场效应管超详细分析
场效应管工作原理详解
场效应管工作原理详解引言场效应管（Field Effect Transistor，简称FET）是一种重要的电子器件，广泛应用于放大、开关和数字电路等领域。
本文将详细介绍场效应管的工作原理，包括MOSFET（金属-氧化物半导体场效应管）和JFET（结型场效应管）两种类型。
MOSFET的工作原理MOSFET是一种由源、栅和漏三个极组成的三极管，其中栅极由金属和氧化物组成。
MOSFET有两种类型：N沟道MOSFET（NMOSFET）和P沟道MOSFET（PMOSFET），它们的工作原理有所不同。
NMOSFET的工作原理1.空间电荷区形成当栅极施加正电压时，栅极和源极之间形成了正向偏置，导致内部的半导体材料中出现空间电荷区。
此时，由于负电荷在源区积累，导致NMOSFET的导电性增强。
2.漏极电流增加当源极施加正电压时，形成了正向偏置，电子从源极向漏极移动，形成了漏极电流。
漏极电流的大小与栅极源极电压和栅极源极之间的电场强度有关。
3.确定导通与截止状态当栅极源极电压足够大时，电子从源极向漏极移动，导致MOSFET处于导通状态。
当栅极源极电压不足时，电子无法通过，导致MOSFET处于截止状态。
PMOSFET的工作原理1.空间电荷区形成与NMOSFET相反，当栅极施加负电压时，栅极和源极之间形成了负向偏置，导致内部的半导体材料中出现空间电荷区。
此时，由于正电荷在源区积累，导致PMOSFET的导电性增强。
2.漏极电流增加当源极施加负电压时，形成了负向偏置，空穴从漏极向源极移动，形成了漏极电流。
漏极电流的大小与栅极源极电压和栅极源极之间的电场强度有关。
3.确定导通与截止状态当栅极源极电压足够小时，空穴从源极向漏极移动，导致MOSFET处于导通状态。
当栅极源极电压不足时，空穴无法通过，导致MOSFET处于截止状态。
JFET的工作原理JFET是一种由导电型半导体材料构成的场效应管，其工作原理与MOSFET有所不同。
JFET有两种类型：N沟道JFET（NJFET）和P沟道JFET（PJFET），它们的工作原理也有所不同。
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 总结
场效应管总结概述场效应管（Field Effect Transistor，简称 FET）是一种三极管，其中控制电流的是一个电场，而不是传统的电流。
场效应管由三个区域组成：栅极（Gate）、漏极（Drain）和源极（Source）。
在场效应管中，栅极-源极之间的电压决定了漏极-源极之间的电流。
由于场效应管的这种特殊结构和工作原理，它具有许多独特的优点，例如高输入阻抗、低输出阻抗、电压放大和功率放大等。
不同类型的场效应管根据场效应管的特性和结构，可以将其分为以下几种类型：MOSFET（金属氧化物半导体场效应管）MOSFET是最常见的场效应管类型之一，它由栅极、漏极和源极组成。
根据栅极和源极之间的电压，MOSFET可以分为两种模式：增强型和耗尽型。
增强型MOSFET在栅极-源极之间的电压高于阈值电压时，导通；耗尽型MOSFET在栅极-源极之间的电压低于阈值电压时，导通。
JFET（结型场效应管）JFET是另一种常见的场效应管类型，它由一个PN结和一个栅极组成。
根据PN结的导通类型，JFET可以分为N型和P型。
在N型JFET中，当栅极-源极之间的电压为负电压时，PN结导通；在P型JFET中，当栅极-源极之间的电压为正电压时，PN结导通。
IGBT（绝缘栅双极型晶体管）IGBT是一种结合了场效应管和双极晶体管的器件，它可以兼具场效应管的高输入阻抗和双极晶体管的低输出阻抗。
IGBT广泛应用于功率放大和开关电路中。
场效应管的优缺点优点1.高输入阻抗：场效应管具有非常高的输入阻抗，这意味着它对输入信号的影响非常小，能够提供更准确的放大。
2.低输出阻抗：场效应管的漏极-源极间电流基本不受负载的影响，使其可以驱动低阻负载，提供更大的功率输出。
3.电压放大：场效应管具有较大的电压增益，可以将输入信号的电压放大到较高的水平。
4.低噪声：场效应管在放大过程中几乎不引入噪声，保证了信号的清晰度。
5.可控性强：通过调整栅极-源极之间的电压，可以控制漏极-源极之间的电流，实现对电路的精确控制。
各种场效应管的原理和特性曲线讲解
0
VDS = VGS –VGS(th)
