如何理解场效应管的原理，大多数书籍和文章都讲的晦涩难懂，给初学的人学习造成很大的难度，要深入学习就越感到困难，本人以自己的理解加以解释，希望对初学的人有帮助，即使认识可能不是很正确，但对学习肯定有很大的帮助。

场效应管的结构场效应管是电压控制器件，功耗比较低。

而三极管是电流控制器件，功耗比较高。

但场效应管制作工艺比三极管复杂，不过可以做得很小，到纳米级大小。

所以在大规模集成电路小信号处理方面得到广泛的应用。

对大电流功率器件处理比较困难，不过目前已经有双场效应管结构增加电流负载能力，也有大功率场管出现，大有取代三极管的趋势。

场效应管具有很多比三极管优越的性能。

结型场效应管的结构结型场效应管又叫JFET，只有耗尽型。

这里以N沟道结型场效应管为例，说明结型场效应管的结构及基本工作原理。

图为N沟道结型场效应管的结构示意图。

在一块N型硅，材料(沟道)上引出两个电极，分别为源极(S)和漏极(D)。

在它的两边各附一小片P型材料并引出一个电极，称为栅极(G)。

这样在沟道和栅极间便形成了两个PN结。

当栅极开路时，沟道相当于一个电阻，其阻值随型号而不同，一般为数百欧至数千欧。

如果在漏极及源极之间加上电压U Ds，就有电流流过，I D将随U DS的增大而增大。

如果给管子加上负偏差U GS时，PN结形成空间电荷区，其载流子很少，因而也叫耗尽区(如图a中阴影区所示)。

其性能类似于绝缘体，反向偏压越大，耗尽区越宽，沟道电阻就越大，电流减小，甚至完全截止。

这样就达到了利用反向偏压所产生的电场来控制N型硅片(沟道)中的电流大小的目的。

注：实际上沟道的掺杂浓度非常小，导电能力比较低，所以有几百到几千欧导通电阻。

而且是PN结工作在反向偏置的状态。

刚开机时，如果负偏置没有加上，此时I D是最大的。

特点：1，GS和GD有二极管特性，正向导通，反向电阻很大2：DS也是导通特性，阻抗比较大3：GS工作在反向偏置的状态。

4：DS极完全对称，可以反用，即D当做S，S当做D。

从以上介绍的情况看，可以把场效应管与一般半导体三极管加以对比，即栅极相当于基极，源极相当于发射极，漏极相当于集电极。

如果把硅片做成P型，而栅极做成N型，则成为P沟道结型场效应管。

结型场效应管的符号如图b所示。

符号：箭头的方向仍然是PN结正向导通的方向。

绝缘栅场效应管MOSFET结型虽然电压控制方式，但是仍然有少子的飘移形成电流。

绝缘栅场效应管是栅极与衬底完全绝缘，所以叫绝缘栅场效应管。

绝缘栅型场效应晶体管在集成电路中被广泛使用，绝缘栅场效应晶体管(MOSFET)分为增强型和耗尽型两大类，每类中又有N沟道和P沟道之分，N沟道又叫PMOS管，P沟道又叫NMOS管。

不象双极型晶体管只有NPN和PNP两类，场效应晶体管的种类要多一些。

但是它们的工作原理基本相同，所以下面以增强型N沟道场效应晶体管为例来加以说明。

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4.1。

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。

（衬底断开是是指两个N区没有相连。

如果两个相连，靠改变沟道的宽度来控制电流就是耗尽型）制作过程：取一块P型半导体作为衬底，用B表示。

用氧化工艺生成一层SiO2 薄膜绝缘层。

然后用光刻工艺腐蚀出两个孔。

扩散两个高掺杂的N型区。

从而形成两个PN结。

（绿色部分）从N型区引出电极，一个是漏极D，一个是源极S。

在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。

N沟道增强型MOSFET的符号如图所示。

左面的一个衬底在内部与源极相连，右面的一个没有连接，使用时需要在外部连接。

（衬底在内部与源极相连，所以绝缘栅MOSFET的D、S极是不能互换的。

箭头的方向仍然是衬底和S极和D极的PN结方向，而栅极没有半导体，只是电容器的一个极板。

而结型的箭头是栅极向S极和D极的PN结方向，这就是为什么同样是N沟道，结型和绝缘栅型的箭头方向相反。

）2 N沟道增强型MOSFET的工作原理对N沟道增强型MOS场效应三极管的工作原理，分两个方面进行讨论，一是栅源电压U GS对沟道会产生影响，二是漏源电压U DS也会对沟道产生影响，从而对输出电流，即漏极电流I D产生影响。

