第三章第一节场效应管汇总
场效应管的结构及工作原理(教案)
场效应管的结构及工作原理(教案)第一章：引言1.1 课程背景本课程旨在帮助学生了解和掌握场效应管的结构及工作原理。
场效应管作为一种重要的半导体器件，在电子电路中具有广泛的应用。
1.2 学习目标了解场效应管的基本结构理解场效应管的工作原理第二章：场效应管的基本结构2.1 结型场效应管（JFET）2.1.1 N沟道JFET2.1.2 P沟道JFET2.2 金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）2.2.1 N型MOSFET2.2.2 P型MOSFET2.3 场效应管的封装与引脚第三章：场效应管的工作原理3.1 JFET的工作原理3.1.1 导电通道的形成3.1.2 栅极电压对导电通道的控制3.2 MOSFET的工作原理3.2.1 导电通道的形成3.2.2 栅极电压对导电通道的控制3.3 场效应管的导通与截止条件第四章：场效应管的特性4.1 静态特性4.1.1 输入特性4.1.2 输出特性4.2 动态特性4.2.1 过渡时间4.2.2 开关速度4.3 场效应管的参数第五章：场效应管的应用5.1 放大器应用5.1.1 放大器的基本原理5.1.2 放大器的设计与实现5.2 开关应用5.2.1 开关的基本原理5.2.2 开关的设计与实现5.3 其他应用场效应管的结构及工作原理(教案)第六章：结型场效应管（JFET）的特性6.1 输出特性6.1.1 电流-电压关系6.1.2 输出特性曲线6.2 输入特性6.2.1 输入阻抗6.2.2 输入特性曲线6.3 传输特性6.3.1 传输特性曲线6.3.2 转移特性分析第七章：金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）的特性7.1 MOSFET的输出特性7.1.1 电流-电压关系7.1.2 输出特性曲线7.2 MOSFET的输入特性7.2.1 输入阻抗7.2.2 输入特性曲线7.3 MOSFET的传输特性7.3.1 传输特性曲线7.3.2 转移特性分析第八章：场效应管的驱动电路8.1 驱动电路的作用8.1.1 驱动场效应管的需求8.1.2 驱动电路的设计原则8.2 驱动电路的设计8.2.1 电压驱动电路8.2.2 电流驱动电路8.3 驱动电路的稳定性与保护第九章：场效应管的电路应用实例9.1 放大器应用实例9.1.1 单级JFET放大器9.1.2 多级MOSFET放大器9.2 开关应用实例9.2.1 数字开关9.2.2 模拟开关9.3 其他应用实例9.3.1 电压控制放大器9.3.2 功率放大器第十章：总结与展望10.1 课程总结10.1.1 场效应管的结构特点10.1.2 场效应管的工作原理与特性10.2 场效应管的应用领域10.2.1 电子设备中的应用10.2.2 未来发展趋势10.3 练习与思考题10.3.1 填空题10.3.2 选择题10.3.3 简答题10.3.4 设计题场效应管的结构及工作原理(教案)第十一章：场效应管的测试与故障诊断11.1 测试仪器与设备11.1.1 直流参数测试仪11.1.2 交流参数测试仪11.2 场效应管的测试项目11.2.1 栅极电阻测试11.2.2 漏极电流测试11.2.3 源极电阻测试11.3 故障诊断与分析11.3.1 故障类型及原因11.3.2 故障诊断流程第十二章：场效应管的可靠性与寿命12.1 可靠性基本概念12.1.1 可靠性的定义12.1.2 可靠性参数12.2 影响场效应管可靠性的因素12.2.1 材料与工艺因素12.2.2 环境因素12.3 提高场效应管可靠性的措施12.3.1 设计优化12.3.2 生产工艺控制第十三章：场效应管的节能与环保13.1 节能的重要性13.1.1 电子设备的能耗问题13.1.2 场效应管在节能中的作用13.2 环保意识与场效应管13.2.1 电子废弃物问题13.2.2 场效应管的环保优势13.3 节能与环保技术的应用13.3.1 高效能场效应管设计13.3.2 绿色制造与回收技术第十四章：场效应管的最新发展动态14.1 新型场效应管的研究方向14.1.1 纳米场效应管14.1.2 宽禁带场效应管14.2 场效应管技术的创新应用14.2.1 物联网中的应用14.2.2 中的应用14.3 未来场效应管的发展趋势14.3.1 性能提升14.3.2 成本降低第十五章：课程复习与拓展学习15.1 复习重点与难点15.1.1 场效应管的基本结构15.1.2 场效应管的工作原理与特性15.2 拓展学习资源15.2.1 学术期刊与论文15.2.2 在线课程与论坛15.3 实践项目与研究建议15.3.1 实验室实践项目15.3.2 研究课题建议重点和难点解析本文档涵盖了场效应管的结构、工作原理、特性、应用、测试、可靠性、节能环保以及最新发展动态等方面的内容。
