1.4 场效应管及其基本应用
场效应管工作原理及应用
场效应管工作原理（1）场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管。
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。
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、动态范围大、易于集成、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。
一、场效应管的分类场效应管分结型、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（JGFET）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。
场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管。
而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型；P沟耗尽型和增强型四大类。
见下图。
二、场效应三极管的型号命名方法现行有两种命名方法。
第一种命名方法与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。
第二位字母代表材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。
例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3DO6C 是绝缘栅型N沟道场效应三极管。
第二种命名方法是CS××#，CS代表场效应管，××以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。
例如CS14A、CS45G等。
场效应管作用
场效应管作用场效应管（Field Effect Transistor，简称FET）是一种常用的半导体器件，其作用是控制电流流动。
它采用半导体材料制造而成，具有三个电极，分别是源极、栅极和漏极。
场效应管广泛应用于电子设备中，如放大器、开关等方面。
场效应管的作用是通过栅极电压来控制漏极-源极之间的电流。
它的工作原理是利用外加电场改变半导体中电荷的分布，从而改变导电能力。
与双极型晶体管相比，场效应管具有许多优点，如高输入阻抗、低噪声、低失真等。
因此，广泛应用于各种电子设备中。
场效应管主要有两种类型：MOSFET和JFET。
MOSFET全称金属-氧化物-半导体场效应管，是采用金属层、氧化物层和半导体层构成的结构；JFET全称结型场效应管，是采用PN结构构成的。
两者的主要区别在于结构不同，性能也略有差异。
在MOSFET中，栅极的电压通过金属层传递到氧化物层，从而改变半导体中电荷分布。
根据栅极电压的不同，MOSFET可以分为两种类型：增强型和耗尽型。
增强型MOSFET需要一定的栅极电压才能导通，而耗尽型MOSFET则是通过减小栅极电压来导通。
MOSFET 的漏极和源极之间的电流由外加电场和栅极电压来控制。
JFET的工作原理与MOSFET有一定的相似之处，都是通过栅极电压来控制漏极-源极之间的电流。
JFET的结构是由N型或P型半导体材料构成的，两个电极分别为源极和漏极，而栅极则是通过PN 结来实现。
不同材料的JFET的特性有所不同，N型JFET通常被用作放大器，P型JFET通常用作开关。
场效应管的作用可以通过以下几个方面来描述。
首先，场效应管可以用来放大信号。
通过在源极和漏极之间加上适当的电压，使得输入信号经过放大后输出。
这种放大作用可以有效地提高信号的幅度和质量，并广泛应用于各种音频和视频设备中。
其次，场效应管可以用作开关。
在适当的电压条件下，场效应管可以控制漏极-源极之间的电流流动。
通过输入不同的电压信号，可以实现开关的打开和关闭。
场效应管工作原理与应用通用课件
增强型场效应管是在正常工作状态下需要加正向栅极电压才能导通，而耗尽型场效应管则是加反向电 压导通。
详细描述
增强型场效应管在无电压时，半导体中没有导电沟道，需要加正向栅极电压后才会形成导电沟道；而 耗尽型场效应管在无电压时，半导体中已经存在导电沟道，加反向电压后可调节导电沟道的宽度。
绝缘栅双极晶体管（IGBT）
1 2
根据电路需求选择合适的类型
根据电路的电压、电流和频率要求，选择合适的 场效应管类型，如N沟道或P沟道。
考虑导通电阻和开关性能
选择导通电阻较小、开关速度较快的场效应管， 以提高电路性能。
3
考虑最大工作电压和电流
根据电路的最大电压和电流，选择能够承受的场 效应管。
场效应管使用注意事项
正确连接电源和信号线
效应管。
导通不良
02
如果场效应管导通不良，会影响电路性能，需要检查驱动信号
是否正常，以及场效应管本身是否有问题。
噪声干扰
03
如果电路中存在噪声干扰，会影响场效应管的正常工作，需要
采取措施降低噪声干扰。
05
场效应管封装与测试
场效应管封装形式
金属封装
采用金属外壳作为场效应管的封装，具有良好的 散热性能和电气性能。
场效应管工作原理与应用通 用课件
contents
目录
• 场效应管简介 • 场效应管工作原理 • 场效应管应用 • 场效应管选型与使用注意事项 • 场效应管封装与测试
