结型场效应管
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4 场效应管放大电路
4.1 结型场效应管
4.2 金属-氧化物-半导体场效应管 4.3 场效应管放大电路 4.4 各种放大器件电路性能比较
4.1结型 场效应管
4 场效应管放大电路
晶体管工作在放大区时，输入回路 PN 结正偏，输入阻抗小， 且是一个电流控制的有源器件。
场效应管也是一种具有 PN 结的正向受控作用的有源器件， 它是利用电场效应来控制输出电流的大小，其输入端 PN 结一 般工作于反偏状态或绝缘状态。输入电阻很高。
4.2 MOSFET
二、耗尽型MOSFET
1. N沟道耗尽型MOSFET结构与工作原理
（1）结构：
N沟道耗尽型MOS管的结构示意图及符号
增强型NMOS管在uGS=0时,管内没有导电沟道。耗尽型则 不同,它在uGS=0时就有导电沟道,它的导电沟道是在制造过程 中就形成了的。
4.2 MOSFET
1. N沟道耗尽型MOSFET结构与工作原理
若利用JFET作为开关，则工作在截止区，即相当于开关打开。 4）击穿区 随着uDS增大，靠近漏区的PN结反偏电压uDG也随之增大。
4.1结型 场效应管
3. 主要参数
① 夹断电压VP (或VGS(off))： 漏极电流约为零时的VGS值 。 ② 饱和漏极电流IDSS： VGS=0时对应的漏极电流。 ③ 低频跨导gm： 低频跨导反映了vGS对iD的控制作用。gm 可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子)。
沟道电阻 ID基本不变
4.1结型 场效应管
综上分析可知
• 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。
• JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因 此iG0，输入电阻很高。 • JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制 • 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后， iD趋于饱和。
4.2 MOSFET
4.2 金属-氧化物-半导体场效应管
一、增强型MOSFET
二、耗尽型MOSFET 三、各种类型MOS管的符号及特性对比
4.2 MOSFET
一、增强型MOSFET
1. N沟道增强型MOSFET结构与工作原理
（1）结构：
N沟道增强型MOS场效应管的结构示意图及符号
4.2 MOSFET
4.1结型 场效应管
4 场效应管放大电路
分类：
JFET 结型 MOSFET (IGFET) 绝缘栅型 N沟道
（耗尽型） N沟道
FET 场效应管
P沟道 增强型
P沟道 N沟道 P沟道
耗尽型
4.1结型 场效应管
4.1 结型场效应管
一、 JFET的结构和工作原理
结构 工作原理
二、 JFET的特性曲线及参数
放大区。其主要特征为： uGS对iD的控制能力很强 ，uDS的变化对iD影响很小。 2）可变电阻区 与双极型晶体管不同，在JFET中，栅源电压uGS对iD上升的斜 率影响较大，随着|UGS|增大，曲线斜率变小，说明JFET的输出电 阻变大。 3） 截止区 当|UGS|>|UP|时，沟道被全部夹断，iD=0，故此区为截止区。
4.2 MOSFET
2. N沟道增强型MOS管特性曲线
（2）输出特性 分为恒流区、可变电
阻区、截止区和击穿区。
其特点为： 1)截止区：UGS≤UT，导电
沟道未形成，iD=0。
2)恒流区： 曲线间隔均匀，uGS对iD控制能力强。uDS对iD的控制能力弱，曲 线平坦。 3)可变电阻区： uGS越大，rDS越小，体现了可变电阻 4）击穿区： 随着uDS增大，靠近漏区的PN结反偏电压uDG也随之增大。
4.2 MOSFET
1. N沟道增强型MOSFET结构与工作原理
（2）工作原理：
(a)uGS >UT 出现N型沟道
(b)uDS较小时 iD迅速增大
(c )uDS较大出现时
iD趋于饱和
uDS增大时增强型MOS管沟道的变化过程
在正的漏极电源uDS作用下，将有iD产生。把在uDS作用下 开始导电的uGS叫做开启电压UT。
① VGS对沟道的控制作用
当VGS＜0时 PN结反偏 耗尽层加厚 沟道变窄。
VGS继续减小，沟道 继续变窄
当沟道夹断时，对应
的栅源电压VGS称为夹断 电压VP （ 或VGS(off) ）。
对于N沟道的JFET，VP <0。
