一种控制电流的晶体管，通过改变栅极电压来控制源极电流的开关型半导体器件。
场效应管的原理主要涉及PN结和栅结构。场效应管包含三个电极：栅极、汇极和源极。源极和汇极之间是一个狭窄的空间，被称为沟道。栅极比源极与汇极之间的涉及PN结构，这个结构使得沟道的电阻可控。当栅极电压为零或负偏时，PN结处的电荷不会形成导电通道，沟道被隔断，源极电流无法通过。当栅极电压为正偏时，PN结处的电荷形成导电通道，源极电流可经过沟道流入汇极，这样栅极电压的改变即可控制源极电流。
场效应管常见的类型有两种：N沟道型和P沟道型。N沟道型场效应管的沟道中的导电载流子是负电荷，所以需要由正电压的栅极去改变沟道的电阻，即使沟道通导。P沟道型场效应管则是相反的，沟道中的导电载流子是正电荷，所以需要由负电压的栅极去改变沟道的电阻。
根据场效应管的原理，可以简单判断场效应管是否正常工作。首先，可以通过测量栅极电压和源极电流来了解场效应管的工作状态。当栅极电压与源极电流之间存在线性关系时，即栅极电压增加或减少，源极电流也相应增加或减少，说明场效应管正常工作。反之，当栅极电压变化时，源极电流没有明显变化，说明场效应管可能存在故障。
此外，还可以通过测量栅极和源极的电阻来判断场效应管是否正常工作。正常工作的场效应管，在断开栅极电源的情况下，栅极与源极之间应该呈现一个很高的电阻，即无导通状态。当给栅极施加正电压后，栅极与源极之间的电阻应该降低，即出现导通状态。如果测量时发现栅极和源极之间的电阻始终很低，或者在给栅极施加电压后电阻没有明显变化，说明场效应管可能存在故障。
第3章：场效应管详解
D
A P
若VDS 继续→A点左移→出现夹断区
此时
VAS =VAG +VGS =-VLeabharlann BaiduS(th) +VGS （恒定）
若忽略沟道长度调制效应，则近似认为l 不变（即Ron不变）。
因此预夹断后： VDS →ID 基本维持不变。
若考虑沟道长度调制效应
则VDS →沟道长度l →沟道电阻Ron略。
VDS很小时 → VGD VGS 。此时W近似不变，即Ron不变。
因此 此时 VDS→ID线性 。 Ron →ID 变慢。 若VDS →则VGD →近漏端沟道 → Ron增大。
U
当VDS增加到使VGD =VGS(th)时 → A点出现预夹断 VDS VDS + + VGS VGS D + G + G S S U P+ N+ A P N+ P+ N+ N+
伏安特性
由于MOS管栅极电流 为零，故不讨论输入特 性曲线。 共源组态特性曲线：
IG0
+ VGS -
ID
T
+
VDS
-
输出特性：
转移特性：
ID= f ( VDS )
VGS = 常数 VDS = 常数
ID= f ( VGS )
第四章：场效应管及放大电路讲解
1.直流参数：
VP-耗尽型(夹断电压)
VT-增强型(开启电压) IDSS-耗尽型(饱和漏电流)
RGS (直流输入电阻)
V(BR)DS V(BR)GS
反向电压
PDM=iDvDS(功耗)
模拟电子
(1-40)
2.动态参数：
模拟电子
互导
gm
iD vG S
vDS C
2
I DSS VP
(1
vGS=0时 无沟道 iD=0 vGS>0到vGSVT时 导电沟道形成 iD0
vGS 沟道变宽 iD
vGS 沟道变窄 iD
(1-31)
（2）漏极电压vDS对iD有影响
vDS=0时，导电沟道等宽。 vDS0时，导电沟道不等宽。
模拟电子
夹断条件 vGD=VT(开启电压） 压控电阻
当VDS较
N
N 大时，靠
P
近D区的 导电沟道
变窄。
(1-29)
模拟电子
VDS增加， VGD=VT时， 靠近D端的沟 VGS VDS 道被夹断， 称为预夹断。
S G D ID
