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‹#›场效应管（FET）是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件，并以此命名。由于它仅靠半导体中的多数载流子导电，又称为单极型晶体管。场效应管分为结型和绝缘栅型两种不同的结构。1.4场效应管1.4.1结型场效应管场效应管有三个极：源极（s）、栅极（g）、漏极（d），对应于晶体管的e、b、c；有三个工作区域：截止区、恒流区、可变电阻区，对应于晶体管的截止区、放大区、饱和区。结型场效应管又有N沟道和P沟道两种类型。符号gdsgdsN沟道管P沟道管N沟道结型场效应管的结构示意图‹#›为使N沟道结型场效应管能正常工作，应在其栅-源之间加负向电压（即uGS0），以保证耗尽层承受反向电压；在漏-源之间加正向电压（即uDS0），以形成漏极电流iD。uGS0，既保证了栅-源之间内阻很高的特点，有实现了uGS对沟道电流的控制。下面通过栅-源电压和漏-源电源对导电沟道的影响，来说明管子的工作原理：1、当uDS=0V（即d、s短路）时，栅-源电压uGS对导电沟道宽度的控制作用当uDS=0V且uGS=0V时，耗尽层很窄，导电沟道很宽，如图所示。一、结型场效应管的工作原理‹#›耗尽层闭合，沟道消失，沟道电阻趋于无穷大，称此时uGS的值为夹断电压UGS（off）。耗尽层加宽，沟道变窄，沟道电阻增大。当增大时，GSu当增大到某一数值时，GSu2、当uGS为UGS（off）~0V中某一固定值时，uDS对漏极电流iD的影响当uGS为UGS（off）~0V中某一固定值时，若uDS=0V，则虽然存在由uGS所确定的一定宽度的导电沟道，但由于d-s间电压为零，多子不会产生定向移动，因而漏极电流iD为零。‹#›若uDS0V，则有电流iD从漏极流向源极，从而使沟道中各点与栅极间的电压不再相等，而是沿沟道从源极到漏极逐渐增大，造成靠近漏极一边的耗尽层比靠近源极一边的宽。换言之，靠近漏极一边的导电沟道比靠近源极一边的窄，如图所示：因为栅-漏电压所以当uDS从零逐渐增大时，uGD逐渐减小，靠近漏极一边的导电沟道必将随之变窄。DSGSGD-uuu但是，只要栅-漏间不出现夹断区域，沟道电阻仍将基本上决定于栅-源电压uGS，因此电流iD将随uDS的增大而线性增大，d-s呈现电阻特性。而一旦uDS的增大使uGD等于UGS（off），则漏极一边的耗尽层就会出现夹断区，称uGD=UGS（off）为预夹断。如图所示：‹#›若uDS继续增大，则uGDUGS（off），耗尽层必和部分将沿沟道方向延伸，即夹断区加长，如图所示：这时，一方面自由电子从漏极向源极定向移动所受阻力加大，从而导致iD减小；另一方面，随着uDS的增大，使d-s间的纵向电场增强，也必然导致iD增大。实际上，上述iD的两种变化趋势相抵消，uDS的增大几乎全部降落在夹断区，用于克服夹断区对iD形成的阻力。因此，从外部看，在uGDUGS（off）的情况下，当uDS增大时，iD几乎不变，即iD几乎仅仅决定于uGS，表现出iD的恒流特性。‹#›3、当uGDUGS（off）时，uGS对漏极电流iD的控制作用在uGD=uGS–uDSUGS（off），即uDSuGS-UGS（off）的情况下，当uDS为一常量时，对应于确定的uGS，就有确定的iD。此时，可以通过改变uGS来控制iD的大小。由于漏极电流受栅-源电压的控制，故称为场效应管为电压控制元件。场效应管用gm来描述动态的栅-源电压对漏极电流的控制作用，gm称为低频跨导GSDmuig由以上分析可知：（1）在uGD=uGS–uDSUGS（off）的情况下，即当uDSuGS-UGS（off）时，对应于不同的uGS，d-s间等效成不同阻值的电阻。（2）当uDS使uGD=UGS（off）时，d-s之间预夹断。‹#›（3）当uDS使uGD=uGS–uDSUGS（off），即uDSuGS-UGS（off）的情况下，iD几乎仅仅决定于uGS，而与uDS无关。