01
场效应管简介
场效应管定义
场效应管（Field-Effect Transistor ，FET）：是一种利用电场效应控制 电流的半导体器件。
电场效应：是指外加电场对导体内部 的电荷分布和运动状态产生影响的现 象。
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.⼆、电路符号基本参数场效应管地主要技术参数,可分为直流参数和交流参数两⼤类.⼀、夹断电压和开启电压⼀般是对结型管⽽⾔,当栅源之间地反向电压增加到⼀定数以后,不管漏源电压⼤⼩都不存在漏电流.这个使开始为零地电压叫作管⼦地夹断电压⼀般是对管⽽⾔,表⽰开始出现时地栅源电压值.对沟道增强型、沟道耗尽型为正值,对沟道耗尽型、沟道增强型为负值.⼆、饱和漏电流当⽽⾜够⼤时,漏电流地饱和值,就是管⼦地饱和漏电流,常⽤符号表⽰.三、栅极电流当栅极加上⼀定地反向电压时,会有极⼩地栅极电流,⽤符号表⽰.对结型场效应管在之间;对于⽽⾔⼀般⼩于安.正是由于栅极电流极⼩,所以场效应管具有极⾼地阻抗.四、通导电阻五、截⽌漏电流六、跨导七、漏源动态电阻基本特性⼀、转移特性和输出特性⼯程应⽤中最常⽤地是共源极电路地输⼊和输出关系曲线,场效应管地共源极连接是把源极作为公共端、栅极作为输⼊端、漏极作为输出端.由于共源极场效应管地输⼊电流⼏乎为零,因此,其输⼊曲线反映地是栅极电压与漏极电流地关系,叫做转移特性.反映间电压与之间关系地叫做输出曲线.场效应管共源极电路转移特性曲线和输出特性曲线场效应管输出特性有可变电阻(也叫夹断区)、放⼤(也叫恒流区)、截⽌区和击穿区四个⼯作区.这与三极管地饱和、截⽌、放⼤和击穿相似.⼆、截⽌与电阻导通特性场效应管间不导通状态叫做截⽌,此时接近,场效应管没有电流传导地能⼒,相当于开关断开.产⽣截⽌现象地原因,是此时场效应管没有形成导电沟道.场效应管输出特性曲线中与之间呈线性关系地区域叫做电阻区,⼆者之间地关系可近似为其中为导通电阻,⼀般都很⼩.在电阻区,场效应管地之间近似为⼀个不变电阻.⽆论是在电阻区还是截⽌区,场效应管地电流控制能⼒很微弱,这是在应⽤设计中必须⼗分注意地问题.在设计模拟信号电路时,⼀定要使电路⼯作在场效应管地放⼤区,避免进⼊电阻区和截⽌区.在设计开关电路时,要使电路能很快地在电阻和截⽌状态之间转换,避免进⼊放⼤区.使⽤场效应管时,应当注意以下⼏个问题:()为了防⽌栅极击穿,要求⼀切测试仪器、电路本⾝、电烙铁都必须良好接地.焊接时,⽤⼩功率烙铁迅速焊接,或拔去电源⽤余热焊接,并应先焊源极,后焊栅极.()场效应管输送阻抗较⾼,故在不使⽤时,必须将引出线短路,以防感应电势将栅极击穿则不可短路.()要求⾼输⼊阻抗地线路,须采取防潮措施,以免使输⼊阻抗显著降低.()场效应管栅极有地可加正压或负压,⽽常⽤地结型场效应管因是沟道耗尽型,栅极只能加负压.()场效应管地漏极和源极通常制成对称地,除源极和衬底制造时连在⼀起地管⼦外,漏极和源极可互换使⽤.。
场效应管知识点
场效应管知识点场效应管是一种重要的电子器件，广泛应用于各个领域，如通信、计算机、电子设备等。
它的工作原理是基于电场的调控作用，通过电场的控制来控制电流的流动，实现信号放大、开关控制等功能。
本文将从场效应管的基本结构、工作原理和应用等方面进行详细介绍。
一、场效应管的基本结构场效应管由栅极、漏极、源极和沟道四部分组成。
其中栅极是控制电流的输入端，漏极是电流的输出端，源极是电流的输入端，而沟道则连接源极和漏极。
栅极与源极之间的电压可以控制沟道中的电场分布，从而控制电流的流动。
栅极与漏极之间的电压被称为栅极电压，而漏极与源极之间的电压被称为漏极电压。
二、场效应管的工作原理1. N沟道MOSFETN沟道MOSFET是一种常见的场效应管，其沟道为N型材料。
当栅极电压为0V时，沟道中没有电子流动，处于截止状态；当栅极电压为正值时，形成栅极-沟道电场，使沟道中的N型材料中的电子被推向漏极，形成漏-源电流，处于导通状态。
2. P沟道MOSFETP沟道MOSFET是另一种常见的场效应管，其沟道为P型材料。
当栅极电压为0V时，沟道中没有空穴流动，处于截止状态；当栅极电压为负值时，形成栅极-沟道电场，使沟道中的P型材料中的空穴被推向漏极，形成漏-源电流，处于导通状态。
三、场效应管的应用场效应管具有很多优点，如高输入阻抗、低输出阻抗、功耗小、速度快等，因此在电子电路设计中有着广泛的应用。
以下是场效应管的几个常见应用场景。
1. 信号放大器场效应管可以通过控制栅极电压来调节漏极电流，从而实现信号的放大。
在放大器电路中，场效应管常常作为前置放大器，将输入信号放大后再输出给后续电路。
2. 开关控制场效应管可以作为开关来控制电流的通断。
当栅极电压为高电平时，场效应管处于导通状态，电流可以通过；当栅极电压为低电平时，场效应管处于截止状态，电流无法通过。
因此，场效应管常用于各种开关电路中。
3. 数字逻辑电路由于场效应管的特性，它可以作为数字逻辑门电路的基本单元。
场效应管的用法
场效应管的用法
1. 你知道吗，场效应管可以用来放大信号呢！比如说在音响系统里，场效应管就像是一个大力士，把微小的声音信号变得超级响亮，让我们能尽情享受震撼的音乐，这难道不神奇吗？
2. 嘿，场效应管还能当作电子开关哟！就像家里的电灯开关一样，轻松地控制电流的通断。
比如在自动门的控制电路中，场效应管就能准确地控制门的开关，是不是超厉害呀！