N
N
P
夹断后ID呈 恒流特性。
(1-30)
分析:
模拟电子
（1）栅极电压vGS正偏；利用vGS大小改变 半导体表面感生电荷的多少，从而控制iD 的大小。
1-4场效应管j
② 夹断区域(A—A′)加长，移向 S 极
VDS 增加部分基本降落在随之加长的夹断 沟道上→ iD 基本趋于不变
说明： （1）VGS 对iD有控制作用； （2）VGS 增加，使沟道中电子浓度增加， 沟道电阻减小，iD增加， 反之减小； （3）在漏端夹断前iD受VDS影响。 （4）iD由N+的多子电子的漂移运动形 成——单极型特性。
（2）输出特性曲线：描述MOS场效应管 的特性主要特性曲线
FET电路组成形式：共漏、共源、共栅 共源电路
非饱和区（可变电阻区） 沟道夹断前
输出特性
沟道电导：
饱和区（放大 区）
输出特性
饱和区，vDS 对沟道长度有调节作用，使 输出特性曲线略微上翘。
——沟道调制因子
放大电路中，场效应管应工作在饱和区，故饱 和区又称为场效应管的放大区。
（2）转移特性
饱和区场效应管的导电沟道
场效应管的两组特性曲线之间互相联系， 由漏极特性用作图可得到相应转移特性
在漏极特性上用作图法求转移特性
各类场效应管的符号和特性曲线
1.5.4 场效应管的转移特性与电路模型 1.转移特性 （JFET和耗尽型）
或
2.场效应管的小信号等效电路 描述场效应管特性的电量
1. 增强型MOS管
N 沟道
P 沟道
（1）N沟道的形成及导电过程
增强型MOS场效应管：靠增强栅源电压来 形成导电沟道的MOS管。
一文详解MOS管，看完后醍醐灌顶！
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MOS管学名是场效应管，是金属-氧化物-半导体型场效应管，属于绝缘栅型。本文就结构构造、特点、实用电路等几个方面用工程师的话简单描述。
其结构示意图：
解释1：沟道
上面图中，下边的p型中间一个窄长条就是沟道，使得左右两块P 型极连在一起，因此mos管导通后是电阻特性，因此它的一个重要参数就是导通电阻，选用mos管必须清楚这个参数是否符合需求。
解释2：n型
上图表示的是p型mos管，读者可以依据此图理解n型的，都是反过来即可。因此，不难理解，n型的如图在栅极加正压会导致导通，而p型的相反。
解释3：增强型
相对于耗尽型，增强型是通过“加厚”导电沟道的厚度来导通，如图。栅极电压越低，则p型源、漏极的正离子就越靠近中间，n衬底的负离子就越远离栅极，栅极电压达到一个值，叫阀值或坎压时，由p型游离出来的正离子连在一起，形成通道，就是图示效果。因此，容易理解，栅极电压必须低到一定程度才能导通，电压越低，通道越厚，导通电阻越小。由于电场的强度与距离平方成正比，因此，电场强到一定程度之后，电压下降引起的沟道加厚就不明显了，也是因为n 型负离子的“退让”是越来越难的。耗尽型的是事先做出一个导通层，
用栅极来加厚或者减薄来控制源漏的导通。但这种管子一般不生产，在市面基本见不到。所以，大家平时说mos管，就默认是增强型的。
解释4：左右对称
图示左右是对称的，难免会有人问怎么区分源极和漏极呢？其实原理上，源极和漏极确实是对称的，是不区分的。但在实际应用中，厂家一般在源极和漏极之间连接一个二极管，起保护作用，正是这个二极管决定了源极和漏极，这样，封装也就固定了，便于实用。我的老师年轻时用过不带二极管的mos管。非常容易被静电击穿，平时要放在铁质罐子里，它的源极和漏极就是随便接。
4n04r8场效应管参数
4n04r8场效应管参数
什么是场效应管？
