场效应晶体管
功率场效应晶体管(MOSFET)基本知识
功率场效应晶体管(MOSFET)基本知识功率场效应管(PowerMOSFET)也叫电力场效应晶体管，是一种单极型的电压控制器件，不但有自关断能力,而且有驱动功率小,开关速度高、无二次击穿、安全工作区宽等特点。
由于其易于驱动和开关频率可高达500kHz，特别适于高频化电力电子装置，如应用于DC/DC变换、开关电源、便携式电子设备、航空航天以及汽车等电子电器设备中。
但因为其电流、热容量小，耐压低，一般只适用于小功率电力电子装置。
一、电力场效应管的结构和工作原理电力场效应晶体管种类和结构有许多种，按导电沟道可分为P沟道和N沟道，同时又有耗尽型和增强型之分。
在电力电子装置中，主要应用N沟道增强型。
电力场效应晶体管导电机理与小功率绝缘栅MOS管相同，但结构有很大区别。
小功率绝缘栅MOS管是一次扩散形成的器件，导电沟道平行于芯片表面，横向导电。
电力场效应晶体管大多采用垂直导电结构，提高了器件的耐电压和耐电流的能力。
按垂直导电结构的不同，又可分为2种：V形槽VVMOSFET和双扩散VDMOSFET。
电力场效应晶体管采用多单元集成结构，一个器件由成千上万个小的MOSFET组成。
N沟道增强型双扩散电力场效应晶体管一个单元的部面图，如图1(a)所示。
电气符号，如图1(b)所示。
电力场效应晶体管有3个端子：漏极D、源极S和栅极G。
当漏极接电源正，源极接电源负时，栅极和源极之间电压为0，沟道不导电，管子处于截止。
如果在栅极和源极之间加一正向电压UGS，并且使UGS大于或等于管子的开启电压UT，则管子开通，在漏、源极间流过电流ID。
UGS超过UT越大，导电能力越强，漏极电流越大。
二、电力场效应管的静态特性和主要参数PowerMOSFET静态特性主要指输出特性和转移特性，与静态特性对应的主要参数有漏极击穿电压、漏极额定电压、漏极额定电流和栅极开启电压等。
1、静态特性（1）输出特性输出特性即是漏极的伏安特性。
特性曲线，如图2(b)所示。
单极型晶体管(场效应管)
转移特性曲线呈现出非线性关系 ，这是因为场效应管内部存在多 种物理效应，如量特性曲线描述了场效应管在不同栅极电压下的工作状态 。在饱和区，电流随漏极电压的增加而增加；在截止区，电 流几乎为零；在放大区，电流与漏极电压成一定比例关系。
输出特性曲线反映了场效应管在不同工作状态下的性能表现 ，对于电路设计和应用具有重要意义。
06 场效应管的选择与使用
选择原则
01
02
03
电压容量匹配
根据电路需求选择电压和 电流容量合适的场效应管， 确保安全可靠运行。
类型选择
根据电路功能选择不同类 型的场效应管，如N沟道、 P沟道等。
品牌与质量
选择知名品牌和高质量的 场效应管，确保性能稳定 可靠。
使用注意事项
偏置设置
散热处理
正确设置场效应管的偏置电压，避免出现 工作异常或损坏。
电流增益
描述场效应管放大能力的重要 参数，通常指跨导或电压增益 。
开启电压
指场效应管开始导通所需的最 低栅极电压。
交流参数
频率响应
描述场效应管在高频下的性能表现，包括截 止频率和特征频率。
线性范围
场效应管在放大区工作时，输入信号与输出 信号呈线性关系的范围。
噪声系数
描述场效应管在信号传输过程中引入的噪声 水平。
单极型晶体管（场效应管
目录
• 场效应管简介 • 工作原理 • 结构与材料 • 制造工艺 • 性能参数 • 场效应管的选择与使用
01 场效应管简介
定义与特性
定义
场效应管是一种利用电场效应控 制电流的单极晶体管。
特性
具有输入阻抗高、噪声低、动态 范围大、易于集成等特点。
分类与比较
分类
场效应晶体管
场效应晶体管中英文介绍（field-effect transistor，缩写：FET）场效应晶体管是一种通过电场效应控制电流的电子元件。
它依靠电场去控制导电沟道形状，因此能控制半导体材料中某种类型载流子的沟道的导电性。