3. 哇塞，场效应管能用来做恒流源呢！这就好比是一条稳定流淌的小溪，持续提供稳定的电流。
在一些需要稳定电流的设备中，它可发挥了大作用，这可真是个宝贝呀！
4. 你晓得不，场效应管在模拟电路中用处可大啦！它就好像是一个出色的演员，能完美地演绎各种角色。
比如在放大器中，它把信号演绎得更出色，简直妙不可言呀！
5. 嘿呀，场效应管可以用于电源管理呢！就像是一个优秀的管家，把电流管理得井井有条。
像手机充电器里就有它的身影，保障充电的稳定，多了不起呀！
6. 哇哦，场效应管在传感器领域也能大显身手呢！可以说它是一个敏感的小侦探，精准地检测各种信息。
比如温度传感器中，它快速而准确地反馈温度变化，太让人佩服啦！
7. 哈哈，场效应管还能用于信号变换哦！它就如同一个神奇的魔术师，把一种信号巧妙地变成另一种信号。
在一些通信设备里，它的这个能力可真是不可或缺呀！
8. 哎呀，场效应管用来驱动电机也很棒呀！就像是一个强劲的车夫，拉着电机飞速运转。
比如在一些机器人中，它让机器人行动自如，太酷了吧！9. 总之，场效应管的用法真是多种多样，在电子世界里无处不在呀，它就像是一个全能的战士，随时准备为我们的科技生活冲锋陷阵！。
1.4 场效应管
1.4 场效应管场效应管的分类及符号结构类型沟道类型种类电路符号结型绝缘栅型SGDSGDSGDSGDSGDSGD N 沟道增强型耗尽型耗尽型P 沟道N 沟道P 沟道耗尽型增强型1.4.1 结型场效应管1.结构栅极DSG漏极源极耗尽层GDS结构示意电路符号PN +N +DSG结构示意SGD电路符号P +P +道N2. 工作原理+gds U GG U DDR dI DR gN －U GS图中U GG 给场效应管的栅极与源极之间的PN 结以反向偏置，因此U GS 为负，I G =0U DD 经漏极电阻R D 加在场效应管的漏极与源极间，使漏极电位高于源极电位，在N 沟道中的多数载流子（电子）将从源极流向漏极，在外电路中形成漏极电流i D 。
i D 的大小受U GS 的控制。
因此，讨论结型场效应管的工作原理，就是讨论U GS 对i D 的控制作用，和U DS 对i D 的影响。
场效应管工作时，需要外加适当的偏置电压，如图示。
N 沟道和P 沟道两种管子的工作原理完全相同，下面以N 沟道结型场效应管为例讨论结型场效应管的工作原理。
（1）U GS 对I D 的控制作用gdsU GGI DR g NR d为了便于讨论，先假U DS =0R dgdsU GGI DR gN可见，当U GS 由零向负值增大时，PN 结阻挡层加厚，沟道变窄，电阻增大。
当U GS 的负值再进一步增大，当两个PN 结阻挡层在中间合拢，则沟道消失，称为沟道被“夹断”了，此时对应的U GS =U P ，称为夹断电压。
它是耗尽型管子的一个重要技术参数。
上述分析表明，改变U GS 的大小，可以有效的控制沟道电阻的大小。
若在漏源极间加一固定电压U DS ，则漏极流向源极的电流i D 将受U GS 的控制，U GS 增大时，沟道电阻增大，i D 减小。
g d sU GGU DD R dI DR gN U DS =U GS －U P Agd s U GG U DDR d I DR gNU DS ＜U GS －U P（2）U DS 对I D 的影响（U GS 为定值）但由于夹断处电场很强，仍能将电子拉过夹断区，形成漏极电流。
模电课件场效应管
智能化的需求将推动场效应管 与微处理器、传感器等其他器 件的集成，实现系统级封装。
对未来的展望
场效应管在未来将继续在电子设备中 发挥重要作用，特别是在通信、计算 机、消费电子等领域。
未来场效应管的发展将更加注重环保 和可持续发展，采用更加节能、环保 的材料和工艺，降低生产成本，推动 产业可持续发展。
当前市场上的场效应管产品种类繁多，性能稳定可靠，能够满足不同领域的需求。
随着技术的不断进步，场效应管的性能指标也在逐步提高，如开关速度、工作频率 等。
未来发展趋势
随着电子设备小型化、轻量化 的发展趋势，场效应管也将继 续朝着微型化、集成化的方向 发展。
新型材料和工艺的应用将为场 效应管的发展带来新的机遇和 挑战，如碳纳米管、二维材料 等。
随着技术的不断创新和市场需求的不 断变化，场效应管的应用领域也将不 断拓展。
THANKS
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噪声特性
总结词
描述了场效应管在工作时产生的噪声 水平。
详细描述
噪声特性是指场效应管在工作时，由 于内部电子运动的随机性而产生的噪 声。噪声的大小对信号的传输质量有 重要影响。
05
场效应管的选用与注意事项
选用原则
根据电路需求选择合适的场效应管类型
根据电路的电压、电流和频率要求，选择合适的场效应管类型，如N沟道、P沟道等。
功率放大器
将场效应管作为功率放大 元件，用于音频、视频等 信号的功率放大。
跨导放大器
利用场效应管的跨导特性， 将输入的电压信号转换为 电流信号，用于信号的线 性放大。
在振荡器中的应用
负阻振荡器
利用场效应管的负阻特性， 与电容、电感等元件一起 构成振荡电路，产生振荡 信号。
场效应管工作原理与应用
ID/mA VDS = VGS – VGS(th)
VGS = 5 V 4.5 V 4V 3.5 V
VGS > VGS(th)
V DS > VGS – VGS(th)
O
VDS /V