场效应管的结构及工作原理(教案)
场效应管的结构及工作原理(教案)第一章：引言1.1 课程背景本课程旨在帮助学生了解和掌握场效应管（FET）的结构及工作原理。
场效应管作为一种重要的半导体器件，在电子技术领域有着广泛的应用。
1.2 学习目标了解场效应管的基本结构理解场效应管的工作原理第二章：场效应管的基本结构2.1 简介介绍场效应管的定义和基本结构。
2.2 MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应管）结构描述MOSFET的三个主要部分：源极、漏极和栅极解释MOSFET的两种类型：N型和P型2.3 JFET（结型场效应管）结构介绍JFET的基本结构和工作原理比较JFET和MOSFET的异同第三章：场效应管的工作原理3.1 简介解释场效应管的工作原理。
3.2 静电场控制描述静电场如何控制通道中的电荷载流子解释电荷载流子的运动和电流的形成3.3 电压和电流的关系分析电压和电流之间的关系讨论场效应管的不同工作区域：亚阈值区、饱和区和击穿区第四章：场效应管的特性4.1 简介介绍场效应管的主要特性。
4.2 转移特性解释转移特性曲线的含义分析转移特性曲线的形状和特点4.3 输出特性描述输出特性曲线的含义讨论输出特性曲线的形状和特点第五章：应用5.1 简介介绍场效应管在不同领域的应用。
5.2 放大器应用分析场效应管放大器的工作原理讨论放大器的设计和应用5.3 开关应用解释场效应管在开关电路中的应用分析开关电路的设计和应用第六章：场效应管的偏置电路6.1 简介介绍场效应管偏置电路的作用和重要性。
6.2 偏置电路的设计解释偏置电路的作用分析偏置电路的设计原则和方法6.3 偏置电路的类型介绍几种常见的偏置电路类型分析各种偏置电路的优缺点第七章：场效应管的驱动电路7.1 简介介绍场效应管驱动电路的作用和重要性。
7.2 驱动电路的设计解释驱动电路的作用分析驱动电路的设计原则和方法7.3 驱动电路的类型介绍几种常见的驱动电路类型分析各种驱动电路的优缺点第八章：场效应管的参数测量与测试8.1 简介介绍场效应管参数测量与测试的目的和方法。
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。
第3章 场效应管
VGS = 4 V, VDS = 6 V
ID = 1 mA
例2. 单电源供电的N沟道DMOS管电路，已知，RG＝1MΩ， RS＝4kΩ，RD＝5kΩ，VDD＝5V，管子参数为µnCoxW/（2l） ＝0.25mA/V2，VGS(th)＝-2V，求ID。
VS = I DQ RS = 4I D
VGS = VG − VS = −4I D
ID =
µn CoxW
2l = 0.25(−4 I D + 2) 2
(VGS − VGS(th) ) 2
解得ID＝0.25mA和1mA。显然ID＝1mA应舍去。 取ID＝0.25mA，求得 VGS = 0 − I DQ RS = 0 − 0.25 × 4 = −1
VDS = VDD − I DQ ( RD + RS ) = 5 − 0.25 × 9 = 2.75
µ n CoxW
2l
例 在下图所示N沟道EMOS管电路中，已知RG1＝1.2 MΩ， RG2＝0.8 MΩ，RS＝4 kΩ，RD＝10 kΩ，VDD＝20 V，管子 参数为µCoxW/(2l)＝0.25 mA/V2，VGS(th)＝2 V，试求ID。 解
IG = 0
VG = VDD RG2 0.8 = 20 × = 8 (V) RG1 + RG2 1.2 + 0.8
三、vGS>VGS(th)，vDS>vGS－VGS(th)
当 vDS=vGS-VGS(th)时，近漏端沟道夹断。夹断后， vGA＝vGS(th)，夹断 点到源极的电压vAS也就恒为(vGS－VGS(th))，沟道电流iD不再随vDS的 变化而变化，只受vGS控制。这种沟道夹断与vGS<VGS(th) 整个沟道夹 断iD=0的情况不同。通常由vDS引起近漏极端的夹断称为预夹断。预 夹断后对应的工作区称为饱和区又称放大区。 但若考虑沟道长度调制效应(夹断点A会随着vDS的增加而向源极移 动)，当vGS 一定时，iD会随着vDS的增加而略微增加。
