场效应管原理场效应管是只有一种载流子参与导电的半导体器件，是一种用输入电压控制输出电流的半导体器件。

有N沟道器件和P沟道器件。

有结型场效应三极管JFET(Junction Field Effect Transister)和绝缘栅型场效应三极管IGFET( Insulated Gate Field Effect Transister) 之分。

IGFET也称金属-氧化物-半导体三极管MOSFET （Metal Oxide Semiconductor FET）。

1.1 1.1.1MOS场效应管MOS场效应管有增强型（Enhancement MOS 或EMOS）和耗尽型(Depletion)MOS或DMOS）两大类，每一类有N沟道和P沟道两种导电类型。

场效应管有三个电极：D(Drain) 称为漏极，相当双极型三极管的集电极；G(Gate) 称为栅极，相当于双极型三极管的基极；S(Source) 称为源极，相当于双极型三极管的发射极。

增强型MOS(EMOS)场效应管一、工作原理1．沟道形成原理当VGS=0 V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。

当栅极加有电压时，若0＜VGS＜VGS(th)时，通过栅极和衬底间的电容作用，将靠近栅极下方的P型半导体中的空穴向下方排斥，出现了一薄层负离子的耗尽层。

耗尽层中的少子将向表层运动，但数量有限，不足以形成沟道，所以仍然不足以形成漏极电流ID。

进一步增加VGS，当VGS＞VGS(th)时（VGS(th) 称为开启电压），由于此时的栅极电压已经比较强，在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，可以形成沟道，将漏极和源极沟通。

如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流ID。

在栅极下方形成的导电沟1线性电子电路教案道中的电子，因与P型半导体的载流子空穴极性相反，故称为反型层（inversion layer）。

随着VGS的继续增加，ID将不断增加。

在VGS=0V时ID=0，只有当VGS＞VGS(th)后才会出现漏极电流，这种MOS管称为增强型MOS管。

转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。

gm 的量纲为mA/V，所以gm也称为跨导。

跨导的定义式如下：constDS==VGSDVIgmΔΔ (单位mS)2．VDS对沟道导电能力的控制当VGS＞VGS(th)，且固定为某一值时，来分析漏源电压VDS对漏极电流ID的影响。

VDS的不同变化对沟道的影响如图3-2所示。

根据此图可以有如下关系VDS=VDG＋VGS= —VGD＋VGSVGD=VGS—VDS当VDS为0或较小时，相当VGD＞VGS(th)，沟道呈斜线分布。

在紧靠漏极处，沟道达到开启的程度以上，漏源之间有电流通过。

当VDS增加到使VGD=VGS(th)时，相当于VDS增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况，称为预夹断，此时的漏极电流ID基本饱和。

当VDS增加到VGD<VGS(th)时，预夹断区域加长，伸向S极。

VDS增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，ID基本趋于不变。

（a）（b）（c）图3-2 漏源电压VDS对沟道的影响当VGS＞VGS(th)，且固定为某一值时，VDS对ID的影响，即iD=f(vDS)VGS=const这一关系曲线如二、伏安特性输出特性曲线转移特性曲线1．非饱和区非饱和区（Nonsaturation Region）是沟道未被预夹断的工作区，又称可变电阻区。

由不等式VGS>VGS(th)、VDS<VGS-VGS(th)限定。

理论证明，ID与VGS和VDS的关系如2．饱和区饱和区(Saturation Region)又称放大区，它是沟道预夹断后所对应的工作区。

由不等式VGS>VGS(th)、VDS>VGS-VGS(th) 限定。

漏极电流表达式：2)th(GSGSoxnD)VV(l2WCI−=μ在这个工作区内，ID受VGS控制。

3．截止区和亚阈区VGS<VGS(th)，沟道未形成，ID=0。

在VGS(th)附近很小的区域叫亚阈区（Subthreshold Region）在这个区域内，ID与VGS的关系为指数关系。

I4．击穿区当VDS 增大到足以使漏区与衬底间PN结引发雪崩击穿时，ID迅速增加，管子进入击穿区。

四、P沟道EMOS场效应管在N型衬底中扩散两个P+区，分别做为漏区和源区，并在两个P+之间的SiO2绝缘层上覆盖栅极金属层，就构成了P沟道EMOS管。

3线性电子电路教案1.1.2耗尽型MOS（DMOS）场效应管N沟道耗尽型MOSFET的结构和符号如图3-5所示，它是在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子。

所以当VGS=0时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。

于是，只要有漏源电压，就有漏极电流存在。

当VGS＞0时，将使ID进一步增加。

VGS＜0时，随着VGS的减小漏极电流逐渐减小，直至ID=0。

对应ID=0的VGS称为夹断电压，用符号VGS(off)表示，有时也用VP表示。

N沟道耗尽型MOSFET的转移特性曲线见图所示。

(a) 结构示意图(b) 转移特性曲线图3-5 N沟道耗尽型MOSFET的结构和转移特性曲线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。