VGS =5V
3.5V
4V
4.5V
沟道未形成时的工作区
条件：
VGS < VGS(th)
ID=0以下的工作区域。
IG≈0，ID≈0
击穿区
VDS增大到一定值时漏衬PN结雪崩击穿 ID剧增。
VDS沟道 l 对于l 较小的MOS管穿通击穿。
截止区
D
场效应管的电路符号
S
G
D
S
G
D
S
G
U
D
ID
S
G
U
D
ID
U
S
G
D
ID
S
G
U
D
ID
NEMOS
NDMOS
PDMOS
PEMOS
MOS场效应管MOSFET
结型场效应管JFET
第三章 场效应管
总结：
场效应管的电路符号可知：无论是JFET或是MOSFET，它都有三个电极：栅极G、源极S、漏极D。它们与三极管的三个电极一一对应（其实它们之间的对应关系除了电极有对应关系外，由它们构成的电路的特性也有对应关系，这些我们在第四再给大家讲） ： G---B S---E D----C N沟道管子箭头是指向沟道的，而P沟道管子的箭头是背离沟道的。
3.0 概述
主要内容
3.1 场效应管的工作原理
3.2 场效应管特性曲线
3.3 场效应管的使用注意事项
3.4 场效应管的等效电路
3.5 场效应管电路的分析方法
第三章 场效应管
场效应管是一种利用电场效应来控制电流的半导体器件,也是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。
场效应管工作原理及结构，由浅入深进行分析，初学者也能学会
场效应管工作原理及结构，由浅入深进行分析，初学者也能学会场效应管实物图片场效应管工作原理及结构介绍MOS管是英文Metal-Oxide-Semiconductor的简称，汉译：金属-氧化物-半导体。
FET是英文Field Effect Transistor的简称，汉译：场效应晶体管或场效应管。
场效应管分为：金属-氧化物-半导体场效应管(MOS-FET)和结型场效应管（junction FET简称JFET）。
金属-氧化物-半导体场效应管金属-氧化物-半导体场效应管(MOS-FET)分为：N沟道和P沟道。
N沟道和P沟道又分为：N沟道增强型和P沟道增强型，N沟道耗尽型和P沟道耗尽型。
结型场效应管场效应管（FET）是利用控制输入回路的电场效应来控制输出电流的一种半导体器件，并以此命名。
它仅靠半导体中的多数载流子导电，因此又称为单极型晶体管。
FET因基制造工艺简单，功耗小，温度特性好，输入电阻高等优点，在国民经济中应用广泛。
结型场效应管分为：N沟道和P沟道。
N沟道和P沟道又分为：N沟道耗尽型和P沟道耗尽型。
场效应管的特点：1、场效应管是电压控制电流的器件，栅极电压控制漏极电流；2、场效应管的控制输入端电流极小，因此它的输入电阻超大；3、它是利用多数载流子导电，因此它有较好的温度稳定性；4、放大电路中的电压放大系数小于三极管组成放大电路的电压放大系数；5、场效应管的抗辐射能力强；6、噪声低。
MOS-FET引脚定义N沟道MOSFETP沟道MOSFET总结：有相交线的是源极，独立的是栅极或门极，剩下一个就是漏极，箭头朝里是N沟道，箭头朝外是P沟道。
MOS-FET寄生二节管方向N沟道由S指向Dp沟道由D指向S总结：二极管方向对于N沟道由S指向D，对于P沟道由D指向S，衬垫箭头方向和寄生二极管箭头方向一致。
MOS-FET电流方向电流方向由D到S电流方向由S到D总结：电流方向对于N沟道由D指向S，对于P沟道由S指向D。
场效应管的工作原理详解
场效应管的工作原理详解场效应管（Field Effect Transistor，简称FET），是一种能够实现电压控制电流的半导体器件。
它是晶体管的一种，与另外两种晶体管，即双极型晶体管和增强型晶体管相比，具有许多优点，如高输入阻抗、低噪声、稳定性好等。
场效应管主要由源极（Source）、栅极（Gate）和漏极（Drain）组成。
栅极与漏极之间的距离构成沟道（Channel），沟道是由导电性的半导体材料构成的。
在沟道的下面有一层绝缘材料，称为栅绝缘层。
栅绝缘层将沟道与栅极隔离开来，使得栅极施加的电场可以控制沟道中的电荷分布。
由于这种控制机制，场效应管可以实现电压控制电流。
场效应管可以分为三种类型：MOSFET、JFET和MESFET。
MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管）是最常见的场效应管。