ID 只受 VGS 控制，而与 VDS 近似无关，表现出类似 三极管的正向受控作用。 考虑到沟道长度调制效应，输出特性曲线随 VDS 的增加略有上翘。
第3章
3.1
3.2 3.3
场效应管
MOS 场效应管
结型场效应管 场效管应用原理
1
概
述
场效应管是另一种具有正向受控作用的半导体器件。
它体积小、工艺简单，器件特性便于控制，是目前制造
大规模集成电路的主要有源器件。
场效应管分类：
MOS 场效应管 结型场效应管
场效应管与三极管主要区别：
• 场效应管输入电阻远大于三极管输入电阻。 • 场效应管是单极型器件(三极管是双极型器件)。
2
3.1
MOS 场效应管
N 沟道(NMOS) P 沟道(PMOS)
增强型(EMOS)
MOSFET 耗尽型(DMOS)
N 沟道(NMOS) P 沟道(PMOS)
N 沟道 MOS 管与 P 沟道 MOS 管工作原理相似， 不同之处仅在于它们形成电流的载流子性质不同，因此 导致加在各极上的电压极性相反。
O V –V GS GS(th)
VDS
曲线形状类似三极管输出特性。
9
MOSFET 工作原理：
利用半导体表面的电场效应，通过栅源电压 VGS 的变化，改变感生电荷的多少，从而改变感生沟道的 宽窄，控制漏极电流 ID 。 • MOS 管仅依靠一种载流子 ( 多子 ) 导电，故称单极 型器件。 • 三极管中多子、少子同时参与导电，故称双极型器件。
场效应管的功能工作原理
场效应管的功能工作原理
场效应管（FieldEffectTransistor），简称FET，也叫BJT
或双极型晶体管。
场效应管是由金属—氧化物半导体（MOS）构
成的一种新型半导体器件，具有开关速度快，驱动电路简单，输入阻抗高，在低电压小信号工作时可获得高灵敏度和高稳定性等特点。
在高压、大电流、大功率开关电路中应用越来越广泛。
随着以FET为基础的集成电路（IC）的迅速发展，它在电力电子开关、功率放大电路、频率控制电路和数字电路中得到了广泛的应用。
1.场效应管的特点
（1）场效应管是由半导体材料制成的，因此它对外界条件（如温度、电场）具有很强的敏感性。
尤其是当温度变化时，晶体管特性将发生较大变化。
这对半导体材料和制造工艺提出了严格的要求。
（2）场效应管是一种双极型晶体管。
它有两个电流源：一
个是基区电流源，称为源极输出电流；另一个是沟道区电流源，称为漏极输出电流。
它的基区和沟道分别用两个半导体材料制成。
—— 1 —1 —。
模拟电子技术(第四版)课件：场效应管及其应用
场效应管及其应用
图 3.5 增强型MOS (a) N沟道结构图; (b) N沟道符号; (c) P沟道符号
场效应管及其应用 2)
如图3.6所示电路,在栅、源之间加正向电压uGS,漏源之间 加正向电压uDS。当uGS=0时,漏极与源极之间形成两个反向连接
的PN结, 其中一个PN结是反偏的, 故漏极电流为零。
场效应管及其应用 图3.2 N沟道结型场效应管工作原理
场效应管及其应用 2．
场效应管的特性曲线分为转移特性曲线和输出特性曲线。
1)
在uDS一定时,漏极电流iD与栅源电压uGS之间的关系称为转
移特性。 即
iD f (uGS ) |uDS常数
(3.1)
图3.3为N沟道结型场效应管的转移特性曲线。当uGS=0时, iD 最大, 称为饱和漏极电流, 并用IDSS表示。当|uGS|增大时, 沟道电阻 增大, 漏极电流iD减小；当uGS=UGS（off）时, 沟道被夹断, 此时iD=0。 UGS（off）称为夹断电压。
1)
图3.5（a）为N沟道增强型绝缘栅场效应管的结构图。它 是在一块P型硅半导体衬底上, 用扩散方法形成两个高掺杂浓度 的N型区, 并用金属导线引出两个电极作为场效应管的漏极和源 极;在P型衬底表面上生成一层很薄的绝缘层（SiO2）, 再覆盖 一层金属薄层并引出一个电极作为场效应管的栅极。 栅场效应管电路符号如图3.5（b）所示，P沟道增强 型绝缘栅场效应管电路符号如图3.5（c）所示。
7）跨导gm 在uDS为定值的条件下, 漏极电流变化量与引起这个变化
的栅源电压变化量之比, 称为跨导或互导, 即
场效应管及其应用
gm
diD duGS
uDS 常数
gm是转移特性曲线上工作点处斜率的大小,反映了栅源电压 uGS对漏极电流iD的控制能力。gm是衡量场效应管放大能力的重 要参数,gm越大, 场效应管放大能力越好,即uGS控制iD的能力越 强。 gm可以从转移特性曲线上求取, 也可以从输出特性曲线上
场效应管和mos管用途
场效应管和mos管用途场效应管和MOS管都是一种用于电子器件中的晶体管类型。
它们具有不同的结构和工作原理，因此在不同的应用领域有着不同的用途。
场效应管（Field-Effect Transistor，简称FET）是一种基于电场调控导电的晶体管。
它包括三个电极：源极（Source）、栅极（Gate）和漏极（Drain）。
栅极与源极之间通过绝缘层隔开，形成一个可以控制漏极电流的电场。
场效应管的导电主要是通过控制栅极电压和电场来改变栅极-漏极之间的电阻，从而控制漏极电流。
场效应管的用途如下：1. 放大器：场效应管可以作为放大器使用，放大小信号电压或电流。
它具有高输入阻抗和低输出阻抗的特点，适用于放大弱信号，如音频放大器、射频放大器等。
2. 开关：场效应管可以用作开关，控制高电压或大电流的通断。
它具有快速响应和低驱动电流的特点，适用于高频开关电路、电源开关等。