场效应管（Field Effect Transistor，简称FET）是一种主要由半导体材料制成的电子器件。它通过改变导电层的电荷密度，从而控制导电层中电流的流动，实现信号放大、开关控制等功能。场效应管由栅极、漏极和源极构成，其中栅极用于控制电流的流动。
4n04r8场效应管概述
4n04r8场效应管是一款常见的N沟道场效应管。在电子元器件市场上，4n04r8属于低功率、低电压、低电荷的常见型号之一。该型号的场效应管主要应用于电源管理、信号放大、开关控制等电路中。
4n04r8场效应管有以下主要参数：
1.最大漏极电流（Id）：该参数指定场效应管可以承受的最大电流，通常单位
为安培（A）；
2.最大漏极-源极电压（Vdss）：该参数指定场效应管可以承受的最大电压，
通常单位为伏特（V）；
3.门源极电压范围（Vgs）：该参数表示场效应管工作时栅极与源极之间的电
压范围；
4.静态漏极-源极电阻（Rds.on）：该参数衡量了场效应管通态时的漏极-源极
电阻，通常单位为欧姆（Ω）。
4n04r8场效应管的主要特性
1.低电阻：4n04r8场效应管具有低漏极-源极电阻，能够在通态时提供较低的
电阻，从而减少功耗并提高效率；
2.快速开关速度：由于4n04r8场效应管的结构和工作原理，它具有较快的开
关速度，适用于需要高频开关的电路应用；
3.低输入电流：4n04r8场效应管对输入电流要求较低，能够在低电压情况下
实现精确的控制；
4.优良的温度稳定性：4n04r8场效应管具有良好的温度稳定性，可以在较宽
4.1_MOS场效应晶体管的结构工作原理和输出特性
4
如果在同一N型衬底上同时制造P沟MOS管和N沟 MOS管，（N沟MOS管制作在P阱内），这就构成 CMOS 。
精选可编辑ppt 5
精选可编辑ppt 6
4.1.1 N沟道增强型MOSFET的结构
SG D
N +
N +
P 型衬底
3. N沟道增强型MOSFET的特性曲线
N沟道增强型MOSFET的转移特性曲线有两条，转移特性曲线和漏
极输出特性曲线。
1．转移特性曲线 ID/ m A
N沟道增强型MOSFET的转移特 性曲线如左图所示，它是说明栅源电
U DS 10V
压UGS对漏极电流ID的控制关系，可
4
用这个关系式来表达，这条特性曲线
O
5 10 15
U DS /V
ID/ m A
UDS 10V
4 3 2 1
O 1234
U GS(th)
U GS /V
精选可编辑ppt 12
4.N沟道耗尽型MOSFET
N沟道耗尽型MOSFET的结构和符号如下图所示，它是在栅极下方的
SiO2绝缘层中掺入了一定量的正离子。所以当UGS=0时，这些正离子已经 感生出电子形成导电沟道。于是，只要有漏源电压，就有漏极电流存在。
精选可编辑ppt
4.1-MOS场效应晶体管的结构工作原理和输出特性
少子寿命降低，而场效应晶体管的特性与载流子寿命关系不大，因此抗辐射 性能较好。
第3页，共31页。
绝缘栅型场效应三极管MOSFET( Metal Oxide Semiconductor FET)。分为
增强型 N沟道、P沟道 耗尽型 N沟道、P沟道
N沟道增强型MOSFET
的结构示意图和符号见图
02.13。其中： D(Drain)为漏极，相当c；
G(Gate)为栅极，相当b；
S(Source)为源极，相当e。
图4.1 N沟道增强型
MOSFET结构示意图（动画2-3）
第4页，共31页。
如果在同一N型衬底上同时制造P沟MOS管和N沟MOS 管，（N沟MOS管制作在P阱内），这就构成CMOS 。
场效应三极管作为放大元件使用时，是工作在漏极输出特性曲线水平段的恒
流区，从曲线上可以看出UDS对ID的影响很小。但是改变UGS可以明显改变漏 极电流ID，这就意味着输入电压对输出电流的控制作用。
可变I电D/阻m区A
过损耗区
击穿区
4V