第3章场效应管44页PPT
电子技术基础
第 3章
③ 截止区（夹断区）
a. uGS＜UGS(th) b.无沟道完全夹断 c. iD=0
iD / mA 6 4 2 0
uDSuGSUGS (th)
uG S UG S (th )
uG S UG S (th )
10
截止区
20 uDS / V
17.11.2019
电子技术基础
第 3章
3.1.3 场效应管的主要参数
(1) 开启电压 UGS(th)：是增强型MOS管的参数
(2) 夹断电压 UGS(off)：
是结型和耗尽型
(3) 饱和漏电流 IDSS：
MOS管的参数
(4) 低频跨导 gm：表示栅源电压对漏极电流 的控制能力
gm
Δ ID ΔUGS
UDS
极限参数：最大漏极电流、耗散功率、击穿电压。
UGS = – RSID
+
ID
IDS(S1UUGSG(SO
)2 uFFi)
将已知的UGS(off)、 _
C1 RG
RD
C2
+
T
+UGS_ RS
uo IS +CS _
IDSS代入上两式，
解出UGS、ID;
由 UDS= UDD –ID(RD+ RS) 解出UDS
对增强型MOS管构成的放大电路需用图解法来确
第 3章
iD>0
N+
N+
(b) 管子预夹断
17.11.2019
uDS
P
沟道在漏 极端夹断
电子技术基础
第 3章
c. 当uDS进一步增大 –
uDS +
第三章场效应管及其放大电路
第三章 场效应管及其放大电路1. JEFT 有两种类型，分别是N 沟道结型场效应管和P 沟道结型场效应管2. 在JFET 中：（1） 沟道夹断：假设0=DS v ，如图所示。
由于 0=DS v ，漏极和源极间短路，使整个沟道内没有压降，即整个沟道内的电位与源极的相同。
令反偏的栅-源电压GS v 由零向负值增大，使PN 结处于反偏状态，此时，耗尽层将变宽；由于在结型场效应管制作中，P 区的浓度远大于N 区的浓度，所以，耗尽层主要在N 沟道内变宽，随着耗尽层宽度加大，沟道变窄，沟道内的电阻增大。
继续反响加大GS v ，耗尽层将在沟道内合拢，此时，沟道电阻將变的无穷大，这种现象成为沟道夹断（2）在DS v 较小时，DS v 的加大虽然会增大沟道内的电阻，但这种影响不是很明显，沟道仍处于比较宽的状态，即沟道的电阻在DS v 比较小的时候基本不变，此时加大DS v ，会使D i 迅速增加，D i 与DS v 近似为线性关系。
加大DS v ，沟道内的耗尽层会逐渐变宽，沟道电阻增加，D i 随DS v 的上升，速度会变缓。
当||P DSV v =时，楔形沟道会在A 点处合拢，这种现象称为预夹断。
3. 解：（1）（a ）为N 沟道场效应管 （b ）为P 沟道场效应管（2）（a ）V V P4-= （b ）V V P 4= （3）（a ）A I DSS 5= （b ）A I DSS 5-=（4）电压DS v 与电流D i 具有相同的极性且与GS v 极性相反，因而，电压DS v 的极性可根据D i 或GS v 的极性判断4.解：当JFET 工作在饱和区时，有关系式：2)1(PGS DSS D V V I i -= 5. 解：在P 沟道JFET 中，要求栅-源电压GS v 极性为正，漏源电压DS v 的极性为负，夹断电源P V 的极性为正6. 解：MOS 型场效应管的详细分类7. 解：耗尽型是指，当0=GS v 时，即形成沟道，加上正确的GS v 时，能使对数载流子流出沟道，因而“耗尽”了载流子，使管子转向截止。
场效应管及其基本电路详解
uGS uGSo(ufG f S)thuGS uGSo(ufG f S)th
P - F E TuGD uGSo (ufG f S)thuGD uGSo (ufG f S)thuGS uGSo(ufG f S)th
uDS
(a)输出特性
图3―8输出特性
01 恒流区
02 uGS>UGSth 预夹断后所对应的区域。
03
uGD<UGSth（或uDS>uGS-UGSth） ○ 曲线间隔均匀，uGS对iD控制能力强。 ○ uDS对iD的控制能力弱，曲线平坦。
三、转移特性
iD≥0
当uGS<UGSth时，iD=0。
01
P沟
UGS /V
结型 P沟
iD
结型
MOS N沟
