结型场效应管分类及结构
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结型场效应管
-2V -4V
P
O
VGS /V
若| VUS | 阻挡层宽度 耗尽层中负离子数
因VGS不变（G极正电荷量不变） 表面层中电子数 ID
根据衬底电压对ID的控制作用，又称U极为背栅极。
P沟道EMOS管
+VDS -
S +VGS- G
D
U
N+
P+
P+
D ID
U G
N
S
N沟道EMOS管与P沟道EMOS管工作原理相似。 不同之处：电路符号中的箭头方向相反。
VDS /V
转移特性曲线中,ID =0 时对应的VGS值,即开启电 压VGS（th） 。
衬底效应
集成电路中，许多MOS管做在同一衬底上，为保证U与S、D
之间PN结反偏，衬底应接电路最低电位（N沟道）或最高电
位（P沟道）。
- VD+S
U -VU+S S -VG+S G
D
P+
N+
N+
ID/mA VUS = 0
3.1 MOS场效应管
MOSFET
增强型（EMOS） N沟道（NMOS） P沟道（PMOS） N沟道（NMOS）
耗尽型（DMOS） P沟道（PMOS）
N沟道MOS管与P沟道MOS管工作原理相似，不 同之处仅在于它们形成电流的载流子性质不同，因 此导致加在各极上的电压极性相反。
3.1.1 增强型MOS场效应管
➢ NEMOS管输出特性曲线
非饱和区
ID/mA
沟道预夹断前对应的工作区。
VDS = VGS –VGS(th)
条件： VGS > VGS(th) V DS < VGS–VGS(th)
P
O
VGS /V
若| VUS | 阻挡层宽度 耗尽层中负离子数
因VGS不变（G极正电荷量不变） 表面层中电子数 ID
根据衬底电压对ID的控制作用，又称U极为背栅极。
P沟道EMOS管
+VDS -
S +VGS- G
D
U
N+
P+
P+
D ID
U G
N
S
N沟道EMOS管与P沟道EMOS管工作原理相似。 不同之处：电路符号中的箭头方向相反。
VDS /V
转移特性曲线中,ID =0 时对应的VGS值,即开启电 压VGS（th） 。
衬底效应
集成电路中，许多MOS管做在同一衬底上，为保证U与S、D
之间PN结反偏，衬底应接电路最低电位（N沟道）或最高电
位（P沟道）。
- VD+S
U -VU+S S -VG+S G
D
P+
N+
N+
ID/mA VUS = 0
3.1 MOS场效应管
MOSFET
增强型（EMOS） N沟道（NMOS） P沟道（PMOS） N沟道（NMOS）
耗尽型（DMOS） P沟道（PMOS）
N沟道MOS管与P沟道MOS管工作原理相似，不 同之处仅在于它们形成电流的载流子性质不同，因 此导致加在各极上的电压极性相反。
3.1.1 增强型MOS场效应管
➢ NEMOS管输出特性曲线
非饱和区
ID/mA
沟道预夹断前对应的工作区。
VDS = VGS –VGS(th)
条件： VGS > VGS(th) V DS < VGS–VGS(th)
结型场效应管及其放大电路
－
UGG ＋
ID
D
＋
G －P
N
P UDS
UGS
＋
S
－
＋ UDD
－
二、结型场效应管
1）UGS对导电沟道的影响
（ 1 ） 当 UGS ＝ ０ 时 ， 场 效 应 管 两 侧 的 PN 结均处于零偏置， 形成两个耗尽层,如 图（ａ）所示。此 时耗尽层最薄，导 电沟道最宽，沟道 电阻最小。
二、结型场效应管
二、结型场效应管
3）UDS和UGS 共同作用的情况：
设漏源间加有电压UDS： 当UGS变化时，电流ID将随沟道电阻的变化而变化。
（1）当UGS=0时，沟道电阻最小，电流ID最大。
（2）当|UGS|值增大时，耗尽层变宽，沟道变窄， 沟道电阻变大，电流ID减小， 直至沟道被耗尽层夹断，ID=0。
（ 3 ） 当 0<UGS<UGS(off) 时 ， 电流ID在 零和最 大值之间 变化。改变栅源电压UGS的 大小，能引起管内耗尽层 宽度的变化，从而控制了 电流ID的 大小 。 场效应管 和三极管一样，可看作是 受控电流源，但它是一种 电压控制的电流源。