场效应晶体管有时被称为单极性晶体管，以它的单载流子型作用对比双极性晶体管（bipolar junction transistors，缩写：BJT）。
尽管由于半导体材料的限制，以及曾经双极性晶体管比场效应晶体管容易制造，场效应晶体管比双极性晶体管要晚造出，但场效应晶体管的概念却比双极性晶体管早。
历史场效应晶体管于1925年由Julius Edgar Lilienfeld和于1934年由Oskar Heil分别发明，但是实用的器件一直到1952年才被制造出来（结型场效应管，Junction-FET，JFET）。
1960年Dawan Kahng发明了金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-effect transistor, MOSFET），从而大部分代替了JFET，对电子行业的发展有着深远的意义。
基本信息场效应管是多数电荷载体的设备。
该装置由一个活跃的信道，通过该多数载流子，电子或空穴，从源到流向漏极。
源极和漏极端子导体被连接到半导体通过欧姆接触。
的通道的导电性的栅极和源极端子之间施加的电位是一个函数。
FET的三个端子是：源极（S），通过其中的多数载流子输入通道。
进入该通道，在S点的常规的电流被指定由IS。
漏极（D），通过其中的多数载流子离开的通道。
常规电流在D通道进入指定的ID。
漏源电压VDS。
栅极（G），调制的通道的导电性的端子。
通过施加电压至G，一个可以控制的ID。
场效应晶体管的类型在耗尽模式的FET下，漏和源可能被掺杂成不同类型至沟道。
或者在提高模式下的FET，它们可能被掺杂成相似类型。
场效应晶体管根据绝缘沟道和栅的不同方法而区分。
《场效应晶体管》课件
六、总结
FET的优点与缺点
总结FET的优点和限制，帮助 您全面了解这一器件。
发展前景和应用前景
展望FET在未来的发展前景， 并探讨其在各个领域的应用 前景。
拟定的改善方案
提出改善FET性能和应用的建 议和方案，促进该技术的进 一步发展。
二、结构和工作原理
FET的结构组成
了解FET的结构和组成对于理解其工作原理至关 重要。
FET的工作原理
详细介绍FET的工作原理，包括导通和截止状态 的转换。
N型和P型FET的区别
掌握不同类型FET之间的区别，并理解其不同的 工作原理。
灵敏度和增益
解释FET的灵敏度和增益，以及对电路性能的影 响。
三、特性参数
2
2. FET振荡器
探索FET作为交流放大器的应用，详细介绍FET振荡器的基本电路和简单振荡电路。
五、FET的变型
M O SFET
MOSFET是一种常见的FET变型， 具有优异的性能和应用范围。
JFET
JFET是另一种重要的FET变型，适 用于一些特定的电路和应用。
基于FET的新型器件
介绍一些基于FET技术的新型器 件，展示FET在未来的发展前景。
《场效应晶体管》PPT课 件
欢迎来到《场效应晶体管》的PPT课件！本课程将介绍场效应晶体管的概述、 结构、工作原理、特性参数、常见的电路以及FET的变型，通过详细的讲解和 实例演示，帮助您深入理解这一关键器件的原理和应用。
一、场效应晶体管概述
场效应晶体管是一种重要的半导体器件，广泛应用于电子领域。它具有独特 的优势和一定的限制，而且可以在各种应用场景中发挥重要作用。
典型的FET参数
介绍常见的FET参数，如漏极电 流、跨导和截止电压。
场效应晶体管原理
场效应晶体管原理
场效应晶体管（Field Effect Transistor，缩写为FET）是一种
由金属-氧化物-半导体（MOS）结构组成的三端器件，用于放
大和调节电信号。
其原理基于场效应的作用，通过控制栅极下的电场强度来改变源漏路径上的电导。
FET由源极、漏极和栅极组成。
栅极附近有一层氧化物，形成一种绝缘层，从而隔离栅极与直接接触的半导体。
当栅极施加电压时，形成栅-源结和栅-漏结的电场，改变了源漏通道的导
电特性。
栅极电压为零时，FET处于截止状态，无法通过电流。