N 沟 耗尽型 增强型
UGS /V
0 －1
3 2
9 8
－2 1 7
－3 0 6
－4 －1 5
－5 －2 4
－6 －3 3
0
uDS
线性可变电阻区
uDS uG SuGS(o uG ff S)th
(b)输出特性
图3―12各种场效应管的转移特性和输出特性对比
2024/8/28
一、简介
二、分类
0 1
MOSFE T
0 2
N沟道
0 7
增强型
0 8
耗尽型
0 3
P沟道
0 4
增强型
0 5
NEMOSF
ET
0 9
NDMOS
FET
1 0
PEMOSF
ET
1 1
DMOS FET
0 6
耗尽型
2024/8/28
场效应管详解
场效应管详解一、场效应管的基本概念场效应管（Field-Effect Transistor，简称FET）是一种三极管，由栅极、漏极和源极三个电极组成。
栅极与漏极之间通过电场控制漏极和源极之间的电流。
二、场效应管的工作原理场效应管的工作原理基于电场控制电流的效应。
当栅极施加一定电压时，在栅极和漏极之间形成了一个电场，这个电场控制着漏极和源极之间的电流。
通过调节栅极电压，可以改变漏极和源极之间的电流，实现对电流的控制。
三、场效应管的分类根据不同的控制机构，场效应管可以分为三种类型：MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应管）、JFET（结型场效应管）和IGBT（绝缘栅双极型晶体管）。
MOSFET是最常见的一种场效应管。
四、场效应管的特点和优势1. 高输入阻抗：场效应管的栅极是绝缘层，因此栅极和源极之间的电流极小，使得场效应管具有很高的输入阻抗。
2. 低噪声：由于高输入阻抗的特性，场效应管的噪声很低。
3. 低功耗：场效应管的控制电流很小，从而使得其功耗较低。
4. 快速开关速度：场效应管的开关速度较快，适合高频应用。
五、场效应管的应用领域场效应管广泛应用于各种电子设备中，包括放大器、开关电路、调节电路、振荡器等。
在电子行业中，场效应管已经成为一种重要的电子元件。
六、场效应管的优化和发展随着科技的不断进步，场效应管也在不断优化和发展。
目前，一些新型的场效应管已经出现，如高电压场效应管、功率场效应管等，以满足不同领域对场效应管的需求。
场效应管作为一种重要的电子元件，具有较高的输入阻抗、低噪声、低功耗和快速开关速度等特点，广泛应用于各种电子设备中。
随着科技的不断发展，场效应管的优化和发展也在不断进行，使其能更好地满足不同领域的需求。
场效应管的研究和应用将继续推动电子技术的发展，为人们的生活带来更多便利和创新。
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或 VDS VGS VGS(th) 时，靠近漏端的反型层消失。
即 靠近漏区的沟道被夹断，夹断点 A称为预夹断点。
S
GVDS
D
VGS
P
N
AN
P
VDS 继续增大，预夹断点前移，导电沟道变短。
VGA VGS (th )
S
GVDS
D
VGS
PN
A
N
P
综合上面的分析，可以画出VGS > VGS(th) ，并且为一定值时， 漏极电流ID ，随VDS变化的特性。
当 VDS = 0 ，在栅极G与源极S之间外加电压VGS 时：
S
G
D
VGS
PN
N
P
随着VGS 的增大电场增强
S
G
D
VGS
PN
N
P
随着VGS 继续增大，电场继续增强
S
G
D
VGS
PN
N
P
S
G
VGS
P
N
D N
P
P型半导体，转型为N型半导体，称为反型层。此时如外 加VDS电压，将有电流自漏区流向源区。
靠近漏区的沟道被夹断，即在A点处。
VDS 继续增大时，VGA VGS (th )
VAS VGS VGS(th)
VDA VDS (VGS VGS(th) )
形成漏极指向夹断点的
电场，ID几乎不随VDS而变 化的恒值。
ID
A
（d）、沟道长度调制效应：
VDS 0 VDS = VGS(th)
ห้องสมุดไป่ตู้
I D
nCoxW
2l
（ 2 VGS VGS(th) )VDS
VD2S
式中： μn 为自由电子迁移率； Cox 为单位面积的栅极电容量；
l 为沟道长度；
W 为沟道的宽度。
当 VDS 的值很小时，VDS的二次项可忽略。
ID
nCoxW
2l
[2(VGS
VGS(th) )VDS ]
nCoxW
l
(VGS
VGS(th) )VDS
ID/mA VDS = VGS-VGS(th)