4.1结型 场效应管
2.工作原理
（以N沟道JFET为例）
② ③V V 对沟道的控制作用 和VDS同时作用时 DS GS
1. N沟道增强型MOSFET结构与工作原理
（2）工作原理： 增强型NMOS管在uGS=0时,两 个重掺杂的N+源区和漏区之间被P 型衬底所隔开,就好像两个背向连 接的二极管。这时不论漏极、源极 间加何种极性电压,总有一个PN结 处于反向偏置,所以漏极、源极之 间只有很小的反向电流通过,可以 认为增强型NMOS管处于关断状态 UGS＞UT时形成导电沟道
4.2 MOSFET
3. P沟道绝缘栅场效应管(PMOS)
PMOS管也有两种:增强型和耗尽型。增强型PMOS
管在工作时为了在漏源极之间形成P型沟道,栅源极之间 电压uGS必须为负,而且漏源极电压uDS及漏极电流iD也与 NMOS管的相反。
4.2 MOSFET
三、各种类型MOS管的符号及特性对比
1.各种类型MOS管符号对比
4.2 MOSFET
wenku.baidu.com
2.各种类型MOS管特性对比
4.2 MOSFET
2.各种类型MOS管特性对比
4.2 MOSFET
2.各种类型MOS管特性对比
(a)转移特性
(b)输出特性
当VGS=0时， VDS ID G、 D 间 PN结的反向电 导电沟 当VP <V <0 时， GS 压增加，使靠近漏极处的 道更容易夹断， 对于同样 耗尽层加宽，沟道变窄， 的VDS ， ID的值比VGS=0时 从上至下呈楔形分布。 的值要小。 当VDS增加到使VGD=VP 时，在紧靠漏极处出现预 在预夹断处 夹断。 VGD=VGS-VDS =VP 此时VDS 夹断区延长
iD gm vGS
VDS
2 I DSS (1
或
gm
vGS ) VP
VP
（ 当VP vGS 0时 ）
④ 输出电阻rd：
rd
vDS iD
VGS
网赚 www.dadi2.com 网赚论坛 0 吺囬圡
4.1 结型 场效应管
3. 主要参数
⑤ 直流输入电阻RGS： 对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107Ω。 ⑥ 最大漏源电压V(BR)DS ⑦ 最大栅源电压V(BR)GS ⑧ 最大漏极功耗PDM
4.2 MOSFET
2. N沟道耗尽型MOS管特性曲线
（2）输出特性
(1)转移特性曲线
N沟道耗尽型MOSFET管的电流方程与增强型管是一样的， 不过其中的开启电压应换成夹断电压UP。经简单变换，耗尽型 NMOSFET的电流方程为 vGS 2 iD I DSS (1 ) (VP vGS 0) VP
场效应管根据结构不同分为两大类：
6 9 10 ~ 10 结型场效应管 (JFET) 输入阻抗
绝缘栅场效应管 (IGFET)
10 输入阻抗
12
~ 1014
在 IGFET 中又有多种类型，目前应用最广泛的是以二氧 化硅 Si O2 为绝缘层的场效应管，称为金属－氧化物－半导体场
效应管(MOSFET,Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) 。
由于uGS=0时就存在原始沟道，所以只要此时uDS>0，
（2）工作原理：
就有漏极电流。如果uGS >0,指向衬底的电场加强，沟道 变宽，漏极电流iD将会增大。反之，若uGS <0，则栅压产 生的电场与正离子产生的自建电场方向相反，总电场减弱，
沟道变窄，沟道电阻变大， iD减小。当uGS继续变负，等
于某一阈值电压时，沟道将全部消失， iD =0，管子进入 截止状态。
4.2 MOSFET
2. N沟道增强型MOS管特性曲线
(1)转移特性曲线 主要特点如下:
当0＜uGS≤UT时,iD=0。
尽管uGS＞0,但无栅流。 当uGS＞UT时,导电沟 道形成,iD＞0。
uGS iD I D 0 ( 1)2 VT
(uGS VT )
式中I D 0是uGS 2VT时的iD值
输出特性 转移特性 主要参数
4.1结型 场效应管
一、JFET的结构和工作原理 1.结构：
N沟道管：电子电导，导电沟道为N型半导体
P沟道管：空穴导电，导电沟道为P型半导体
结型场效应管的结构示意图及其表示符号
(a)N沟道JFET；(b)P沟道JFET
4.1结型 场效应管
2.工作原理
（以N沟道JFET为例）
4.1结型 场效应管
二、 JFET的特性曲线及参数
iD f ( vGS ) vD Sconst.
1. 转移特性
VP
vGS 2 iD I DSS (1 ) VP
(VP vGS 0)
2. 输出特性
iD f ( vDS ) vGSconst.
