场效应管 (1.2.5)
场效应管的结构、特性与参数场效应管用 FET表示（ Field Effect Transistor）。
具有输入电阻高、热稳定性好、工艺简单、易于集成等优点。
绝缘栅型 IGFET(或 MOS) （ Insulted Gate Type）
增强型 MOS （ Enhancement）
耗尽型 MOS （ Depletion）
结型 JFET （ Junction Type）
本质上是耗尽型，分为 N沟道和 P沟道。
场效应管分类,Metal-Oxide-Semiconductor
N沟道
P沟道
N沟道
P沟道一、绝缘栅场效应管（ IGFET）
NMOS增强型在 P型衬底上加 2个 N+
区,P型表面加 SiO2
绝缘层，在 N +区加铝金属电极。
MOS管的栅极与其它电极被
SiO2绝缘层隔开了,所以称为绝缘栅,栅极输入电阻近似为
,iG≈0 。
s,Source 源极
d,Drain 漏极
g,Gate 栅极
B,Base 衬底衬底引线箭头由 P指向 N
iG
Metal-Oxide-
Semiconductor
增强型 MOS管工作原理 (以 NMOS为例）
① vGS=0,vDS较小,s,d之间没有导电沟道 (漏源间只是两个,背向,串联的 PN结 )，
所以 d-s间呈现高阻,iD≈ 0。
② 当 vGS＞ 0,表面形成耗尽层当 vGS增强到足够大,耗尽层下移,栅极与衬底之间产生一个垂直电场 (方向为由栅极指向衬底 ),它使漏 -源之间的 P型硅表面感应出电子层 (反型层 )使两个 N+区连通,形成 N型导电沟道 。 绝缘层与耗尽层之间形成一个 N型薄区 （ 反型层 ） 。
s d
B
正常工作时,B和 s通常接在一起耗尽层反型层当 vGS＝ 0时没有导电沟道，而当 vGS 增强到＞ VT时才形成沟道，所以称为 增强型 MOS管。并且 vGS越大,
导电沟道越厚，等效电阻越小,iD越大 。
开始形成导电沟道所需的最小电压称为 开启电压
VGS(th)(习惯上常表示为 VT)。
反型层
vGS＞ VT时,vGS对 iD的控制作用
vGS将在栅极与衬底之间产生一个垂直电场 (方向为由栅极指向衬底 ),它使漏 -源之间的
P型硅表面感应出电子层 (反型层 )使两个 N+区连通,形成 N
型导电沟道 。 d,s间呈低阻,
所以在 vDS的作用下产生一定的漏极电流 iD。
漏 -源电压 vDS影响：由于沟道电阻的存在,iD沿沟道方向所产生的电压降使沟道上的电场产生不均匀分布 。 近 s端电压差较高,为 vGS；近 d端电压差较低,
为 vGD＝ vGS-vDS,所以沟道呈 楔形分布 。
③ vGS＞ VT且为定值时,vDS对 iD的影响
TGSDS
TDSGS
Vvv
Vvv
0
当 vDS较小时,vDS对导电沟道的影响不大,沟道主要受 vGS控制,所以在为定值时,沟道电阻保持不变,iD随 vDS 增加而线性增加 。
反型层
TGSDS
TDSGS
Vvv
Vvv
TGSDS
TDSGS
Vvv
Vvv
当 vDS增加到 vGS-vDS＝ VT时
（ 即 vDS＝ vGS-VT）,漏端沟 道消失,称为,预夹断,。
当 vDS再增加时 （ 即 vDS＞
vGS-VT）,iD将不再增加,
趋向饱和 。 因为 vDS再增加时,近漏端上的预夹断点向 s极延伸,使 vDS的增加部分降落在预夹断区,以维持 iD的大小 。
表示漏极电流 iD与漏 -源电压 vDS之间的关系
(1) 输出特性 (漏极特性 )
c o n s tvDSD GSvfi |)(
可变电阻区
放大区 (恒流区、饱和区 )
截止区 (夹断区 )
特性与三极管相似，分为
3个工作区，但工作区的作用有所不同 。
伏安特性与电流方程+
vDS
-
iG+
vGS
-
iD
管子导通，但尚未预夹断，即满足的条件为：
可变电阻区
TDSGSTGS VvvVv,
iD不仅受 vGS的控制,而且随 vDS增大而线性增大 。
c o ns tv
D
DS