VGS=5.5V
5V
4.5V
4V
3.5V
0
5V 10V 15V 20V 3V
VDS/V
VDS 很小时，ID 与 VDS 之间呈线性关系。 输出特性曲线近似为一组直线：
ID/mA 5.5V 5V 4.5V 4V
课件制作：地里木拉提.吐尔逊 许 植
第三章 场效应管
第三章 第一节
第二节 第三节
前言 MOS场效应管 结型场效应管 场效应管应用
第三章 场效应管
前言 场效应管(FET)是另一种具有正向受控作用的半导体器
件，分MOS场效应管(MOSFET)与结型场效应管(JFET)两种 类型。MOSFET与JFET工作原理类似，它们都是利用电场效 应控制电流，不同之外仅在于导电沟道形成的原理不同。 由于场效应管只有多子参与导电，故常称为单极型器件， 相应地，将晶体三极管称为双极型器件。
3. 熟悉放大模式下各种场效应管的外部工作条件。 4. 掌握场效应管放大电路分析方法：估算法及小
信号等效电路法。能熟练利用估算法分析电路 的直流工作点。 5. 熟悉场效应管与三极管之间的异同点。 6. 本章3.3节根据教学需要，可作为扩展内容。
3.1 MOS场效应管
场效应管：是另一种具有正向受控作用的半导体器件。
S
GVDS
D
VGS
PN
N
P
漏极与源极之间，存在着电位差
S
GVDS
D
VGS
P NB
AN
P
显然，VD > VA > VG > VB
VGD VGS VDS
VGD的大小将沿着沟道而变化，越靠近漏区VGD越小，沟 道越窄；越靠近源区VGD越大，沟道越宽。
当 VDS 继续增大，则 VGD 相应的减小。直到 VGD = VGS(th) 或 表示为：
学习本章时，要时刻将声效应管与晶体三极管相对照， 这样不仅可以加深对FET工作原理、模型及分析方法的理解， 而且还可以找出它们的异同点，便于掌握。
教学要求： 1. 了解MOS场效应管与结型场效应管的工作原理，
重点了解场效应管中预夹断的基本概念。
2. 熟悉场效应管的数学模型、直流简化电路模型、 曲线模型及小信号电路模型，掌握各种模型的 特点及应用场合。
预夹断后，继续增大VDS ，预夹断点会向源区方向移 动，导致沟道长度减小，相应的沟道电阻减小，结果，是 ID略有增大。这种效应称为沟道长度调制效应。
小结:
（1）、ENOS场效应管，主要依靠一种载流子多子，参与 导电————自由电子。 因此，称MOS管为单极型管；而 晶体三极管是由多子和少子两种在流子参与导电，可称为 双极型管。
VGS=5.5V
5V
4.5V
4V
3.5V
0
5V 10V 15V 20V 3V
VDS/V
EMOS管的输出特性曲线
输出特性曲线画分为四个工作区：
（1）、非饱和区
即 VGS VGS (th )
VDS VGS VGS (th )
ID 的大小同时受 VGS 与 VDS 的控制。它们的依存关系为：
根据结构图看出，反型层的宽窄,可由VGS 的大小来调整。 我们将反型层，称为导电沟道，由于反型层是N型半导体， 则称为N沟道。
形成导电沟道时： 所对应的VGS电压，称为开启电压，用VGS(th) 表示。
（2）、VDS对沟道导电能力的控制：
当 VGS 为一定值，VDS > 0 时，在VDS的作用下，形成漏 极电流 ID 。
（2）、通过分析工作原理，可知两个高掺杂的N区与衬底 之间的PN结，必须外加反向偏置电压。
（3）、电路符号中的衬底箭头方向，是PN结外加正向偏 置时的正向电流方向。
2、伏安特性：
输入特性 IG = 0
输出特性 I D f (VDS ) VGS
VGS为常数。
ID/mA VDS = VGS-VGS(th)
(a)、设 VDS = 0 V 开始
当 VDS 很小，沟道电 阻几乎与VDS 无关，ID随 VDS线性增大。 (b)、VDS 继续增大，靠近 漏区的沟道变窄，沟道电
ID
A
阻增大。ID随VDS增大趋于
VDS
缓慢。
0 VDS =VGS-VGS(th)
（c）、当 VDS VGS VGS(th) 时
绝缘栅型：MOS场效应管 金属——氧化物——半导体
N沟道 增强型
P沟道
N沟道
耗尽型
类型
P沟道
结型
N沟道 P沟道
一、增强型MOS(EMOS)场效应管
电路符号
D 漏极
G 栅极
衬底 U
S 源极
N沟道EMOS场效应管结构示意图
S
G
D
PN
N
耗尽层 P
1、工作原理 （1）、导电沟道形成原理：
当 VDS = VGS = 0 时 结构示意图