4.1结型 场效应管
输出特性
输出特性曲线表达以UGS为参变 量时iD与uDS的关系。根据特性曲线 的各部分特征,分为四个区域： 1)恒流区 恒流区相当于双极型晶体管的
4.1 结型场效应管
4.2 金属-氧化物-半导体场效应管 4.3 场效应管放大电路 4.4 各种放大器件电路性能比较
4.1结型 场效应管
4 场效应管放大电路
晶体管工作在放大区时，输入回路 PN 结正偏，输入阻抗小， 且是一个电流控制的有源器件。
场效应管也是一种具有 PN 结的正向受控作用的有源器件， 它是利用电场效应来控制输出电流的大小，其输入端 PN 结一 般工作于反偏状态或绝缘状态。输入电阻很高。
4.2 MOSFET
二、耗尽型MOSFET
1. N沟道耗尽型MOSFET结构与工作原理
（1）结构：
N沟道耗尽型MOS管的结构示意图及符号
增强型NMOS管在uGS=0时,管内没有导电沟道。耗尽型则 不同,它在uGS=0时就有导电沟道,它的导电沟道是在制造过程 中就形成了的。
4.2 MOSFET
1. N沟道耗尽型MOSFET结构与工作原理
若利用JFET作为开关，则工作在截止区，即相当于开关打开。 4）击穿区 随着uDS增大，靠近漏区的PN结反偏电压uDG也随之增大。
4.1结型 场效应管
3. 主要参数
① 夹断电压VP (或VGS(off))： 漏极电流约为零时的VGS值 。 ② 饱和漏极电流IDSS： VGS=0时对应的漏极电流。 ③ 低频跨导gm： 低频跨导反映了vGS对iD的控制作用。gm 可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子)。
沟道电阻 ID基本不变
4.1结型 场效应管
综上分析可知
• 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。
• JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因 此iG0，输入电阻很高。 • JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制 • 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后， iD趋于饱和。
4.2 MOSFET
4.2 金属-氧化物-半导体场效应管
一、增强型MOSFET
二、耗尽型MOSFET 三、各种类型MOS管的符号及特性对比
4.2 MOSFET
一、增强型MOSFET
1. N沟道增强型MOSFET结构与工作原理
（1）结构：
N沟道增强型MOS场效应管的结构示意图及符号
4.2 MOSFET
4.1结型 场效应管
4 场效应管放大电路
分类：
JFET 结型 MOSFET (IGFET) 绝缘栅型 N沟道
（耗尽型） N沟道
FET 场效应管
P沟道 增强型
P沟道 N沟道 P沟道
耗尽型
4.1结型 场效应管
4.1 结型场效应管
一、 JFET的结构和工作原理
结构 工作原理
二、 JFET的特性曲线及参数
放大区。其主要特征为： uGS对iD的控制能力很强 ，uDS的变化对iD影响很小。 2）可变电阻区 与双极型晶体管不同，在JFET中，栅源电压uGS对iD上升的斜 率影响较大，随着|UGS|增大，曲线斜率变小，说明JFET的输出电 阻变大。 3） 截止区 当|UGS|>|UP|时，沟道被全部夹断，iD=0，故此区为截止区。
4.2 MOSFET
2. N沟道增强型MOS管特性曲线
（2）输出特性 分为恒流区、可变电
阻区、截止区和击穿区。
其特点为： 1)截止区：UGS≤UT，导电
沟道未形成，iD=0。
2)恒流区： 曲线间隔均匀，uGS对iD控制能力强。uDS对iD的控制能力弱，曲 线平坦。 3)可变电阻区： uGS越大，rDS越小，体现了可变电阻 4）击穿区： 随着uDS增大，靠近漏区的PN结反偏电压uDG也随之增大。
4.2 MOSFET
1. N沟道增强型MOSFET结构与工作原理
（2）工作原理：
(a)uGS >UT 出现N型沟道
(b)uDS较小时 iD迅速增大
(c )uDS较大出现时
iD趋于饱和
uDS增大时增强型MOS管沟道的变化过程
在正的漏极电源uDS作用下，将有iD产生。把在uDS作用下 开始导电的uGS叫做开启电压UT。
① VGS对沟道的控制作用
当VGS＜0时 PN结反偏 耗尽层加厚 沟道变窄。
VGS继续减小，沟道 继续变窄
当沟道夹断时，对应
的栅源电压VGS称为夹断 电压VP （ 或VGS(off) ）。
对于N沟道的JFET，VP <0。
4.1结型 场效应管
2.工作原理
（以N沟道JFET为例）
② ③V V 对沟道的控制作用 和VDS同时作用时 DS GS