3. 数字逻辑电路：场效应管可以用于构建数字逻辑电路，实现逻辑门和存储器的功能。
通过控制栅极电压来改变导通状态，实现逻辑运算和存储功能。
MOS管（Metal-Oxide-Semiconductor，简称MOSFET）是一种场效应管的特殊类型。
它的栅极是由金属、氧化物和半导体组成的结构。
MOS管与普通场效应管相比具有更高的性能和更广泛的应用。
MOS管的用途如下：1. 集成电路：MOS管广泛用于集成电路中的逻辑门、存储器和微处理器等。
它具有体积小、功耗低、集成度高的特点，适用于大规模集成电路的制造。
2. 电源管理：由于MOS管具有低导通电阻和快速开关速度，被广泛用于电源管理领域。
它可以用于电源开关、开关电源、DC-DC变换器等，提高电能转换的效率。
3. 通信产品：MOS管可以用于手机、电视、电脑等通信产品中的调制解调器、射频放大器等。
它能够提供高频率、高速传输的特点，满足通信产品对性能的要求。
总之，场效应管和MOS管是电子器件中常见的晶体管类型，它们在放大器、开关、数字逻辑电路等方面具有广泛的用途。
模拟电子技术1.4 场效应管.ppt
场效应管图片
半导体三极管图片
1.4.1 结型场效应管
一、结型场效应管的结构
N沟道结型场效应管： 在同一块N型半导体上制作两个高掺杂的P区，并将
这两个P区连接在一起，引出一个电极（栅极g），在N 极两端各引出一个电极（漏极d和源极s）
导电 沟道
场效应管的输入电阻很高，远远超过BJT。即外加电压 时，输入电流近似为0，因此外加工作电压，应保证栅源之 间耗尽层承受反向电压.
存在一定宽度的导电沟道
①UDS=0，ID=0
预夹断：UDS=UGS-UGS(off)
②UDS增大进入预夹断之前，电流iD随UDS的增大而线性增大
③UDS增大进入预夹断形成漏极饱和电流IDSS
④UDS增大进入夹断区后，电流 iD表现出恒流特性。
同样的UDS，增大|UGS|，由于导电沟道变窄，电流iD减小。
增强型N沟道 耗尽型N沟道
增强型P沟道 耗尽型P沟道
说明：
1、栅极和沟道用短线隔开，表示绝缘栅； 2、箭头：衬底与沟道之间由P区指向N区； 3、D、S之间是沟道：
虚线：增强型MOS管； 实线：耗尽型MOS管。
二、N沟道增强型MOS管的工作原理
在通常情况下，源极一般与衬底相连，即UBS=0。
为保证N沟道增强型MOS管正常工作，应保证：
在UGS=0V时ID=0，只有当UGS＞UGS(th)后才会出现 漏极电流，这种MOS管称为增强型MOS管。
增强型：UGS=0时管子内没有原始的导电沟道，漏极电 流是逐渐增大的。
耗尽型： UGS=0时管子有原始的导电沟道，只要漏源之 间加正电压，就存在漏极电流。因此，漏极电流是逐渐 减小的。
2、UDS对沟道导电能力的控制
①UDS=0，ID=0 ②UDS从零开始增大 存在漏极电流，漏源之间的导电沟道具有一定电阻，因 而漏源电压UDS沿沟道递降 ，造成漏端电位高于源端电位。 近漏端PN结上的反向偏压大于近源端，因而近漏端 耗尽层宽度大于近源端。即靠近漏极处的耗尽层厚度加 宽，沟道变窄，从左至右呈楔形分布。
第1章_1.4 场效应管(Qchsh_2012)
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NANJING UNIVERSITY OF INFORMATION SCIENCE & TECHNOLOGY
工作原理：
N沟道和P沟道结型场效应管的工作原理完全相同，现以N沟道结型场效应 管为例，分析其工作原理。
（1） uDS=0时，uGS 对沟道的控制作用：
uGD<UGS（off）
VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的 电阻，iD几乎不变，进入恒流区，iD几乎 仅仅决定于uGS。
但当uDS增加到大于某一极限值(用u(BR)DS表示)后，漏极一端PN 结上反向电压将使PN结发生雪崩击穿，iD会急剧增加，正常工作时 uDS不能超过u(BR)DS。
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③ 预夹断前，即uDS较小时，iD与uDS间基本呈线性关 系；预夹断后，iD趋于饱和。
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2. 结型场效应管的特性曲线
JFET的特性曲线有两条，一是转移特性曲 线，二是输出特性曲线。
uGD＝UGS（off）
预夹断
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(e)若uDS继续增加，耗尽层合拢部分会继续增长，即向源极方向 延伸，夹断区的电阻越来越大，但漏极电流iD不随uDS的增加而增加, 基本上趋于饱和，原因是：这时夹断区电阻很大，uDS的增加量主要 降落在夹断区电阻上，沟道电场强度增加不多，因而iD基本不变， 进入恒流区。
场效应管原理及应用
转;场效应管的工作原理及应用1场效应管的工作原理及应用场效应管（用FET表示）与晶体管的控制机理不同，它是利用输入电压去控制输出电流的一种半导体器件。
根据结构和工作原理不同分为绝缘栅型（又称MOS管或MOS－FET）场效应管和结型（JFET）场效应管两大类型。
与晶体管相比，它具有输入电阻高，制造工艺简单，特别适合大规模集成等诸多优点，因此得到了广泛的应用。