（2）恒流区（或线性放大区）。图 3.29中间部分是恒流区，在此区域ID不 随UDS的增加而增加，而是随着UGS的 增大而增大，输出特性曲线近似平行
于UDS轴，ID受UGS的控制，表现出
ID /
可
mA
预夹断轨迹
变
电 5阻
4区
恒流区
3
UGS＝ 0 －1 V
2
－2 V
1
－ 3 .4V
0
10
20
夹断区
UDS / V
一、场效应管概述
2、符号：
结型场效应管(JFET)的结构和工作原理
结型场效应管（ＪＦET)得结构与工作原理1、JＦET得结构与符号Ｎ沟道JFEＴP沟道ＪFET２、工作原理（以N沟道JFEＴ为例)N沟道JFET工作时,必须在栅极与源极之间加一个负电压-—VＧS＜0,在D－S间加一个正电压——V DS＞0、栅极—沟道间得PN结反偏，栅极电流ｉG≈０,栅极输入电阻很高(高达10７Ω以上).Ｎ沟道中得多子(电子)由S向D运动,形成漏极电流iＤ。
i D得大小取决于ＶDS得大小与沟道电阻。
改变ＶGS可改变沟道电阻，从而改变i D。
主要讨论V GS对i D得控制作用以及VＤS对iＤ得影响。
①栅源电压ＶGS对i D得控制作用当VＧS〈0时，PN结反偏,耗尽层变宽，沟道变窄，沟道电阻变大，IＤ减小；ＶＧS更负时，沟道更窄，I D更小；直至沟道被耗尽层全部覆盖，沟道被夹断，IＤ≈０。
这时所对应得栅源电压V GS称为夹断电压VＰ。
②漏源电压ＶDS对i D得影响在栅源间加电压V GS<０，漏源间加正电压ＶDS > 0。
则因漏端耗尽层所受得反偏电压为V GD＝V GＳ-V DS，比源端耗尽层所受得反偏电压V GS大，(如:VＧS=-2V, V DS =3V，V P=－９Ｖ,则漏端耗尽层受反偏电压为V GD＝—5V,源端耗尽层受反偏电压为－2V）,使靠近漏端得耗尽层比源端宽,沟道比源端窄,故V DS对沟道得影响就是不均匀得,使沟道呈楔形。
当V DS增加到使VＧD=ＶGS－VＤS＝V P时,耗尽层在漏端靠拢,称为预夹断。
当V DＳ继续增加时，预夹断点下移，夹断区向源极方向延伸。
由于夹断处电阻很大,使ＶDＳ主要降落在该区，产生强电场力把未夹断区得载流子都拉至漏极,形成漏极电流IＤ.预夹断后I D基本不随VＤＳ增大而变化。
①V GＳ对沟道得控制作用当V GS<0时,PＮ结反偏→耗尽层加厚→沟道变窄。
VＧＳ继续减小，沟道继续变窄.当沟道夹断时，对应得栅源电压V GS称为夹断电压V P(或VＧS(ｏff) ）.对于N沟道得ＪFＥＴ,ＶＰ〈0.②V DS对沟道得控制作用当ＶGS=0时,V DＳ→ＩD., G、D间PN结得反向电压增加，使靠近漏极处得耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。
结型场效应管
场效应管放大电路
晶体管工作在放大区时，输入回路 PN 结正偏，输入阻抗小， 且是一个电流控制的有源器件。
场效应管也是一种具有 PN 结的正向受控作用的有源器件， 它是利用电场效应来控制输出电流的大小，其输入端 PN 结一 般工作于反偏状态或绝缘状态。输入电阻很高。
场效应管根据结型场效应管 (JFET) 输入阻抗
沟道电阻 ID基本不变
4.1结型 场效应管
综上分析可知
• 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电， 所以场效应管也称为单极型三极管。
• JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因 此iG0，输入电阻很高。 • JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制 • 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后， iD趋于饱和。 P沟道JFET工作时，其电源极性与N沟道JFET 的电源极性相反。
4.1结型 场效应管
二、 JFET的特性曲线及参数
iD f ( vGS ) vD Sconst.
1. 转移特性
VP
vGS 2 iD I DSS (1 ) VP
(VP vGS 0)
2. 输出特性
iD f ( vDS ) vGSconst.