DS GSi
vR
vGS一定时，沟道厚度一定，
漏源电阻几乎为常数 RDS 。
又称恒流区、饱和区。条件是：
放大区
VDS较大时,沟道出现锲型,
予夹断后,iD与 vDS几乎无关,表现为较好的 恒流 特性 。
TDSGSTGS VvvVv,
夹断区又称截止区。指管子未导通 ( vGS＜ VT )时的状态。
0?Di
放大区和可变电阻区的过渡点是不明显的予夹断轨迹：
TGSDS Vvv
(2) 增强型 NMOS管的转移特性在一定 vDS下，栅 -源电压 vGS与漏极电流 iD之间的关系
c o n s tvGSD DSvfi |)( 2)1(
T
GS
DOD V
vIi
IDO是 vGS=2VT时的漏极电流
IDO
iG+
vGS
-
iD
PMOS增强型
PMOS与 NMOS的工作原理完全相同，只是电流和电压方向不同。
-
vGS
+
iD
-
vDS
+
耗尽型 MOS管
制造过程中人为地在栅极下方的 SiO2绝缘层中掺入了大量的 K+(钾 )或 Na+(钠 )正离子 。
vGS=0,靠正离子作用,使 P型衬底表面感应出 N型反型层,将两个 N+区连通,形成原始的 N型导电沟道 。
vDS一定,外加正栅压 (vGS＞ 0)，
导电沟道变厚,沟道等效电阻下降,漏极电流 iD增大 ；
外加负栅压 (vGS＜ 0)时,沟道变薄,沟道电阻增大,iD减小 。
vGS负到某一定值 VGS(off)(常以
VP表示,称为 夹断电压 ),导电沟道消失,整个沟道被夹断,
iD≈0,管子截止 。
+ + + + +
放大区的电流方程：
耗尽型 NMOS的伏安 特性
2)1(
P
GS
D S SD V
vIi
IDSS为 饱和漏极电流,
是 vGS=0时耗尽型 MOS
管的漏极电流。
NMOS
PMOS
二、结型场效应管（ JFET）
结构与符号
N区作为 N型导电沟道,引出 s极和 d极 。
在 N区两侧扩散两个 P＋ 区,形成两个 PN结 。
两个 P＋ 区相连,引出 g极 。
N沟道 P沟道
JFET通过 vGS改变半导体内耗尽层厚度 （ 沟道的截面积 ） 控制 iD,称为 体内场效应 器件；
MOSFET主要通过改变衬底表层沟道的厚度来控制 iD,称为 表面场效应 器件 。
vGS＝ 0时,d和 s间存在
N 型导电沟道 （ N 型区 ） 。
vGS＜ 0时,耗尽层增厚,导电沟道变薄 。
所 以 属 于 耗 尽 型 FET,原 理 和 特 性 与 耗 尽 型
MOSFET相似 。 所不同的是 JFET正常工作时,两个 PN结必须反偏,如对 N沟道 JFET,要求 vGS≤ 0。
工作原理
vGS＜ 0vGS＝ 0
JFET的伏安特性
（以 N沟道 JFET为例）
伏安特性曲线和电流方程与耗尽型 MOSFET相似 。
但要求 VGS不能正偏 。
三、场效应管的主要参数
直流参数
[开启电压 VT] 增强型管的参数。
[夹断电压 VP] 耗尽型管的参数。
[输入电阻 RGS(DC)]
因 iG=0,所以 输入电阻很大。 JFET大于 107Ω，
MOS管 大于 109Ω 。
[饱和漏极电流 IDSS]
指耗尽型管在 vGS=0时的漏极电流。
交流参数
[低频跨导 (互导 ) gm]
[交流输出电阻 rds]
c o n s t
DSv
GS
D
m v
ig
c o ns t
GSv
D
DS
ds i
vr
跨导 gm反映了栅压对漏极电流的控制能力，且 与工作点有关，是 转移特性曲线的斜率 。 gm的单位是 mS。
rds反映了漏 -源电压变化量对漏极电流变化量的影响,在恒流区内,是 输出特性 曲线的切线斜率的倒数 。 其值一般为几 kΩ
至 几十 kΩ 。
极限参数
[最大漏 -源电压 V(BR)DS ]
漏极附近发生雪崩击穿时的 vDS。
[最大栅 -源电压 V(BR)GS ]
栅极与源极间 PN结的反向击穿电压 。
[最大耗散功率 PDM]
同三极管的 PCM相似。受管子的最高工作温度及散热条件决定。当超过 PDM时，管子可能烧坏。