当半导体材料与栅极之间存在一个正电压时，形成一个电场，将自由载流子（电子或空穴）引向栅区域。
此时FET处于增强状态，电流可以通过源漏通道。
栅极电压的变化可以控制源漏通道的宽度，进而调节电流的大小。
当栅极电压增加，电场增强，源漏通道的宽度减小，电流减小；反之亦然。
这样就实现了对电流的放大和控制。
场效应晶体管相比于双极性晶体管具有许多优点，如电流增益高、输入电阻大、频率响应范围宽等。
因此，FET被广泛应用于放大器、开关和模拟电路等领域。
场效应晶体管
场效应管的测量（5）
（5）用测反向电阻值的变化判断跨导的大小 对ＶＭＯＳ Ｎ沟道增强型场效应管测量跨导性能时，可用红表笔接源极Ｓ、黑表笔接漏极Ｄ，这就相 当于在源、漏极之间加了一个反向电压。此时栅极是开路的，管的反向电阻值是很不稳定的。将万用表 的欧姆档选在R×10kΩ的高阻档，此时表内电压较高。当用手接触栅极Ｇ时，会发现管的反向电阻值 有明显地变化，其变化越大，说明管的跨导值越高；如果被测管的跨导很小，用此法测时，反向阻值变 化不大。 二、.场效应管的使用注意事项 （1）为了安全使用场效应管，在线路的设计中不能超过管的耗散功率，最大漏源电压、最大栅源电压 和最大电流等参数的极限值。 （2）各类型场效应管在使用时，都要严格按要求的偏置接人电路中，要遵守场效应管偏置的极性。如 结型场效应管栅源漏之间是ＰＮ结，Ｎ沟道管栅极不能加正偏压；Ｐ沟道管栅极不能加负偏压，等等。 （3）MOS场效应管由于输人阻抗极高，所以在运输、贮藏中必须将引出脚短路，要用金属屏蔽包装， 以防止外来感应电势将栅极击穿。尤其要注意，不能将MOS场效应管放人塑料盒子内，保存时最好放 在金属盒内，同时也要注意管的防潮。 （4）为了防止场效应管栅极感应击穿，要求一切测试仪器、工作台、电烙铁、线路本身都必须有良好 的接地；管脚在焊接时，先焊源极；在连入电路之前，管的全部引线端保持互相短接状态，焊接完后才 把短接材料去掉；从元器件架上取下管时，应以适当的方式确保人体接地如采用接地环等；当然，如果 能采用先
具体方法：用万用表电阻的R×100档，红表笔接源极Ｓ，黑表笔接漏极Ｄ，给场效应管加 上1.5Ｖ的电源电压，此时表针指示出的漏源极间的电阻值。然后用手捏住结型场效应管的 栅极Ｇ，将人体的感应电压信
场效应管的测量（3）
号加到栅极上。这样，由于管的放大作用，漏源电压VDS和漏极电流Iｂ都要发 生变化，也就是漏源极间电阻发生了变化，由此可以观察到表针有较大幅度的摆 动。如果手捏栅极表针摆动较小，说明管的放大能力较差；表针摆动较大，表明 管的放大能力大；若表针不动，说明管是坏的。 根据上述方法，我们用万用表的R×100档，测结型场效应管3DJ2F。先将管的 Ｇ极开路，测得漏源电阻RDS为600Ω，用手捏住Ｇ极后，表针向左摆动，指示 的电阻RDS为12kΩ，表针摆动的幅度较大，说明该管是好的，并有较大的放大 能力。 运用这种方法时要说明几点：首先，在测试场效应管用手捏住栅极时，万用表针 可能向右摆动（电阻值减小），也可能向左摆动（电阻值增加）。这是由于人体 感应的交流电压较高，而不同的场效应管用电阻档测量时的工作点可能不同（或 者工作在饱和区或者在不饱和区）所致，试验表明，多数管的RDS增大，即表 针向左摆动；少数管的RDS减小，使表针向右摆动。但无论表针摆动方向如何， 只要表针摆动幅度较大，就说明管有较大的放大能力。第二，此方法对MOS场 效应管也适用。但要注意，MOS场效应管的输人电阻高，栅极Ｇ允许的感应电 压不应过高，所以不要直接用手去捏栅极，必须用于握螺丝刀的绝缘柄，用金
第八章 MOS场效应晶体管
VT
MS
TOX
OX
QOX
TOX
OX
QAD 2FB
e) 氧化层中的电荷面密度 QOX
QOX 与制造工艺及晶向有关。MOSFET 一般采用（100） 晶面，并在工艺中注意尽量减小 QOX 的引入。在一般工艺条 件下，当 TOX = 150 nm 时：