4.1结型 场效应管
输出特性
输出特性曲线表达以UGS为参变 量时iD与uDS的关系。根据特性曲线 的各部分特征,分为四个区域： 1)饱和区 饱和区区相当于双极型晶体管
的放大区。其主要特征为： uGS对iD的控制能力很强 ，uDS的变化对iD影响很小。 2）可变电阻区 与双极型晶体管不同，在JFET中，栅源电压uGS对iD上升的斜 率影响较大，随着|UGS|增大，曲线斜率变小，说明JFET的输出电 阻变大。 3） 截止区 当|UGS|>|UP|时，沟道被全部夹断，iD=0，故此区为截止区。
晶体管工作在放大区时，输入回路 PN 结正偏，输入阻抗小， 且是一个电流控制的有源器件。
场效应管也是一种具有 PN 结的正向受控作用的有源器件， 它是利用电场效应来控制输出电流的大小，其输入端 PN 结一 般工作于反偏状态或绝缘状态。输入电阻很高。
场效应管根据结型场效应管 (JFET) 输入阻抗
沟道电阻 ID基本不变
4.1结型 场效应管
综上分析可知
• 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电， 所以场效应管也称为单极型三极管。
• JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因 此iG0，输入电阻很高。 • JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制 • 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后， iD趋于饱和。 P沟道JFET工作时，其电源极性与N沟道JFET 的电源极性相反。
4.1结型 场效应管
二、 JFET的特性曲线及参数
iD f ( vGS ) vD Sconst.
1. 转移特性
VP
vGS 2 iD I DSS (1 ) VP
(VP vGS 0)
2. 输出特性
iD f ( vDS ) vGSconst.
4.1结型 场效应管
输出特性
输出特性曲线表达以UGS为参变 量时iD与uDS的关系。根据特性曲线 的各部分特征,分为四个区域： 1)饱和区 饱和区区相当于双极型晶体管
的放大区。其主要特征为： uGS对iD的控制能力很强 ，uDS的变化对iD影响很小。 2）可变电阻区 与双极型晶体管不同，在JFET中，栅源电压uGS对iD上升的斜 率影响较大，随着|UGS|增大，曲线斜率变小，说明JFET的输出电 阻变大。 3） 截止区 当|UGS|>|UP|时，沟道被全部夹断，iD=0，故此区为截止区。
N沟道JFET与P沟道JFET
=(1-/Vp)的平方。 （当Vp≤≤0时）
Ⅱ区称为饱和区或恒流区。FET用作放大电路时，一般就工作在这个区域。所以又称此区为线性放大区。
Ⅲ区的特点是：当增至一定的数值后，由于加到沟道中耗尽层的电压太高，电场很强，致使栅漏间的PN结发生雪崩击穿，迅速上升，因此称它为击穿区。
进入雪崩击穿后，管子不能正常工作，甚至很快烧毁。所以，FET不允许工作在这个区域。
P沟道JFET工作时，其电源极性与N沟道JFET的电源极性相反。
4、JFET的特性曲线及参数
输出特性：JFET的输出特性是指在栅源电压一定的情况下，漏极电流与漏源电压之间的关系。管子的工作情况可分为三个区域，
在Ⅰ区内，栅源电压愈负，输出特性愈倾斜，漏源间的等效电阻愈大。因此，在此区内，FET可看作一个受栅源电压控制的可变电阻。故得名为可变电阻区。
讨论JFET的工作原理就是讨论对的控制作用和对的影响。
分析如下：
（1）对的控制作用：。。。
（2）对的影响：。。。
综上分析，可得下述结论：
①JFET栅极、沟道之间的PN结是反向偏置的，因此，其≈0，输入电阻很高。
②JFET是电压控制电流器件，受控制。
③预夹断前，与呈近似线性关系；预夹断后，趋于饱和。
结型场效应管（JFET）
2009-12-22 15:05:54| 分类： 电子元器件 |举报|字号 订阅
1、定义：JFET（Junction type Field Effect Transistor）是利用半导体内的电场效应进行工作的，也称为体内场效应器件。
2、分类：按结构分：N型沟道JT为例：
N沟道JFET工作时，在栅极与源极间需加一负电压（<0）,使栅极、沟道间的PN结反偏，栅极电流≈0，场效应管呈现高达10的7次欧姆以上的输入电阻。
结型场效应管
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模拟电子技术基础
(2) 放大区 a. 沟道预夹断 b. uDS≥ |UGS(off)| + uGS c. iD几乎与uDS无关
iD / mA 6 4 2
uDSuGSUGS (off) uGS0V 0.5V 1.0V
放大区1.5V
2.0V
uGSUGS(off)
0
10