曲线分五个区域：
（1）可变电阻区 （2）恒流区（放大区）
恒流区
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场效应管（ Field Effect Transistor 简称 FET ）是一种电 压控制器件(uGS~ iD).工作时只有一种载流子(沟道中多子 漂移)参与导电,故称单极型晶体管(场效应三极管) 。 FET 因其制造工艺简单，功耗小，温度特性好，输 入电阻极高等优点，得到了广泛应用-大规模集成电路。
P沟道场效应管工
作时，极性相反，
沟道中的多子为空穴。
（动画2-9)
3.伏安特性曲线(P160)
①输出特性曲线
iD f (VDS ) V
GS
C
（动画2-6）
IDSS
V
DS
V GS V P
①输出特性曲线
iD f (VDS ) V
GS
C
（动画2-6）
Ⅰ 、 恒流区：(又称饱和区或放大区） 特点:(1)受控性： 输入电压vGS控
2 I DO KnVT 是vGS＝2VT时的iD
交流参数 低频互导gm
iD gm vGS
2
VDS
考虑到 iD Kn ( vGS VT ) 则
iD gm vGS
( vGS VT )
iD Kn
VDS
[Kn ( vGS VT )]2 vGS
VDS
2K n ( vGS VT ) 2 KniD
2. 结型场效应管的工作原理 （1）栅源电压(VGS)对沟道(iD)的控制作用（P158图4.1.3）
在栅源间加负电压VGS ，令VDS =0 ①当VGS=0时，为平衡PN结，导电 沟道最宽,沟道R呈线性。
②当│uGS│↑时，PN结反偏(ig=0)， 耗尽层变宽（宽度向低渗杂区延 伸） ，导电沟道变窄，沟道电阻 增大(线性变化)。 ③当│uGS│↑↑到一确切值时 ，沟道 会完全合拢——完全夹断→沟道 R→∞。 定义： 夹断电压UGS(off)/UP——使导电沟 道完全合拢（消失/完全夹断）所 需要的栅源电压uGS。
其中
nCox W Kn 2 L
（2）.转移特性曲线— VGS对ID的控制特性
ID=f(VGS)VDS=常数
(2)恒流性：VGS=C,输出电流iD 制输出电流(平方律关系) i D I DSS 1 vGS
V
受控性表现在： △ iD /△ uGS = gm 即： △ iD = gm △ uGS 2 （放大原理） P
基本上不受输出电压vDS影响。 V DS V GS V P 用途:可做放大器和恒流源。 IDSS 条件:(1)源端沟道未夹断
水平沟道右端出现预夹断，漏端 沟道消失，——漏端沟道预夹断, uDS 主要降予夹断区上→有利于 载流子漂移。
增强型MOSFET的工作原理
ID 存在→漏端沟道出现预夹断 点开始， ID基本不随VDS增加 而变化（与其无关）(不叫IDSS)。
MOSFET的ig真正为0，GS对 外呈现的R→∞（＞ 109 ，最 高可达 1015来自百度文库 ）
DS ( BR ) DS
Ⅳ、击穿区（击穿拐点连线外区）
②转移特性曲线
i
D
f (VGS ) V
DS
C
输入电压VGS对输出漏极电流ID的控制
可根据输出特性曲线作出转移特性曲线。 例：作uDS=10V的一条转移特性曲线：
控制参数 ： 跨导gm ms iD / vGS Q diD / dvGS Q
V
GS
VP
(2)漏端沟道予夹断
V DS V GS V P
Ⅱ 、可变电阻区 预夹断点轨迹
(非饱和区或欧姆区) 特点:
V
DS
V GS V P
(1)当vGS 为定值时,iD 是 vDS 的线性函数，管子的漏源间 呈现为线性电阻，且其阻值 受 vGS 控制,每一根线的k随vGS 的变化而变化,几根线不重合, 沟道R↑ ,k不一样↓.