QOX 1.8 ~ 3.0 V COX
以VGS 作为参变量，可以得到不同VGS下的VDS ～ID 曲线族， 这就是 MOSFET 的输出特性曲线。
非
饱
饱
和
和
区
区
将各条曲线的夹断点用虚线连接起来，虚线左侧为非饱和区， 虚线右侧为饱和区。
5、MOSFET的类型 P 沟 MOSFET 的特性与N 沟 MOSFET 相对称，即： (1) 衬底为 N 型，源漏区为 P+ 型。 (2) VGS 、VDS 的极性以及 ID 的方向均与 N 沟相反。 (3) 沟道中的可动载流子为空穴。 (4) VT < 0 时称为增强型（常关型），VT > 0 时称为耗尽型
MS
QOX COX
K
2FP VS VB
1
2 2FP VS
注意上式中，通常 VS > 0，VB < 0 。 当VS = 0 ，VB = 0 时：
VT
MS
QOX COX
K
2 FP
1 2
2FP
这与前面得到的 MOS 结构的 VT 表达式相同。
同理可得 P 沟 MOSFET的 VT 为：
电势差，等于能带弯曲量除以 q 。COX 表示单位面积的栅氧化
层电容，COX
OX
TOX
，TOX 为氧化层厚度。
(3)实际 MOS结构当 VG = VFB 时的能带图
场效应管的作用、规格及分类
场效应管的作用、规格及分类1.什么叫场效应管？FET是Field-Effect-Transistor的缩写,即为场效应晶体管。
一般的晶体管是由两种极性的载流子,即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电,因此称为双极型晶体管,而FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体管。
FET应用范围很广,但不能说现在普及的双极型晶体管都可以用FET替代。
然而，由于FET的特性与双极型晶体管的特性完全不同，能构成技术性能非常好的电路。
2. 场效应管的工作原理：(a) JFET的概念图(b) JFET的符号图1(b)门极的箭头指向为p指向 n方向，分别表示内向为n沟道JFET，外向为p沟道JFET。
图1（a）表示n沟道JFET的特性例。
以此图为基础看看JFET的电气特性的特点。
首先，门极-源极间电压以0V时考虑（VGS =0）。
在此状态下漏极-源极间电压VDS 从0V增加，漏电流ID几乎与VDS 成比例增加，将此区域称为非饱和区。
VDS 达到某值以上漏电流ID 的变化变小，几乎达到一定值。
此时的ID 称为饱和漏电流（有时也称漏电流用IDSS 表示。
与此IDSS 对应的VDS 称为夹断电压VP ，此区域称为饱和区。
其次在漏极-源极间加一定的电压VDS (例如0.8V)，VGS 值从0开始向负方向增加，ID 的值从IDSS 开始慢慢地减少，对某VGS 值ID =0。
将此时的VGS 称为门极-源极间遮断电压或者截止电压，用VGS (off)示。
n沟道JFET的情况则VGS (off) 值带有负的符号,测量实际的JFET对应ID =0的VGS 因为很困难,在放大器使用的小信号JFET时,将达到ID=0.1-10μA 的VGS 定义为VGS (off) 的情况多些。
关于JFET为什么表示这样的特性，用图作以下简单的说明。
场效应管工作原理用一句话说，就是"漏极-源极间流经沟道的I，用以门D"。
场效应晶体管(FET)
第四节场效应晶体管（FET）晶体三极管是电流控制型器件，当它工作在放大状态时，必须给基极注入一定的基极电流，放大信号时，需从输入信号源中吸取信号源电流，所以晶体管的输入阻抗低。
场效应晶体管(FET)是一种电压控制型器件，它利用输入电压在半导体内产生的电场效应来控制输出电流的大小。
场效应管的输入端几乎不吸取信号源电流，有极高的输入电阻，一般可达108～1015Ω。
场效应管还具有噪声低，受温度、辐射影响小，制造工艺简单，便于大规模集成等优点，因此得到广泛应用。