它的栅绝缘层由一层绝缘的氧化层构成，因此也被称为金属氧化物半导体结构。
MOSFET又可以进一步分为两种类型：增强型MOSFET（Enhancement Mode MOSFET）和负增强型MOSFET（Depletion Mode MOSFET）。
JFET（Junction Field-Effect Transistor，结型场效应晶体管）由两个接触在半导体材料上的pn结构组成，其中一个结是沟道-源结（Channel-Source Junction），另一个结是沟道-漏结（Channel-Drain Junction）。
JFET的工作原理是通过改变沟道中的载流子浓度来控制电流。
MESFET（Metal-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属半导体场效应晶体管）是一种结构类似于MOSFET的场效应管，但是栅绝缘层被金属取代。
因为栅极是由金属构成的，MESFET的操作速度相对较快，适用于高频应用。
场效应管+讲解
场效应管+讲解
场效应管
场效应管(Field Effect Transistor, FET)是一种电子电路器件，是由电流流过一个小面积的外部接触层与绝缘底座的晶体管件，具有电子和离子的交互作用而构成的。
它们的特点是有一个小的控制电压来控制一个大的电流，这是晶体管所不具有的特性，所以场效应管可以用来做信号放大器。
场效应管的工作原理是，当对晶体管的接口处施加一个正偏压后，会在晶体管中构成一个叫做“场效应”的变量，电子以及空穴便会在晶体管中流动，当此电压大小发生改变时，在晶体管中的电子流动也会发生改变，这时的电流可以从晶体管的某处取出，因而晶体管构成了一个电路，这就是场效应管。
由于场效应管的特性，它被广泛用于电子电路，尤其是电路的控制与信号放大等方面，在无线电领域中，场效应管也有广泛的应用。
在目前的电子电路中，MOSFET（摩尔管）和JFET（自给效应管）是最常用的两种场效应管，前者的构造比较复杂，通常使用在模拟信号放大方面，而后者的构造相对比较简单，使用在数字信号放大方面。
- 1 -。
场效应管的结构及工作原理 和应用例题讲解
场效应管的结构及工作原理和应用例题讲解嘿呀！今天咱们来好好聊聊场效应管的结构及工作原理和应用例题讲解。
首先呢，咱们来瞅瞅场效应管的结构哇！场效应管分成好几种类型，像结型场效应管和绝缘栅型场效应管等等。
就拿绝缘栅型场效应管来说吧，它里面又有增强型和耗尽型之分呢。
哎呀呀，这结构可复杂又精细！
再说说它的工作原理呀！简单来讲，场效应管是通过电场来控制电流的。
比如说，在栅极上加不同的电压，就能改变导电沟道的宽窄，从而控制源极和漏极之间的电流。
哇塞，是不是很神奇！
接下来咱们看看它的应用，这可太广泛啦！在电子电路中，场效应管可以用来做放大器，增强信号的强度呢。
还有哦，在数字电路里，它能当开关使用，控制电路的通断。
哎呀呀，这可真是太重要啦！
给您举个应用例题讲解讲解哈。
比如说，在一个音频放大电路中，咱们就用场效应管来放大声音信号。
首先，根据输入信号的大小和频率，选择合适的场效应管型号。
然后呢，设计好电路的参数，像偏置电压、负载电阻啥的。
哇！通过合理的调试和优化，就能让声音变得更加清晰、响亮。
还有在电源管理方面，场效应管也大有用处呀！比如说，在直流-直流转换器中，它可以高效地控制电流的流动，提高电源的转换效率。
哎呀，这可不得了！
在通信领域呢，场效应管也是不可或缺的哟！比如在手机的射频
放大器中，它能让信号传输更加稳定和可靠。
哇哦！
总之呀，场效应管的结构、工作原理以及应用真是太重要、太广泛啦！咱们可得好好掌握，才能在电子电路的世界里畅游无阻呢！您说是不是呀？。
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6
输出特性曲线
4
2
可 变 电 阻 区
放大区
0
10
20
截止区 上页 下页 后退
模拟电子技术基础
各区的特点： (1) 可变电阻区
6
可 变 4 电 阻 区 2
a. uDS较小，沟道尚未夹断
0 10
20
b. uDS ＜ uGS- |UGS(th)| c.管子相当于受uGS控制的压控电阻
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模拟电子技术基础