线性电子电路教案1.21.2.1结型场效应管工作原理结型场效应三极管的结构与绝缘栅场效应三极管相似，工作机理也相同。

结型场效应三极管的结构如图所示，它是在N型半导体硅片的两侧各制造一个PN结，形成两个PN结夹着一个N型沟道的结构。

两个P区即为栅极，N型硅的一端是漏极，另一端是源极。

当PN结反向偏置时，阻挡层宽度增大，主要向低掺杂N区扩展。

当VDS=0时，VGS越负，响应的阻挡层越宽，沟道就窄，沟道的导电能力就越差，直到VGS=VGS(off)时，两侧阻挡层相遇，沟道消失。

由于ID通过长条沟道产生漏极到源极方向的电压降，因此在沟道的不同位置上，加在PN结上的反向偏置电压就不同，在源极端，PN结上的反偏电压最小。

在漏极端，PN结上的反偏电压最高，响应的阻挡层最宽，沟道也最窄。

当VGS=VGS （off）时，近漏极端的沟道被夹断。

1.2.2伏安特性曲线根据结型场效应三极管的结构，因它没有绝缘层，只能工作在反偏的条件下，对于N8线性电子电路教案沟道结型场效应三极管只能工作在负栅压区，P沟道的只能工作在正栅压区，否则将会出现栅流。

结型场效应三极管的特性曲线有两条，一是转移特性曲线，二是输出特性曲线。

它与绝缘栅场效应三极管的特性曲线基本相同，只不过绝缘栅场效应管的栅压可正、可负，而结型场效应三极管的栅压只能是P沟道的为正或N沟道的为负。

N沟道结型场效应三极管的特性曲线如下图所示。

(a) 漏极输出特性曲线(b) 转移特性曲线1．非饱和区VGS>VGS(off)、VDS<VGS-VGS(off) ])VV(VV)VV1(2[II2)off(GSDS)off(GSDS)off(GSGSDSSD−−−=2．饱和区VGS>VGS(off)、VDS>VGS-VGS(off) 限定2)off(GSGSDSSD)VV1(II−=3．截止区VGS<VGS(off) 沟道被夹断，ID=0。

4．击穿区当VDS增大到一定值V(BR)DS时，漏极端PN结发生雪崩击穿而使ID急剧增加区域。

§3.1场效应管的类型（第一页）这一节我们要了解场效应管的分类，各种场效应管的工作特点及根据特性曲线能判断管子的类型。

场效应管分为结型场效应管（JFET）和绝缘栅场效应管（MOS管）一：结型场效应管1.结型场效应管的分类结型场效应管有两种结构形式。

它们是N沟道结型场效应管（符号图为（1））和P沟道结型场效应管（符号图为（2））从图中我们可以看到，结型场效应管也具有三个电极，它们是：G——栅极；D——漏极；S——源极。

电路符号中栅极的箭头方向可理解为两个PN结的正向导电方向。

2.结型场效应管的工作原理(以N沟道结型场效应管为例)在D、S间加上电压U DS，则源极和漏极之间形成电流I D，我们通过改变栅极和源极的反向电压U GS，就可以改变两个PN结阻挡层的（耗尽层）的宽度，这样就改变了沟道电阻，因此就改变了漏极电流I D。

3.结型场效应管的特性曲线(以N沟道结型场效应管为例)输出特性曲线：（如图（3）所示）根据工作特性我们把它分为四个区域，即：可变电阻区、放大区、击穿区、截止区。

对此不作很深的要求，只要求我们看到输出特性曲线能判断是什麽类型的管子即可转移特性曲线：我们根据这个特性关系可得出它的特性曲线如图（4）所示。

它描述了栅、源之间电压对漏极电流的控制作用。

从图中我们可以看出当U GS=U P时I D=0。

我们称U P为夹断电压。

注：转移特性和输出特性同是反映场效应管工作时，U GS、U DS、I D之间的关系，它们之间是可以互相转换的。

§3.1场效应管的类型（第二页）二：绝缘栅场效应管(MOS管)1.绝缘栅场效应管的分类绝缘栅场效应管也有两种结构形式，它们是N沟道型和P沟道型。

无论是什麽沟道，它们又分为增强型和耗尽型两种。

2.绝缘栅型场效应管的工作原理(以N沟道增强型MOS场效应管)我们首先来看N沟道增强型MOS场效应管的符号图：如图(1)所示它是利用U GS来控制“感应电荷”的多少，以改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的状况，然后达到控制漏极电流的目的。

3.绝缘栅型场效应管的特性曲线(以N沟道增强型MOS场效应管)它的转移特性曲线如图（2）所示；它的输出特性曲线如图(3)所示，它也分为4个区：可变电阻区、放大区、截止区和击穿区。

注：对此我们也是只要求看到输出特性曲线和转移曲线能判断出是什麽类型的管子，即可。

§3.2场效应管的主要参数和特点一：场效应管的主要参数(1)直流参数饱和漏极电流I DSS它可定义为：当栅、源极之间的电压等于零，而漏、源极之间的电压大于夹断电压时，对应的漏极电流。

夹断电压U P它可定义为：当U DS一定时，使I D减小到一个微小的电流时所需的U GS 开启电压U T 它可定义为：当U DS一定时，使I D到达某一个数值时所需的U GS(2)交流参数低频跨导g m它是描述栅、源电压对漏极电流的控制作用。

极间电容场效应管三个电极之间的电容，它的值越小表示管子的性能越好。

(3)极限参数漏、源击穿电压当漏极电流急剧上升时，产生雪崩击穿时的U DS。

栅极击穿电压结型场效应管正常工作时，栅、源极之间的PN结处于反向偏置状态，若电流过高，则产生击穿现象。