1）．栅源电压U GS的控制作用先令漏源电压U DS=0，加入栅源电压U GS以后并不断增加。

U GS带给栅极正电荷，会将正对SiO2层的表面下的衬底中的空穴推走，从而形成一层负离子层，即耗尽层，用绿色的区域表示。

（注：耗尽层的载流子减少，导电能力变差）同时会在栅极下的表层感生一定的电子电荷，若电子数量较多，从而在漏源之间可形成导电沟道。

显然改变U GS就会改变沟道，从而影响I D，这说明U GS对I D的控制作用。

当U GS较小时，不能形成有效的沟道，尽管加有U DS，也不能形成I D。

当增加U GS，使I D刚刚出现时，对应的U GS称为开启电压，用U GS(th)或U T表示。

沟道中的电子和P型衬底的多子导电性质相反，称为反型层。

此时若加上U DS，就会有漏极电流I D产生。

2）．漏源电压U DS的控制作用设U GS＞U GS(th)，增加U DS，此时沟道的变化如下。

显然漏源电压会对沟道产生影响，因为源极和衬底相连接，所以加入U DS后，U DS将沿漏到源逐渐降落在沟道内，漏极和衬底之间反偏最大，PN结的宽度最大。

所以加入U DS后，在漏源之间会形成一个倾斜的PN结区，从而影响沟道的导电性。

当U DS进一步增加时，I D会不断增加,同时，漏端的耗尽层上移，会在漏端出现夹断，这种状态称为预夹断。

当U DS进一步增加时，漏端的耗尽层向源极伸展，此时I D基本不再增加，增加的U DS基本上降落在夹断区。

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，它是说明栅源电压U GS对漏极电流I D的控制关系，可用这个关系式来表达，这条特性曲线称为转移特性曲线。

转移特性曲线的斜率g m反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。

g m称为跨导。

这是场效应三单位mS（mA/V）2)漏极输出特性曲线当U GS＞U GS(th)，且固定为某一值时，反映U DS对I D的影响，即I D=f(U DS)∣U GS=const这一关系曲线称为漏极漏极输出特性曲线。

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U DS对I D的影响很小。

但是改变U GS可以明显改变漏极电流I D，这就意味着输入电压对输出电流的控制作用。

曲线分五个区域：（1）可变电阻区（2）恒流区（放大区）（3）截止区（4）击穿区（5）过损耗区从漏极输出特性曲线可以得到转移特性曲线，过程如下：4 N沟道耗尽型MOSFETN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U GS=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。

当U GS=0时，对应的漏极电流用I DSS表示。

当U GS＞0时，将使I D进一步增加。

（注：正电压使导电层导电能力增强。

）U GS＜0时，随着U GS的减小漏极电流逐渐减小，直至I D=0。

对应I D=0的U GS称为夹断电压，用符号U GS(off)表示，有时也用U P表示。

N沟道耗尽型MOSFET的转移特性曲线如上图所示。

P沟道增强型MOSFET的结构和工作原理P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。

这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。

这都是从讲的比较好的文章中摘录下来的，结型的管子道理好理解，而mos管，大多数的讲解都如此，不能让人理解。

首先我们看一下太阳能电池，太阳能电池实际就是一个PN结。

由于PN结的掺杂性，会在内部形成一个电势差。

通常正向导通需要0.4~0.7伏的电压就是克服内电场的。

硅管和锗管的电压不同。

而反接的时候，在没有击穿的时候，相当于一个电容器，充满电就不能导电了。

变容二极管就是这种运用。

而在太阳能电池里面，PN结是当电池使用，在电池的外部，P区的电子会通过电阻到N区和正电荷中和，这种作用会使PN结电压降低。

而扩散又会使PN结的电压升高。

当达到平衡时，会形成恒定的电流。

从能量的角度，PN结从外面吸收能量，转化为电能，电能又通过电阻转化为热能。

下面我们来看场管的工作原理当场管没有加任何电压时，D极和S极有两个完全相同的PN结，这时N区的电势会比P区高，当，场管在内部把S极和衬底相连时，PN结绝对不会消失，因为PN结电压很小，实际测量只有几毫伏。

这时导线可以看成一个小电阻，不能忽略。

但可以使PN结电压降低，此时D、S两极的PN 结宽度已经不相等了，而且S极宽度较小。

当给S极和G极加上正向电压的时候，P材料和N材料就和G极构成一个电容器，由于充电效应，栅极带正电，下面相对的N型和P型材料表面就构成另一个极板，都带负电，这样整个表面就成了一个等势面。

从而使两个N连在一起了。

但是由于PN结的存在，P衬底和N绝对不会电势相等，这样由于电场的作用，就把P衬底分成两个区。

当VGS很小时，虽然连在一起，但是并不能形成ID，因为这些负电荷被原子核吸附住了。

并不能自由移动。

同样在PN结之间形成的耗尽层，里面的载流子也很少，只有当VGS增加到一定的程度，下面等势面宽度变宽，负电荷增多，且有可以自由移动的电荷时，才会形成有效的电流，这就是开启电压，所以VGS能起到控制电流的作用。

我们来看一下，电容器的情况，当把一个金属块放在两个电容中间时，出现的情况。

此时的MOS管正是这种情况。

当再DS之间加上电压时，电流流过负极板这一层，会形成电压降。

使得负极板各处的电压不相等。

我们可以等效为这种情况。

把下表面看成一小块一小块的。

这样越靠近S极，两板的电势差越大，充电就越多，导电区域就越宽。

反之越靠近D极，两板的电势差越小，充电就越少，导电区域就越窄。

下面的耗尽层这时我们不作讨论。

当ID增加到一定值时，靠近D极的一端会出现电势相等的情况，那么下表面不会感应出负电荷，出现沟道断开的现象，这就是预夹断。

当ID继续增加，就出现完全夹断的情况。

当理解了MOS管的工作原理之后，其它知识就可以循序渐进的进行学习和理解了，不管这种解释是否合理，至少是让人容易理解理解了MOS管的工作原理。

由于结构不一样，测量时也不一样。

1、增强型MOS管，1）、没有加电压时，GS，GD、DS任意两个脚都是不通的，2）、如果DS是导通的，不能马上认为是击穿损坏，因为如果先测量GS，因为万用表内部电压，相当于给栅极G充电，DS沟道就联通了。