栅源电容Cgs
(2) 极间电容 栅漏电容Cgd 漏源电容Cds 3. 极限参数 (1) 漏极最大允许耗散功率 PDSM (2) 最大漏极电流IDSM (3) 栅源击穿电压U（BR）GS
(4) 漏源击穿电压U（BR）DS
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模拟电子技术基础
例 在图示电路中，已知场效应管的 ； 问在下列三种情况下，管子分别工作在那个区？
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模拟电子技术基础
3.1 结型场效应管
3.1.1 结型场效应管的结构和类型
N沟道JFET 结构示意图 SiO2 保护层
P+ N P+
s
g
d
上页
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后退
模拟电子技术基础
左右各引出一个电极 上下各引出一个电极
形成SiO2保护层
P+
以N型半导 体作衬底 两边扩散 两个高浓 度的P型区
N
P+
两边个引出一个电极 上页 下页 后退
模拟电子技术基础
源极S（source)
栅极G（gate)
漏极D（drine)
称为N沟 道JFET
符号
P+
N型导电沟
N
d
道
g
P+
s
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模拟电子技术基础
P沟道JFET 结构示意图
S
G
D
N+
符号
P型导电沟
d
P
道
g
s
N+
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模拟电子技术基础
N沟道结型场效应管 结型场效应管分 P沟道结型场效应管 3.1.2 结型场效应管的工作原理
当uDS=0时，uGS对沟道的控制作用动画演示
上页
下页
后退
模拟电子技术基础
2．当uGS =0时，uDS对沟道的控制作用 – S =0 G + D
P+
N型导电沟
N
道
P+
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模拟电子技术基础
a．0<uDS<|UGS(off)|
(a) 漏极电流iD≠0 uDS增大，iD增大。 (b) 沿沟道有电位梯度 (c)沿沟道PN结 反偏电压不同
(a) iD达到最大值 几乎不随uDS的增 大而变化
+ =0 G D
S
P+
N型导电沟
(b) 沟道夹 断区延长
N
道
P+
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模拟电子技术基础
当uGS =0时，uDS对沟道的控制作用动画演示
上页
下页
后退
模拟电子技术基础
3．当uDS ≥0时，uGS(≤0）对沟道的控制作用
a. uDS和uGS将一起 改变沟道的宽度 b.PN结在漏极端的 反偏电压最大。 uDG= uDS-uGS
– S =0 G
+ D
P+
N型导电沟
uDS 道
N
(d)沟道PN 结呈楔形
P+
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模拟电子技术基础
b．uDS=|UGS(off)| –
(a) iD达到最大值
+ =0 G
+ P+
S
D
(b) 沟道点夹 断(预夹断)
N型导电沟
•
N
道
P+
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模拟电子技术基础
c．uDS>|UGS(off)| –
(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。
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模拟电子技术基础
场效应管的类型： 场效应管按结构可分为： 1. 结型场效应管，简称JFET (Junction Field Effect Transistor) 2. 绝缘栅型场效应管，简称IGFET (Isolated Gate Field Effect Transistor)
模拟电子技术基础
I DSS
当管子工作于恒流区时