此时可以把iD近似看成uGS控制的电流源。二、结型场效应管的特性曲线1、输出特性曲线常数GS)(DSDUufi输出特性曲线描述当栅-源电压uGS为常量时，漏极电流iD与漏-源电压uDS之间的函数关系，即对应于一个UGS，就有一条曲线，因此输出特性为一族曲线，如图所示：场效应管有三个工作区域：‹#›（1）可变电阻区（也称非饱和区）预夹断轨迹可变电阻区它是各条曲线上使uDS=uGS-UGS（off）即uGD=UGS（off）的点连接而成的。uGS愈大，预夹断时的uDS的值也愈大。（2）恒流区（也称饱和区）恒流区当uDSuGS-UGS（off）即uGDUGS（off）时，各曲线近似为一族横轴的平行线。当uDS增大时，iD仅略有增大。夹断区当uGSUGS（off）时，导电沟道被夹断，iD≈0。‹#›常量DSGSDmUuigIDSSΔiD不同型号的管子UGS（off）、IDSS将不同。低频跨导：2、转移特性曲线常数DS)(GSDUufi转移特性曲线描述当漏-源电压uDS为常量时，漏极电流iD与栅-源电压uGS之间的函数关系，即‹#›常量DS)(GSDUufi夹断电压漏极饱和电流2GS(off)GSDSSD)1(UuIi在恒流区时‹#›1.4.2绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管的栅极与源极、栅极与漏极之间均采用SiO2绝缘层隔离，因此而得名。又因栅极为金属铝，故又称为MOS管。与结型场效应管相同，MOS管也有N沟道和P沟道两类，但每一类又分为增强型和耗尽型两种，因此MOS管的四种类型为：N沟道增强型管、N沟道耗尽型管、P沟道增强型管、P沟道耗尽型管。凡栅-源电压uGS为零时漏极电流也为零的管子均属于增强型管，凡栅-源电压uGS为零时漏极电流不为零的管子均属于耗尽型管。一、N沟道增强型MOS管1、MOS管的结构和工作原理N沟道增强型MOS管的符号:DSGBDSGS(Source)：源极G(Gate)：栅极D(Drain)：漏极B(Substrate):衬底‹#›当栅源之间不加电压时，漏-源之间是两个背向PN结串联，不存在导电沟道，所以漏源之间不导通，iD=0。当uGS=0时，漏源之间不导通。NNSGDP（衬底）BuDSiD耗尽层耗尽层SGDP（衬底）BuGSNN耗尽层耗尽层SiO2绝缘层NNSGDP（衬底）B耗尽层耗尽层NNSGDP（衬底）BuDSiDuGS耗尽层耗尽层当uDS=0且uGS0时当uGS增大时NNSGDP（衬底）BuGS耗尽层耗尽层反型层N沟道增强型MOS管的结构示意图:‹#›当uGS是大于UGS（th）的一个确定值，若在漏源之间加正向电压时NNSGDP（衬底）BuDSiDuGSNNSGDP（衬底）BuDSiDuGS当uDS增大到使uGD=UGS（th）（即uDS=uGS-UGS（th））时NNSGDP（衬底）BuDSiDuGSNNSGDP（衬底）BuDSiDuGS如果uDS继续增大，2、MOS管的输入特性和输出特性若以栅极-源极间的回路为输入回路，以漏极-源极间的回路为输出回路，则称为共源接法，电路如图所示。DSGiDuGSuDS输入特性曲线：‹#›iDuDSOuGS2VuGS3VuGS4VuGS5V夹断区可变电阻区恒流区iDuGSOUGS(th)2UGS(th)IDS栅极和衬底间被二氧化硅绝缘层所隔离，在栅极和源极间加上电压uGS以后，不会有栅极电流流通，可以认为栅极电流等于零，看进去有一个输入电容CI，对动态有影响。输出特性曲线：输出特性：共源接法下的输出特性曲线，如图所示，这个曲线又称为MOS管的漏极特性曲线。输出特性曲线分为三个工作区：（1）截止区（2）恒流区（3）可变电阻区截止区：uGSUGS(th)，iD=0,ROFF109Ω恒流区：iD基本上由uGS决定，与uDS关系不大。2GSDGS(th)GS2GS(th)GSDSD)1(uiUuUuIi下，当可变电阻区：当uDS较低（近似为0），uGS一定时，，这个电阻受uGS控制、可变。常数（电阻）DDSiu)(21GS(th)GS0ONDSUuKRu‹#›