场效应管根据结构不同可分为结型场效应管(JFET)和绝缘栅型场效应管(IGFET)两大类，每一类又有N沟道和P沟道之分。
一、结型场效应晶体管(JFET)1．结构和符号N沟道结型场效应晶体管的结构如图1-4-1所示,在N型半导体两侧制作两个高掺杂的P区,用P+表示，从而形成两个PN结，把两侧的P区连接在一起，引出一个电极，称为栅极(G)，在N型半导体两端各引出一个电极，分别称为源极(S)和漏极(D)，夹在两个PN结中间的N型区是载流子从源极流向漏极的通道，称为导电沟道。
这种导电沟道是N型半导体，称为N沟道结型场效应管，其电路符号如图1-4-1所示，其中栅极的箭头方向表示栅源之间的PN结正向电流的方向。
2．工作原理N沟道和P沟道结型场效应管的工作原理相同，以下以N沟道结型场效应管为例进行分析。
（1）工作条件起放大作用时，N沟道结型场效应管要求漏极电压U DS为正，栅极电压U DS为负，使栅源之间两个PN结反偏，故栅极电流I G≈0，输入电阻很高。
在漏源电压U DS作用下，N沟道中的载流子定向运动，产生漏源电流I D。
外加偏置电压的接线图如图1-4-2所示，P沟道结型场效应管工作时，电源极性与N沟道结型场效应管的电源极性相反。
U DDi DU GG d图1-4-2 N 沟道JFET 工作原理（2）放大作用 当栅源电压U GS 向负值增加时，PN 结的反偏电压增大，使耗尽层变宽，沟道变窄，沟道电阻增大，ID 减小，体现了U GS 对ID的控制作用，当UGS 向负值增加到U GS(OFF)值时，使两边耗尽层会合，这时沟道全夹断，I D =0，UGS 对导电沟道的影响如图1-4-3所示，产生夹断时的U GS 称为夹断电压，用U GS(OFF)表示。
场效应晶体管
场效应晶体管一、场效应晶体管概述场效应晶体管(FET)简称场效应管，它属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高（108～109Ω）、噪声小、功耗低、温度系数低、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。
场效应管工作时只有一种极性的载流子参与导电，所以场效应管又称为单极型晶体管。
场效应管分结型、绝缘栅型两大类。
结型场效应管（JFET）因有两个PN结而得名，绝缘栅型场效应管（IGFET）则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。
目前在绝缘栅型场效应管中，应用最为广泛的是MOS场效应管，简称MOS管（即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET）；此外还有PMOS、NMOS和VMOS功率场效应管，以及最近刚问世的πMOS场效应管、VMOS功率模块等。
按沟道半导体材料的不同，结型和绝缘栅型各分N沟道和P沟道两种。
若按导电方式来划分，场效应管又可分成耗尽型与增强型。
结型场效应管均为耗尽型，绝缘栅型场效应管既有耗尽型的，也有增强型的。
二、场效应晶体管与半导体晶体管的异同1、外形相同场效应晶体管与半导体晶体管（双极晶体管）的封装外形基本相同，也有B型、F型、G型、TO-3型金属封装外形和S-1型、S-2型、S-4型、TO-92型、CPT型、TO-126型、TO-126FP 型、TO-202型、TO-220型、TO-247型、TO-3P型等塑料封装外形。
2、结构及工作原理不同场效应晶体管属于电压型控制器件，它是依靠控制电场效应来改变导电沟道多数载流子（空穴或电子）的漂移运动而工作的，即用微小的输入变化电压V G来控制较大的沟道输出电流I D，其放大特性（跨导）G M=I D/V G；半导体晶体管属于电流通渠道型控制器件，它是依靠注入到基极区的非平衡少数载流子（电子与空穴）的扩散运动而工作的，即用微小的输入变化电流I b控制较大的输出变化电流I c，其放大倍数β=I c/I b。