场效应管的结构、特性与参数场效应管用 FET表示（ Field Effect Transistor）。
具有输入电阻高、热稳定性好、工艺简单、易于集成等优点。
绝缘栅型 IGFET(或 MOS) （ Insulted Gate Type）
增强型 MOS （ Enhancement）
耗尽型 MOS （ Depletion）
结型 JFET （ Junction Type）
本质上是耗尽型，分为 N沟道和 P沟道。
场效应管分类,Metal-Oxide-Semiconductor
N沟道
P沟道
N沟道
P沟道一、绝缘栅场效应管（ IGFET）
NMOS增强型在 P型衬底上加 2个 N+
区,P型表面加 SiO2
绝缘层，在 N +区加铝金属电极。
MOS管的栅极与其它电极被
SiO2绝缘层隔开了,所以称为绝缘栅,栅极输入电阻近似为
,iG≈0 。
s,Source 源极
d,Drain 漏极
g,Gate 栅极
B,Base 衬底衬底引线箭头由 P指向 N
iG
Metal-Oxide-
Semiconductor
增强型 MOS管工作原理 (以 NMOS为例）
① vGS=0,vDS较小,s,d之间没有导电沟道 (漏源间只是两个,背向,串联的 PN结 )，
所以 d-s间呈现高阻,iD≈ 0。
② 当 vGS＞ 0,表面形成耗尽层当 vGS增强到足够大,耗尽层下移,栅极与衬底之间产生一个垂直电场 (方向为由栅极指向衬底 ),它使漏 -源之间的 P型硅表面感应出电子层 (反型层 )使两个 N+区连通,形成 N型导电沟道 。 绝缘层与耗尽层之间形成一个 N型薄区 （ 反型层 ） 。
s d
B
正常工作时,B和 s通常接在一起耗尽层反型层当 vGS＝ 0时没有导电沟道，而当 vGS 增强到＞ VT时才形成沟道，所以称为 增强型 MOS管。并且 vGS越大,
导电沟道越厚，等效电阻越小,iD越大 。
开始形成导电沟道所需的最小电压称为 开启电压
VGS(th)(习惯上常表示为 VT)。
反型层
vGS＞ VT时,vGS对 iD的控制作用
vGS将在栅极与衬底之间产生一个垂直电场 (方向为由栅极指向衬底 ),它使漏 -源之间的
P型硅表面感应出电子层 (反型层 )使两个 N+区连通,形成 N
型导电沟道 。 d,s间呈低阻,
所以在 vDS的作用下产生一定的漏极电流 iD。
漏 -源电压 vDS影响：由于沟道电阻的存在,iD沿沟道方向所产生的电压降使沟道上的电场产生不均匀分布 。 近 s端电压差较高,为 vGS；近 d端电压差较低,
为 vGD＝ vGS-vDS,所以沟道呈 楔形分布 。
③ vGS＞ VT且为定值时,vDS对 iD的影响
TGSDS
TDSGS
Vvv
Vvv
0
当 vDS较小时,vDS对导电沟道的影响不大,沟道主要受 vGS控制,所以在为定值时,沟道电阻保持不变,iD随 vDS 增加而线性增加 。
反型层
TGSDS
TDSGS
Vvv
Vvv
TGSDS
TDSGS
Vvv
Vvv
当 vDS增加到 vGS-vDS＝ VT时
（ 即 vDS＝ vGS-VT）,漏端沟 道消失,称为,预夹断,。
当 vDS再增加时 （ 即 vDS＞
vGS-VT）,iD将不再增加,
趋向饱和 。 因为 vDS再增加时,近漏端上的预夹断点向 s极延伸,使 vDS的增加部分降落在预夹断区,以维持 iD的大小 。
表示漏极电流 iD与漏 -源电压 vDS之间的关系
(1) 输出特性 (漏极特性 )
c o n s tvDSD GSvfi |)(
可变电阻区
放大区 (恒流区、饱和区 )
截止区 (夹断区 )
特性与三极管相似，分为
3个工作区，但工作区的作用有所不同 。
伏安特性与电流方程+
vDS
-
iG+
vGS
-
iD
管子导通，但尚未预夹断，即满足的条件为：
可变电阻区
TDSGSTGS VvvVv,
iD不仅受 vGS的控制,而且随 vDS增大而线性增大 。
c o ns tv
D
DS
DS GSi