续
③当VGS≥VT时，衬底中的电子
进一步被吸至栅极下方的P型衬
V
DS
ID
底表层，使衬底表层中的自由
电子数量大于空穴数量，该薄 层转换为N型半导体，称为反
型层。形成N源区到N漏区
的N型沟道。把开始形成反型层的VGS值称为该管的开 启电压VT。这时，若在漏源间加电压 VDS，就能产生漏 极电流 I D，即管子开启。 VGS值越大，沟道内自由电子 越多，沟道越宽，沟道电阻越小，在同样 VDS 电压作用 下， I D 越大。这样，就实现了输入电压 VGS 对输出电 流 I D 的控制。
预夹断前， uDS↑→iD ↑。 预夹断后， uDS↑→iD 几乎不变 (IDSS,VGS=0时的漏极饱和电流)。
sss s
（3）栅源电压uGS和漏源电压uDS共同作用 结论:沟道R受VGS控制,从而ID受VGS的控制(放大)
iD=f（ uGS 、uDS）,可用两组特性曲线来描绘。
JFET工作原理实验图
栅源电压VGS对漏极电流ID的控制作用
定义： 开启电压（ UT）——刚刚产生沟道所需的
栅源电压UGS。
N沟道增强型MOS管的基本特性：
uGS ＜ UT，管子截止，
uGS ＞=UT，管子开启导通。
uGS 越大，沟道越宽，在相同的漏源电压uDS作 用下，漏极电流ID越大，输入电压 VGS 通过控制 沟道R从而控制输出电流 I D， 。
-
N+
N+
P衬底
符号：
衬底 b
-
受控的先决条件： VGS＞0，VDS＞0 ☆衬底引线的接法
须接在整个电路最低电位，保证PN结反偏， VBS=0(零偏，BS短路，保证原来的PN结)
2、N沟道增强型场效应管的工作原理
（1）. 栅源电压VGS的控制作用
-
s
VDD
①当VGS=0V时，因为漏源之间
被两个背靠背的 PN结隔离，因 此，即使在D、S之间加上电压, 在D、S间也不可能形成电流。
绝缘栅型场效应管 IGFET/MOSFET 耗尽型 FET分类：
增强型
N沟道 P沟道 N沟道 P沟道
结型场效应管 (JFET)
N沟道 （耗尽型） P沟道
4.1 结型场效应管(JFET)
1. 结型场效应管的结构 （以N沟道为例）： 两个PN结夹着一个N型沟道。三个 电极： g(G)：栅极←→BJT B s(S)：源极←→BJT E d(D)：漏极←→BJT C 符号：
N+
g
-d
二氧化硅
N+
P衬底
②当 0＜VGS＜VT (开启电压)时，
b
通过栅极和衬底间的电容作用，将栅极下方P型衬底 表层的空穴向下排斥，同时，使两个N区和衬底中的 自由电子吸向衬底表层，并与空穴复合而消失，结 果在衬底表面形成一薄层负离子的耗尽层。漏源间仍 无载流子的通道。管子仍不能导通，处于截止状态。
iD 2Kn ( vGS VT ) vDS
rdso
1 2K n ( vGS VT )
其中
Kn Kn 2 W n Cox W L 2 L
n ：反型层中电子迁移率
Cox ：栅极（与衬底间）氧 化层单位面积电容
' Kn nCox 本征电导因子
vGS 0时， iD 0。 增强型： 没有导电沟道， vGS 0时， iD 0。 耗尽型： 存在导电沟道，
N沟道 P沟道 增强型
N沟道 P沟道 耗尽型
一、N沟道增强型场效应管(EMOS)
1、结构
源极s
两个PN结， 无沟道，4个
电极：漏极D， 源极S，栅极G和 衬底B。
-
栅极g
漏极d
（2）管压降vDS 很小。 用途：做压控线性电阻
条件：源端与漏端 沟道都不夹断
V
V
DS
GS
VP
V GS V P
Ⅲ、夹断区 特点：i 0 用途：做无触点的电 子开关。
D
条件：整个沟道全夹断
V
GS
VP
当漏源电压增大到 V V 时，漏端PN结 发生雪崩击穿，使iD 剧增的区域。其值一般为 （20-50）V之间。由于VGD=VGS-VDS, 故vGS越负， 对应V（BR）DS就越小。管子不能在击穿区工作。
一个重要参数——跨导gm： gm=iD/uGS u
DS=const
(单位mS)
gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。 在转移特性曲线上， gm为曲线的斜率。 在输出特性曲线上也可求出gm。
i D (mA) i D (mA)
4 3
uGS=6V
=5V