场效应晶体管
场效应晶体管
(Field Effect Transistor,FET)
场效应晶体管（Field Effect Transistor,FET）是一种电子器件，它采用外加电场控制导通，具有较大的电阻比和低电流消耗特性。
它也可称作“无源三极管”或“开关晶体管”，是目前最常用的晶体管之一。
它由两个极区和一个通道区构成，其构造与普通的三极管不同，是一种半导体器件。
FET由一个n极（发射极）、一个p极（收集极）和一个沟道（通道）构成，它的工作原理是通过外加的电场作用在沟道上，来控制沟道的导通状态，从而对输出电流产生控制作用，因此，FET又被称为“无源三极管”或“开关晶体管”。
FET有大电阻比、低电流消耗等特点，可用作放大器、滤波器、阻断器等，广泛应用于电子电路中。
《场效应晶体管》课件
在制造过程中，压力也是一个重要的参数，它能够影响材 料的物理性质和化学反应速度，从而影响晶体管的性能。
时间
时间是制造过程中的另一个重要参数，不同的工艺步骤需 要不同的时间来完成，时间过长或过短都可能影响晶体管 的性能。
气体流量
在化学气相沉积等工艺中，气体流量是关键的参数之一， 它能够影响材料的生长速度和均匀性，从而影响晶体管的 性能。
掌握搭建场效应晶体管放大电路的基本技 能。
05
06
学会使用示波器和信号发生器测试放大电 路的性能。
特性测量实验
实验三：场效应晶体管的 转移特性与输出特性测量
分析测量结果，理解场效 应晶体管的工作机制。
学习测量场效应晶体管频 率响应和噪声特性的方法。
掌握场效应晶体管转移特 性和输出特性的测量方法。
实验四：场效应晶体管的 频率响应与噪声特性测量
了新的可能。
制程技术优化与突破
制程技术
不断缩小晶体管的尺寸，提高集成度和能效比，同时降低制造成本。
突破
探索新型制程技术，如纳米线、纳米孔等新型器件结构，以提高场效应晶体管的性能和 稳定性。
应用领域的拓展与挑战
要点一
应用领域
场效应晶体管的应用领域不断拓展，包括通信、物联网、 智能制造、医疗电子等领域。
要点二
挑战
随着应用领域的拓展，对场效应晶体管的性能要求也越来 越高，需要不断研究和改进以满足市场需求。
Part
06
实验与习题
基本实验操作
实验一：场效应晶体管的认知与检测
01
02
了解场效应晶体管的基本结构和工作原理。
学习使用万用表检测场效应晶体管的方法 。
03
04
实验二：场效应晶体管放大电路的搭建与 测试
电力场效应晶体管(MOSFET)
跨导反映了栅源电压对漏极电流的控制能力。
电力电子器件概述
7 极间 电容
MOSFET的三个电极之间分别存 在极间电容CGS、CGD和CDS。
一般生产厂家提供的是漏源极短路的输入电容Ciss、 共源极输出电容Ccss和反向转移电容Crss。它们之 间的关系是：
Ciss=CGS+CGD Crss=CGD Ccss=CDS+CGD
场效应管能承受的最高工 作电压，是标称MOSFET 额定电压的参数。
通常选UDS为实际工作电压的2~3倍。
2 漏极直流 电流ID和 漏极脉冲 电流幅值 IDM
3
通态 电阻 Ron
电力电子器件概述
在规定的测试条件下，最大 漏极直流电流、漏极脉冲电 流的幅值，是标称MOSFET额 定电流的参数。
在一定栅源电压下，MOSFET 从可变电阻区进入饱和区时的 直流电阻值。
一次开通、关断损耗分别为Pon、Poff，则有
开关损耗： PS=(Pon+Poff)ƒ
通态损耗： PC=RonID²
断态损耗： PL=0
应用高频开关
MOSFET内部发热功率 : PD≈PS+P注C 意开关损耗
使用时应限制器件的功耗，使PD>PDmax，并提供
良好的散热条件使器件温升不超过额定温升。
电力电子器件概述
过式 Ps=1/2UdI0fs(tc(on)+tc(off)) 可知，此时可以具有很 高的开关速度。
❊300~400V等级的MOSFET仅仅当开关频率超出