vR
vGS一定时，沟道厚度一定，
漏源电阻几乎为常数 RDS 。
又称恒流区、饱和区。条件是：
放大区
VDS较大时,沟道出现锲型,
予夹断后,iD与 vDS几乎无关,表现为较好的 恒流 特性 。
TDSGSTGS VvvVv,
夹断区又称截止区。指管子未导通 ( vGS＜ VT )时的状态。
0?Di
放大区和可变电阻区的过渡点是不明显的予夹断轨迹：
TGSDS Vvv
(2) 增强型 NMOS管的转移特性在一定 vDS下，栅 -源电压 vGS与漏极电流 iD之间的关系
c o n s tvGSD DSvfi |)( 2)1(
T
GS
DOD V
vIi
IDO是 vGS=2VT时的漏极电流
IDO
iG+
vGS
-
iD
PMOS增强型
PMOS与 NMOS的工作原理完全相同，只是电流和电压方向不同。
-
vGS
+
iD
-
vDS
+
耗尽型 MOS管
制造过程中人为地在栅极下方的 SiO2绝缘层中掺入了大量的 K+(钾 )或 Na+(钠 )正离子 。
vGS=0,靠正离子作用,使 P型衬底表面感应出 N型反型层,将两个 N+区连通,形成原始的 N型导电沟道 。
vDS一定,外加正栅压 (vGS＞ 0)，
导电沟道变厚,沟道等效电阻下降,漏极电流 iD增大 ；
外加负栅压 (vGS＜ 0)时,沟道变薄,沟道电阻增大,iD减小 。
vGS负到某一定值 VGS(off)(常以
VP表示,称为 夹断电压 ),导电沟道消失,整个沟道被夹断,
iD≈0,管子截止 。
+ + + + +
放大区的电流方程：
耗尽型 NMOS的伏安 特性
2)1(
P
GS
D S SD V
vIi
IDSS为 饱和漏极电流,
是 vGS=0时耗尽型 MOS
管的漏极电流。
NMOS
PMOS
二、结型场效应管（ JFET）
结构与符号
N区作为 N型导电沟道,引出 s极和 d极 。
在 N区两侧扩散两个 P＋ 区,形成两个 PN结 。
两个 P＋ 区相连,引出 g极 。
N沟道 P沟道
JFET通过 vGS改变半导体内耗尽层厚度 （ 沟道的截面积 ） 控制 iD,称为 体内场效应 器件；
MOSFET主要通过改变衬底表层沟道的厚度来控制 iD,称为 表面场效应 器件 。
vGS＝ 0时,d和 s间存在
N 型导电沟道 （ N 型区 ） 。
vGS＜ 0时,耗尽层增厚,导电沟道变薄 。
所 以 属 于 耗 尽 型 FET,原 理 和 特 性 与 耗 尽 型
MOSFET相似 。 所不同的是 JFET正常工作时,两个 PN结必须反偏,如对 N沟道 JFET,要求 vGS≤ 0。
工作原理
vGS＜ 0vGS＝ 0
JFET的伏安特性
（以 N沟道 JFET为例）
伏安特性曲线和电流方程与耗尽型 MOSFET相似 。
但要求 VGS不能正偏 。
三、场效应管的主要参数
直流参数
[开启电压 VT] 增强型管的参数。
[夹断电压 VP] 耗尽型管的参数。
[输入电阻 RGS(DC)]
因 iG=0,所以 输入电阻很大。 JFET大于 107Ω，
MOS管 大于 109Ω 。
[饱和漏极电流 IDSS]
指耗尽型管在 vGS=0时的漏极电流。
交流参数
[低频跨导 (互导 ) gm]
[交流输出电阻 rds]
c o n s t
DSv
GS
D
m v
ig
c o ns t
GSv
D
DS
ds i
vr
跨导 gm反映了栅压对漏极电流的控制能力，且 与工作点有关，是 转移特性曲线的斜率 。 gm的单位是 mS。
rds反映了漏 -源电压变化量对漏极电流变化量的影响,在恒流区内,是 输出特性 曲线的切线斜率的倒数 。 其值一般为几 kΩ
至 几十 kΩ 。
极限参数
[最大漏 -源电压 V(BR)DS ]
漏极附近发生雪崩击穿时的 vDS。
[最大栅 -源电压 V(BR)GS ]
栅极与源极间 PN结的反向击穿电压 。
[最大耗散功率 PDM]
同三极管的 PCM相似。受管子的最高工作温度及散热条件决定。当超过 PDM时，管子可能烧坏。