uGS 2 iD I DSS (1 ) U GS(off)
I DSS iD uGS 0 V
uDS U GS(off)
称为零偏漏极电流
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模拟电子技术基础
3.1.4
结型场效应管的主要电参数
1．直流参数
(1) 夹断电压UGS(off)
0
10
20
截止区 上页 下页 后退
模拟电子技术基础
b．转移特性曲线
管子工作于放大区时函 数表达式
0
转移特性曲线
iD K [uGS - U GS(th) ]
2
式中，K为与管子有关的参数
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
例 图示为某一增强型NMOS管的转移特性。试求其 相应的常数K值。 解 由图可知，该管的 UGS（th）= 2 V
模拟电子技术基础
(2) 放大区(饱和区、恒流区)
a. 沟道予夹断
b. uDS > uGS- |UGS(th)| c. iD几乎与uDS无关 d. iD只受uGS的控制
6
4
2
放大区
0
10
20
上页
下页
后退
模拟电子技术基础
(3) 截止区
6
a. uGS＜UGS(th)
4
b.沟道完全夹断 c. iD=0
2
D G
电路图
S
上页
下页
后退
模拟电子技术基础
1．uDS=0时，uGS对沟道的控制作用
=0 a．当uGS=0时
S G D
P+
沟道无变化 N型导电沟
N
道
P+
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
b．UGS(off)<uGS<0
=0
S – + G D
(a) PN结加宽
(b) PN结主要 向N区扩展 (c) 导电 沟道变窄
3．当uGS > UGS(th） ,uDS>0时. –
S (a) 漏极电流iD>0 uDS增大，iD增大。
+
G
–
+
D
iD>0
N+
N+
(b) 沿沟道有电位梯度
uDS
P
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
3．当uGS > UGS(th） ,uDS>0时. –
S (a) 漏极电流iD>0 uDS增大，iD增大。
（3） 在N沟道JFET中，uGS和UGS（off）均为负值。
在P沟道JFET中，uGS和UGS（off）均为正值。
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
3.1.3
结型场效应管的伏安特性
+ + – –
在正常情况下，iG =0，管子无输入特性。
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
1．输出特性（漏极特性）
+ +
当UGS = 8 V 时，ID = 2 mA
上页
吸引电子 形成耗尽层
下页 后退
模拟电子技术基础
当uGS =UGS(th)时
S
–
+
–
+
G
D
iD=0
N+
N+
P
出现反型层
上页
形成导电沟道
下页 后退
模拟电子技术基础
–
S
+
N沟道
iD=0
–
+
G
D
N+
N+
P
UGS(th)—开启电压 N沟道增强型MOS管，简称NMOS 上页 下页 后退
模拟电子技术基础
6
4
2
可 变 电 阻 区
–
–
放大区
特性曲线
0
10
20
截止区 上页 下页 后退
模拟电子技术基础
6
各区的特点： (1) 可变电阻区
可 变 电 阻 区
4
2
a. uDS较小，沟道尚未夹断 b. uDS ＜|UGS(off)| + uGS
0
10
20
c. 管子相当于受uGS控制的压控电阻
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
+
G
–
+
D
iD>0
N+
N+
(b) 沿沟道有电位梯度 (c)不同点的电场强 度不同,左高右低
uDS
P
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
3．当uGS > UGS(th） ,uDS>0时. –
S (a) 漏极电流iD>0 uDS增大，iD增大。
+
G
–
+
D
iD>0
N+
N+
(b) 沿沟道有电位梯度 (c)不同点的电场强 度不同,左高右低
– S –
+