30~100kHZ时才与双极晶体管差不多。
❊低电压时多选择MOSFET。
电力电子器件概述
❊当额定电压超过1000V，但额定电流比较小时，
场效应晶体管
层运动，但数量有限，不足以形成沟道，将漏极和源极沟通，所以漏极电流
ID仍为零。
场
效
MOS
（2）漏源电压UDS对漏极电流ID的控制作用
第 10 页
（a）UDS≈0
（b）UGD＞UGS(th)
（c）UGD＝UGS(th)
在UDS为0或较小时，沟道电阻一定，ID随UDS的增大而线性增大。 当UDS较大，且UGD＞UGS（th）时，靠近漏端的耗尽层变宽，沟道变窄， 出现楔形，沟道电阻增大，ID增大缓慢。
（a）
（b）
第5页
（c）
第6页
场
效
应
晶 体 管
场 效 应
管
的
结
构
1.1
2 N沟道耗尽型MOS管的结构
N沟道耗尽型MOS管的结构如下图（a）所示。它也是在P型硅衬底上形 成一层SiO2薄膜绝缘层，与增强型所不同的是，它在SiO2绝缘层中掺有大量 的正离子，不需要外电场作用，这些正离子所产生的电场也能在P型硅衬底 与绝缘层的交界面上感应出大量或足够多的电子，形成N型导电沟道。N沟 道耗尽型MOS管的电路符号如下图（b）所示，P沟道耗尽型MOS管的电路 符号如下图（c）所示。
（2）漏源电压UDS对漏极电流ID的控制作用
当UGS＞UGS（th），且为某一固定值时，在漏极和源极之间加上正电压
UDS，会有ID形成。如下图所示为不同的漏源电压UDS对沟道的影响。根据此
图可得如下关系
UDS＝UDG＋UGS＝－UGD＋UGS
场效应晶体管和三极管的工作原理
场效应晶体管和三极管的工作原理
场效应晶体管和三极管都是电子元件中的基本部件。
它们可以用
来放大或控制电流的流动。
下面就分别介绍它们的具体工作原理。
一、场效应晶体管（FET）
场效应晶体管（FET）是一种控制电流的元件。
它的工作原理是
通过一个输入信号在栅极上形成电场，在源极和漏极之间形成一个电
子通道，然后控制电流在通道中的流动。
当输入信号的电压变化时，
栅极的电场也会变化，从而影响电子通道的宽度，最终控制电流的流动。
FET具有高输入阻抗、低噪声和低功耗等特点，被广泛应用于放大电路和开关电路等领域。
二、三极管
三极管是一种放大电流的元件。
它由三个掺杂不同的半导体材料
组成：发射极、基极和集电极。
三极管的工作原理是通过一个小电流
控制它的输出电流。
当在基极和发射极之间的电压超过某个值时，会
有一小部分电子流入基极，从而控制另一部分电子从集电极流出。
这
种控制关系被称为“放大作用”。
三极管的放大倍数与输入电流之比
决定，具有高放大倍数、线性放大等特点，被广泛应用于音频放大器、功放等电路。
总的来说，场效应晶体管和三极管都是非常重要的电子元件。
它
们在电子电路中的应用非常广泛，了解它们的工作原理有助于更深入
地理解电子电路的原理和应用。
场效应晶体管的栅极和电极的四种类型
场效应晶体管的栅极和电极的四种类型
场效应晶体管（Field-Effect Transistor，FET）是一种常用的电子器件，其工作原理是通过电场来控制导电沟道的导电能力，从而实现信号的放大或开关。
根据结构和工作原理的不同，场效应晶体管可以分为四种类型，分别是：
1. 结型场效应晶体管（JFET）：这种类型的场效应晶体管有两个 PN 结，分别形成导电沟道和反型层。
在栅极电压的作用下，导电沟道的宽度会发生变化，从而控制源极和漏极之间的电流。
2. 金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）：这种类型的场效应晶体管在金属、氧化物和半导体之间形成电场，通过改变这个电场来控制导电沟道的导电能力。
MOSFET 是目前应用最广泛的场效应晶体管之一。
3. 绝缘栅双极晶体管（IGBT）：这种类型的场效应晶体管结合了 FET 和BJT 的特点，由一个 FET 和一个 BJT 组成。