1.FET的工作原理和放大作用为了说明FET的工作原理和放大作用，我们先从一个简单而实用的亮度调整电路谈起。
图1是一个用MOSFET构成的亮度调整由路。
由图1可见。
如果我们旋动调节旋钮（调节图中RW电位器）就可以改变MOSFET的输入电压VGS，实现控制灯泡电流、改变灯光亮度的目的。
电阻R1和R2的阻值决定了控制电压的范围，R1主要决定输入控制电压VGS的最大值，R2主要决定输入控制电压VGS的起始值。
由于R1和R2的值可取得很大，因此可减少控制回路的电流，节省电能。
并联在输入端的稳压二极管D2用来限制输入控制电压VGS，使 VGS不超过1OV，以保护 MOSFET。
那么 MOSFET是如何实现用输入电压VGS去控制输出电流ID的呢？又为什么电路中的 R1和R2可选得很大呢？这正是由MOSFET的控制机理和结构来实现的。
MOSFET有N沟道和P沟道两种类型，每种类型又分为增强型和耗尽型，即N为道增强型、N沟还耗尽型、P沟道增强型和P为道耗尽型四种MOS管，我们在图1光度调整电路中所采用的MOS管为N沟道增强型MOSFET。
它的结构及符号如图2（a）、（b）所示。
它是在一块P 型硅片上扩散两个相距很近的高掺杂N型区（用N＋表示），并分别从两个N型区上引出两个电极，分别称为源极（用S表示）和漏极（用D表示），在源区和漏区之间的衬底表面覆盖一层很薄的绝缘层，再在这绝缘层上覆盖一层金属薄层，形成栅极（用G表示），因此，栅极与其它两电极之间是绝缘的，故输入电阻极高。
第四节 场效应管讲解
S
V UDS
S
ID f (UGS) UDS 常 数
UGS = 0 ，ID 最大； ID
VDD
UGS UGS
愈负，ID 愈小； = UP，ID 0。
IDSS
图 1.4.5 特性曲线测试电路
UP
O UGS
图 1.4.6 转移特性
两个重要参数
夹断电压 UP (ID = 0 时的 UGS) 饱和漏极电流 IDSS(UGS = 0 时的 ID)
图 1.4.6(b) 漏极特性
漏极特性也有三个区：可变电阻区、恒流区和击穿 区。
第一章 半导体器件 场效应管的两组特性曲线之间互相联系，可根据漏
极特性用作图的方法得到相应的转移特性。
ID/mA UDS = 15 V
ID/mA UDS = 常数 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
UGS = 0 0.4 V
种类
绝缘 耗 栅型 尽 N 沟道 型
增 强 型 绝缘 栅型 P 沟道 耗 尽 型
第一章 半导体器件
符号
转移特性
D ID
B G
S
ID
ID
IDSS
UGS
UP O
O
D ID
B G
S D
ID
B G
S
UT O ID UGS
ID O
UP
UGS IDSS
漏极特性
+ UGS=0 _ _
UDS
_
+ +
o
_ _ _
o
N+
N+
子感应的负电荷减少，导电
沟道变窄，ID 减小； UGS = UP , 感应电荷被
“耗尽”，ID 0。
1.4 场效应管及其基本应用
解： 设FET工作在放大状态，则可列出
U GSQ I DQ RS U GSQ 2 I DQ I DSS (1 ) U GS(off)
代入元件参数，求解得两个解为 IDQ=4mA 和IDQ＝1mA
由IDQ=4mA，得UGSQ= 4mA×2k= 8V，其值小于UGS(off) ， 对应的IDQ应为零，可见不合理，应舍弃。方程解应为
2.9a b 2.10c d
1.4.3 场效应管的主要参数
1. 开启电压 UGS(th)(增强型) 夹断电压 UGS(off)(耗尽型) IDSS
iD /mA
uGS /V
2. 饱和漏极电流 IDSS 耗尽型场效应管在 uGS = 0 时 所对应的饱和漏极电流。
UGS(off)
OU GS(th)
3. 直流输入电阻 RGS 指漏源间短路的情况下，栅、源间加一定电压时的 栅源直流电阻。
性曲线，判断管子类型，确定UGS(th) 、UGS(off) 、
IDSS 等参数。
作业：P87 2.12
自学： 2.3.5 场效应管伏安特性的Multisim 仿真 知识拓展
gm
2 U GS(off)
I DSS I DQ
2 4mA 1mA 1mS 4V
例1.4.3 解续：
（2）画出放大电路的交流通路和小信号等效电路
例1.4.3 解续：
（ 3） 求 uo
uo= gm ugs RD = gm us RD
1 12 20 sin t mV 240 sin t mV
栅源电压为零时存在原始导电沟道的场效应管称为耗尽型场
效应管；无原始导电沟道，只有在uGS绝对值大于开启电压 uGS(th)绝对值后才能形成导电沟道的，称为增强型场效应管。
场效应管的功能
场效应管的功能
嘿，朋友们！今天咱来聊聊场效应管这玩意儿。
你看啊，场效应管就像是一个特别会控制电流的小能手。
它呀，能根据我们的需要，精准地调节电流的大小和流动方向。
我记得有一次，我和几个朋友在捣鼓一个小电路。
其中一个朋友就问：“这玩意儿是干啥的呀？”我笑着说：“嘿，这就是咱电路里的大功臣场效应管呀！”
另一个朋友好奇地凑过来：“那它到底怎么个厉害法呢？”我想了想，说：“你就把它想象成一个智能的水龙头，电流就像是水。
它能控制水流出多少，啥时候流，是不是很神奇呀！”大家都恍然大悟地点点头。
在很多电子设备里呀，场效应管都发挥着大作用呢。