4 3 2 1
u
DS
△ iD
2 1 10V
Kn为电导常数，单位：mA/V2
3. V-I 特性曲线及大信号特性方程 （1）输出特性及大信号特性方程 ③ 饱和区
（恒流区又称放大区）
vGS >VT ，且vDS≥（vGS－VT）
V-I 特性：
iD Kn ( vGS VT )2
2 vGS K nVT ( VT
1) 2
vGS I DO ( 1) 2 VT
dd d d ii d i
d
id d
uDS↑↑ →靠近漏极处的耗尽层加宽，
沟道变窄，呈楔形分布。 ③当uDS ↑↑↑，使uGD=uG S- uDS=UP时，在
gg g g
p+ p+ p+ p+ N N N
p+ p+ + pp+
VDD V VDD DD V DD
靠漏极处夹断——预夹断, iD ?。 ④uDS再↑↑，预夹断点下移---预夹断区。
vGSQ 2 I DSS 1 V P gm VP 2 I DSS gm VP I DQ I DSS
VP vGS VP vGS
0
0
结型场效应管的特性小结
N 沟 道 耗 尽 型
结 型 场 效 P 应 沟 管 道
耗 尽 型
自测：P165 复习思考题
V V V GG GG GG
d d d
g g g
+ p ++ p p
+ ++ p p p
N NN
ss s
（2）漏源电压(VDS)对沟道的控制作用（P159图4.1.4）
在漏源间加电压uDS ，令uGS =0 由于uGS =0，所以导电沟道最宽。 ①当uDS=0时， iD=0。 ②uDS↑→iD ↑(线性)
结型场效应管的缺点：
1. 栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在 某些场合仍嫌不够高。 2. 在高温下，PN结的反向电流增大，栅源 极间的电阻会显著下降。 3. 栅源极间的PN结加正向电压时，将出现 较大的栅极电流。
绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。
4.3
金属-氧化物-半导体场效应管
绝缘栅型场效应管Metal Oxide Semiconductor —— MOSFET/ IGFET 分为 增强型 N沟道、P沟道 耗尽型 N沟道、P沟道
场效应管放大电路
4
场效应管放大电路
场效应管 4.1 结型场效应管(JFET)
4.2砷化镓金属-半导体场效应管(MESFET)
4.3绝缘栅场效应管(MOSFET/IGFET)
4.4场效应管放大电路
场效应管放大器的静态偏置 场效应管放大器的交流小信号模型 场效应管放大电路
§4-0场效应管概述
几点结论：P160下面几行文字
• 1、沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电， 所以场效应管也称为单极型三极管。
2、JFET栅极、沟道间的PN结是反向偏置的， 因此，其iG≈0,输入R很高＞107。
3、JFET是VCCS器件。 4、予夹断前， iD与VDS呈近似线性关系，予 夹断后，趋向饱和（恒流区）
3. V-I 特性曲线及大信号特性方程 （1）输出特性及大信号特性方程P203
i D f (v DS ) vGS const.
① 截止区
当 vGS ＜ VT 时，导电沟道尚 未形成， iD ＝ 0 ，为截止工
作状态。
3. V-I 特性曲线及大信号特性方程 ② 可变电阻区 rdso是一个受vGS控制的可变电阻 2 iD Kn [2(v GS VT )v DS v DS ]
（2）.漏源电压VDS对沟道导电能力的影响 V
先决条件:VGS＞VT且固定 为某值的情况下 ①uDS↑→iD ↑(线性R)
DS
② uDS↑↑ →VGD↓=VGS-VDS→漏端 感生的沟道越来越浅，沟道 右窄左宽，沟道呈锥形分布， 呈现非线性R→ iD变化趋缓。
③当uDS ↑↑↑，使uGD=uG S- uDS=UT时，
△ uGS
=3V
△ iD △ uGS
u
(V)
2
4
6
GS
(V)
跨导g m m s iD / vGS Q diD / dvGS Q 不是 一个C，，Q 点不同，g m不同。 diD / dvGS Q
g m的计算：g
m
vGS 2 d I DSS (1 ) VP dvGS Q