在栅极电压的作用下，IGBT 可以实现高速的开关和放大信号。
4. 高电子迁移率晶体管（HEMT）：这种类型的场效应晶体管采用特殊的半导体材料，如 GaN 和 InGaAs 等，可以实现更高的电子迁移率。
HEMT 在高速和高频领域有广泛的应用。
以上是场效应晶体管的四种类型，每种类型都有其独特的特点和应用场景。
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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：
栅极g--基极b 源极s--发射极e 漏极d--集电极c 夹在两个PN结中间的区域称为导电沟道（简称沟道）。
=0时是否存在导电沟道是增强型和耗尽型的基本区别。
22
例5-10
在Multisim 中用IV 分析仪测试理想绝缘栅型场效应管如图5-4-3所示，改变V GS ，观察电压V DS 与i D 之间的关系。
图5-4-3 场效应管观测电路
解：
1. Multisim中选择理想绝缘栅型场效应管，选择按图5-4-3连
接好电路。
2.设置IV分析仪的仿真参数，如右图所示：
3.结果如下图所示，与三极管输出曲线相
似，V
DS 与i
D
之间也存在着非线性关系。
图5-4-5MOS管的电流特性和输出特性
的控制作用。
结是反向偏置的，反向电阻很高，则漏极电流
，在v
GS
型硅中少数载流子
表面层填补空穴形成负离子的耗尽层。
d
以绝缘栅型场效应管的工作原理为例说明场效应管的工作原理。
利用栅源电压v
GS
的大小，
(3) 当栅极与源极之间加正向电压v GS≥V GS(th)时，被吸到表面层中的自由电子较多，填补空穴后还有剩余，在表面层中形成
(4) 形成反型层的导电沟道后，u GS 正值愈高，导电沟道愈宽，即
改变u GS → 改变沟道宽度→改变i D u GS ↑↓→沟道宽度↑↓→i D ↑↓综述：当0＜u GS ＜U T 时，漏、源极间沟道尚未联通，i D ≈0；当u GS ≥U T 时，随u GS 变化i D 随之变化。
达到u GS 对i D 的控制，故称MOS 管为电压控制元件。
2.场效应管的基本工作原理
DS v GS
v GS
v DS
v GS
v DS
v 不变且大于形成反型层的最小电压值的情况下：半导体电阻的原因，形成了大小与成正比的电流，使处于预夹断状态，不再随的增加而增加
MOS 管处于夹断状态，
的值与预夹断时的值基本相同，的增加而增加
(GS GS v V <-i ()GS th v DS v DS v (GS GS v V -D i
D
i v D
i v GS
v GS
v D
i D
i 在实际应用中，最常用的是共源极电路连接方式。
场效应管的共源极连接是把源极s 作为输入端、作为输出端。
沟道绝缘栅耗尽型沟道绝缘栅增强型
场效应管输出特性有可变电阻区（也叫夹断区）、饱和区（也叫放大区）、截止区和击穿区
伏安特性与参数
可
变
电
输出特性曲线mA
/
i
u DS
场效应管的特点（与双极型晶体管比较）
●场效应管是一种电压控制器件，即通过u GS来控制i D，控制参数：跨导g
，较小；
m
相对应，双极型晶体管是一种电流控制器件，即通过i
B ，控制参数：放大倍数β，较大。
来控制i
C
●场效应管栅极绝缘，输入端电流几乎为零，输入电阻非常高;
相对应，双极型晶体管的发射结始终处于正向偏置，有一定的输入电流，基极与发射极间的输入电阻较小。
5-4-3 场效应管的基本特性
1.最高工作频率：使场效应管开始失去电流放大能力的信
号频率的一半
2.温度特性：场效应管的漏极电流随管子温度升高而下降，
具有负温度特性，与双极型三极管相反。
3.噪声特性：是场效应管的一项重要技术性能指标，是指
管子正常工作时所形成的噪声电流平均值
1.认为输入电阻无限大
2.考虑g＜＜g
图5-4-8 MOS管低频小信号模型（等效电路）。