比如说在我们的手机里，它能让信号传输得更稳定；在电脑里呢，能保证各个部件正常工作。
有一次我去修电脑，那个师傅就指着一块电路板说：“瞧见没，这里面就有场效应管，要是它出问题了，这电脑可就没法好好工作啦。
”我当时就想，这小小的场效应管还真是不可或缺呀。
而且哦，场效应管还特别耐用。
就像一个勤劳的小蜜蜂，一直默默地工作着，不怎么会出毛病。
咱再说说它的种类，那也是五花八门的。
有结型场效应管，还有绝缘栅型场效应管等等。
每种都有自己独特的本领和用途呢。
“哎呀，那我们怎么选合适的场效应管呀？”有朋友问。
“这就得根据具体的需求啦，就像你选鞋子，得合脚才行嘛。
”我笑着回答。
总之呢，场效应管就是电子世界里的一个小精灵，默默地为我们的各种电子设备服务着。
它虽然小小的，可作用却是大大的。
可别小瞧了它哟！。
场效应管应用
场效应管应用
场效应管（FET）是一种半导体器件，可以用作放大器、开关和电阻器。
以下是几个常见的场效应管应用：
1. 放大器：FET是一种高输入阻抗的放大器，可以用于放大低电平信号。
因此，它们广泛用于音频和射频放大器中。
2. 开关：FET具有非常快的开关速度，可以在高频率下进行开关操作。
它们可以用于数字逻辑电路、计算机存储器、通信和雷达系统等。
3. 电阻器：FET可以被用作可变电阻器，在调节电路中使用。
通过改变门极电压，可以改变FET的电阻值。
4. 场效应管放大器：FET放大器通常用于高频放大器和低噪声放大器。
它们可用于天线、收音机等广播和通信应用。
5. 锁相环：场效应管被用于锁相环电路，以产生稳定而精确的时钟信号。
6. 混频器：FET可以用于混频器电路，将两个不同频率的信号合并在一起。
它们可用于通信和雷达系统。
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1.4.4 场效应管基本应用电路及其分析
基本应用：放大电路、电流源电路、 压控电阻、开关电路 FET 放大电路分析方法：公式法计算 Q点， 小信号模型法动态分析。
场效应管的小信号模型
4.2
下图中， RG=1MΩ ， RS=2kΩ ， RD=12kΩ ， VDD=20V 。 FET的IDSS=4mA，UGS(off)=4V，求 UGSQ、IDQ 和UDSQ 。
沟道全夹断 iD = 0
提示： 1. FET和BJT两者的饱和 区含义、特性不同。 2. 全夹断与预夹断不同。
（2) 转移特性 i D f ( uGS ) uDS 常数
饱和区时， 为一族重叠曲线
uGS 2 i I ( 1 ) 当EMOS管工作于放大区时，电流方程为 D DO U GS (th)
§1.4
场效应管概述
场效应管
1.4.1 结型场效应管的结构、工作原理及伏安特性 1.4.2 MOS场效应管的结构、工作原理及伏安特性
1.4.3 场效应管的主要参数 绝缘栅型场效应管
1.4.4 场效应管基本应用电路及其分析
场效应管概述
为何要学场效应管？ FET (Field Effect Transistor)优点： (1) 输入阻抗高 (108 以上，IGFET 可高达 1015 ) (2) 噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、工艺简单、 功耗小、宜大规模集成。 结型 （JFET型即 (Junction Field Effect Transistor) 类 型 金属－氧化物－半导体型（MOSFET 型即 Metal－Oxide－Semiconductor type Field Effect Transistor） N沟道 P沟道 N沟道 P沟道 增强型 耗尽型 增强型 耗尽型
4 uGS /V
iD /mA uGS = – 8 V
–6V –4V –2V
iD /mA
UGS(th)
–2O
O
－ uDS /V
uGS /V
O
－
0V I 2 V DSS 4V u /V O
DS
例1.4.1 有四种场效应管，其输出特性或饱和区转移特性分别如 图所示，试判断它们各为何种类型管子？对增强型管， 求开启电压UGS(th) ；对耗尽型管，求夹断电压UGS ( off ) 和饱和漏极电流IDSS 。
1.4.1 结型场效应管的结构、工作原理及伏安特性
一、结构与符号
为耗尽型FET
NJFET
PJFET
二、工作原理
栅源电压必须使 PN结反偏，以保证 输入电阻很高。
三、伏安特性
N 沟道结型FET iD /mA uGS =0V
-1 V -2 V -3 V O
iD /mA
UGS(off)
–3 O
IDSS uGS /V
uDS /V
P 沟道结型FET
iD /mA uGS = 0 V
1V 2V 3V O － uDS /V
iD /mA IDSS
O
UGS(off)
3 uGS /V
当工作于放大区时, iD I DS S(1
uGS U GS (off)
)2
1.4.2 MOS场效应管的结构、工作原理及伏安特性
一、N 沟道增强型 MOSFET 1. 结构与符号
性曲线，判断管子类型，确定UGS(th) 、UGS(off) 、
IDSS 等参数。
作业：P87 2.12
自学： 2.3.5 场效应管伏安特性的Multisim 仿真 知识拓展
2.9a b 2.10c d
1.4.3 场效应管的主要参数
1. 开启电压 UGS(th)(增强型) 夹断电压 UGS(off)(耗尽型) IDSS
iD /mA
uGS /V