1. N沟道增强型MOSFET结构与工作原理
（2）工作原理： 增强型NMOS管在uGS=0时,两 个重掺杂的N+源区和漏区之间被P 型衬底所隔开,就好像两个背向连 接的二极管。这时不论漏极、源极 间加何种极性电压,总有一个PN结 处于反向偏置,所以漏极、源极之 间只有很小的反向电流通过,可以 认为增强型NMOS管处于关断状态 UGS＞UT时形成导电沟道
4.2 MOSFET
3. P沟道绝缘栅场效应管(PMOS)
PMOS管也有两种:增强型和耗尽型。增强型PMOS
管在工作时为了在漏源极之间形成P型沟道,栅源极之间 电压uGS必须为负,而且漏源极电压uDS及漏极电流iD也与 NMOS管的相反。
4.2 MOSFET
三、各种类型MOS管的符号及特性对比
1.各种类型MOS管符号对比
4.2 MOSFET
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4.2 MOSFET
2.各种类型MOS管特性对比
4.2 MOSFET
2.各种类型MOS管特性对比
(a)转移特性
(b)输出特性
当VGS=0时， VDS ID G、 D 间 PN结的反向电 导电沟 当VP <V <0 时， GS 压增加，使靠近漏极处的 道更容易夹断， 对于同样 耗尽层加宽，沟道变窄， 的VDS ， ID的值比VGS=0时 从上至下呈楔形分布。 的值要小。 当VDS增加到使VGD=VP 时，在紧靠漏极处出现预 在预夹断处 夹断。 VGD=VGS-VDS =VP 此时VDS 夹断区延长
iD gm vGS
VDS
2 I DSS (1
或
gm
vGS ) VP
VP
（ 当VP vGS 0时 ）
④ 输出电阻rd：
rd
vDS iD
VGS
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4.1 结型 场效应管
3. 主要参数
⑤ 直流输入电阻RGS： 对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107Ω。 ⑥ 最大漏源电压V(BR)DS ⑦ 最大栅源电压V(BR)GS ⑧ 最大漏极功耗PDM
4.2 MOSFET
2. N沟道耗尽型MOS管特性曲线
（2）输出特性
(1)转移特性曲线
N沟道耗尽型MOSFET管的电流方程与增强型管是一样的， 不过其中的开启电压应换成夹断电压UP。经简单变换，耗尽型 NMOSFET的电流方程为 vGS 2 iD I DSS (1 ) (VP vGS 0) VP
场效应管根据结构不同分为两大类：
6 9 10 ~ 10 结型场效应管 (JFET) 输入阻抗
绝缘栅场效应管 (IGFET)
10 输入阻抗
12
~ 1014
在 IGFET 中又有多种类型，目前应用最广泛的是以二氧 化硅 Si O2 为绝缘层的场效应管，称为金属－氧化物－半导体场
效应管(MOSFET,Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) 。
由于uGS=0时就存在原始沟道，所以只要此时uDS>0，
（2）工作原理：
就有漏极电流。如果uGS >0,指向衬底的电场加强，沟道 变宽，漏极电流iD将会增大。反之，若uGS <0，则栅压产 生的电场与正离子产生的自建电场方向相反，总电场减弱，
沟道变窄，沟道电阻变大， iD减小。当uGS继续变负，等
于某一阈值电压时，沟道将全部消失， iD =0，管子进入 截止状态。
4.2 MOSFET
2. N沟道增强型MOS管特性曲线
(1)转移特性曲线 主要特点如下:
当0＜uGS≤UT时,iD=0。
尽管uGS＞0,但无栅流。 当uGS＞UT时,导电沟 道形成,iD＞0。
uGS iD I D 0 ( 1)2 VT
(uGS VT )
式中I D 0是uGS 2VT时的iD值
输出特性 转移特性 主要参数
4.1结型 场效应管
一、JFET的结构和工作原理 1.结构：
N沟道管：电子电导，导电沟道为N型半导体
P沟道管：空穴导电，导电沟道为P型半导体
结型场效应管的结构示意图及其表示符号
(a)N沟道JFET；(b)P沟道JFET
4.1结型 场效应管
2.工作原理
（以N沟道JFET为例）
4.1结型 场效应管
二、 JFET的特性曲线及参数
iD f ( vGS ) vD Sconst.
1. 转移特性
VP
vGS 2 iD I DSS (1 ) VP
(VP vGS 0)
2. 输出特性
iD f ( vDS ) vGSconst.
4.1结型 场效应管
输出特性
输出特性曲线表达以UGS为参变 量时iD与uDS的关系。根据特性曲线 的各部分特征,分为四个区域： 1)恒流区 恒流区相当于双极型晶体管的