2. 饱和漏极电流 IDSS 耗尽型场效应管在 uGS = 0 时 所对应的饱和漏极电流。
UGS(off)
OU GS(th)
3. 直流输入电阻 RGS 指漏源间短路的情况下，栅、源间加一定电压时的 栅源直流电阻。
预夹断发生之前， uDS近似与 iD成正比 预夹断发生之后，当uDS增大时， iD 不变
因为预夹断发生之后： uAS为常数，且A、S间 的沟道电阻近似为常数
3. 伏安特性
(1) 输出特性
i D f ( uDS ) u
放大区(饱和区) 恒流、线性放大
GS 常数
可变电阻区（非饱和区） 压控电阻 临界线为uDS = uGS UGS(th)， uDS >uGS UGS(th),放大区， uDS <uGS UGS(th),可变电阻区。 截止区 uGS UGS(th)
例1.4.3
图示场效应管放大电路中，us =20sinωt mV，场效应 管的IDSS=4mA，UGS(off)= 4V，电容CS对输入交流信 号可视为短路，试求交流输出电压uo的表达式。
（1）求 IDQ 、gm 解： 该电路的直流通路及其 参数与例2.3.2中相同，故 IDQ＝1mA 由耗尽型场效应管 gm计算公式得
零
零
当场效应管工作于饱和区时，对于耗尽型管有
uGS 2 i D I DSS (1 ) U GS(of f )
gm
对于增强型管有
2
U GS(off)
I DSS I DQ
uGS iD I DO ( 1)2 U GS (th)
gm
2 U GS(th)
I DO I DQ
IDO是 uGS = 2UGS(th) 时的 iD 值
IDQ＝1mA UGSQ = (1×2)V = 2V
例1.4.2 解续：
由电路可得 由于 UDSQ =[20 1×(12+2)]V= 6V UDSQ＞ UGSQ UGS(off) = 2V+4V = 2V
因此假设正确，计算结果有效，故 UGSQ = 2V ，IDQ＝1mA ，UDSQ = 6V
8. 最大漏极功耗 PDM
PD = uDS iD
*FET小结
FET 是利用栅源电压改变导电沟道的宽窄来控 制漏极电流的。由于输入电流极小，故称为电压控制
型器件，而BJT则称为电流控制型器件。
FET有耗尽型和增强型之分，耗尽型存在原始导
电沟道，而增强型只有在栅源电压绝对值大于开启电
压绝对值后，才会形成导电沟道。各类场效应管均有 N沟道和P 沟道之分，故共有六种类型场效应管。注 意比较它们的符号、伏安特性、工作电压极性要求。
uGS 取正、负、零都可以，因此使用更方便。
三、P 沟道 MOSFET
P 沟道增强型 iD G D B S 结构对偶 N 沟道耗尽型 iD G S P 沟道耗尽型
iD
G
D
B
S
N 沟道增强型 S G D N+ N+
D
B
iD G
D
B S
P型衬底 B
MOSFET 伏安特性的比较
N 沟道增强型MOSFET iD /mA iD /mA uGS = 8 V 6V U GS(th)
2. 工作原理
（1) uGS 对输出电流iD 的控制作用 a. uGS = 0 ，无导电沟道。 b. uGS 加正电压，当uGS UGS(th) 时，栅极表面层形成导电沟道 开始形成导电沟道所需的栅源电压称为开启电压（ UGS(th) ） c. 增大uGS ，则导电沟道加宽。 改变uGS可控制导电沟道的宽窄， 从而控制输出电流iD的大小。
2 U GS(th)
I DO I DQ
IDO是 uGS = 2UGS(th) 时的 iD 值
1.4.3 场效应管的主要参数
5. 漏源动态电阻 rds
rds
duDS d id uGS 常 数
饱和时 rds 一般为几十千欧 ～几百千欧 6. 漏源击穿电压U(BR)DS
7. 栅源击穿电压U(BR)GS
例1.4.1 解：
N沟道DMOS管 UGS( off ) = 4V，IDSS＝2mA
P沟道EMOS管 UGS( th) = 2V
例1.4.1 解续：
N沟道结型场效应管
UGS( off) = 4V，IDSS＝4mA
N沟道DMOS管 UGS( off) = 4V， IDSS＝2mA
作业： P87
简称NEMOS管
栅极绝缘，输入电阻很 高，输入电流为零。
2. 工作原理
（1) uGS 对输出电流iD 的控制作用 a. uGS = 0 ，无导电沟道。 b. uGS 加正电压，当uGS UGS(th) 时，栅极表面层形成导电沟道 开始形成导电沟道所需的栅源电压称为开启电压（ UGS(th) ） c. 增大uGS ，则导电沟道加宽。 +
4V 2V O
N 沟道耗尽型MOSFET iD /mA uGS = 2 V
0V -2 V -4 V
O
iD /mA
UGS(off) IDSS
– 4 O u /V GS
uDS /V
2 uGS /V
uDS /V
P 沟道增强型MOSFET
P 沟道耗尽型MOSFET iD /mA uGS = – 2 V iD /mA UGS(off)
> 108
1.4.3 场效应管的主要参数
4. 低频跨导 gm iD /mA
gm
diD duGS
Q
uDS 常数
uGS /V O
反映了uGS 对 iD 的控制能力， 单位 S(西门子)，一般为几毫西 (mS)。 耗尽型管放大工作时
gm
2 U GS(off)
I DSS I DQ
增强型管放大工作时 g m
DS 间的电位差使沟道呈锥形， 靠近漏极端的沟道最窄。
当uGD = UGS(th) 时，漏极附近 反型层消失，称为预夹断。