20 uDS / V
iD IDS(S1UuGGSS(o)f2f)
称为零偏漏极电流 I i DSS
D
uG S0V uDSUG
S(
off
)
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uDS
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模拟电子技术基础
3.1.4 结型场效应管的主要电参数 1．直流参数
(1) 夹断电压UGS(off)
U u GS(offG ) S U ID D 测 S常试 (数 (15V 0μ 值 0) )A
uDS
曲线特点
(1) 对于不同的uDS，对应的转移特性曲线不同。
(2) 当管子工作于恒流区时，转移特性曲线基本重合。
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模拟电子技术基础
iD iD
I DSS
uGS0V uGS1 uGS2 uGS3 uGS4
uGS(off)
uGS3 uGS1 uGS1 O uGS O
当管子工作于恒流区时
(b) 导电沟 道夹断
UGS(off)——
N
栅源截止电压或
夹断电压
PP+ +
N型导电沟道
P+
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模拟电子技术基础
当uDS=0时，uGS对沟道的控制作用动画演示
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模拟电子技术基础
2．当uGS =0时，uDS对沟道的控制作用
模拟电子技术基础
(2) 放大区 a. 沟道预夹断 b. uDS≥ |UGS(off)| + uGS c. iD几乎与uDS无关
iD / mA 6 4 2
uDSuGSUGS (off) uGS0V 0.5V 1.0V
放大区1.5V
2.0V
uGSUGS(off)
0
10
20 uDS / V
iD IDS(S1UuGGSS(o)f2f)
称为零偏漏极电流 I i DSS
D
uG S0V uDSUG
S(
off
)
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uDS
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3.1.4 结型场效应管的主要电参数 1．直流参数
(1) 夹断电压UGS(off)
U u GS(offG ) S U ID D 测 S常试 (数 (15V 0μ 值 0) )A
uDS
曲线特点
(1) 对于不同的uDS，对应的转移特性曲线不同。
(2) 当管子工作于恒流区时，转移特性曲线基本重合。
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iD iD
I DSS
uGS0V uGS1 uGS2 uGS3 uGS4
uGS(off)
uGS3 uGS1 uGS1 O uGS O
当管子工作于恒流区时
(b) 导电沟 道夹断
UGS(off)——
N
栅源截止电压或
夹断电压
PP+ +
N型导电沟道
P+
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当uDS=0时，uGS对沟道的控制作用动画演示
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2．当uGS =0时，uDS对沟道的控制作用
场效应管
特点:(1)当vGS 为定值
D (mA) 可变电阻区
i
uGS= 0V uGS = -1V uGS = -2V uGS= -3V
u
DS
时,iD 是 vDS 的线性函数，
管子的漏源间呈现为线
性电阻，且其阻值受 vGS
控制。 （2）管压降vDS 很小。
沟道未 夹断
用途：做压控线性电阻和无触点的、闭合状态
的电子开关。
gm
VDS
2、 极间电容： Cgs和Cgd约为1~3pF，和 Cds约为
0.1~1pF。高频应用时，应考虑极间电容的影响。
vDS 3、 输出电阻rd：rd iD
三、极限参数
VGS
1、 最大漏极电流IDM：管子正常工作时漏极电流 的上限值。
2、 最大耗散功率 PDM ：决定于管子允许的温升。
3、当vGD< VGS(off)时，vGS对iD的控制作用
当vGD = vGS - vDS <VGS(off) 时，即vDS > vGS VGS(off) > 0，导电沟道夹断， iD 不随vDS 变化 ； 但vGS 越小，即|vGS| 越大，沟道电阻越大，对同 样的vDS ， iD 的值越小。所以，此时可以通过改变
③ 场效应管的输入电阻远大于晶体管的输入电
阻，其温度稳定性好、抗辐射能力强、噪声系数小，
但易受静电影响。
④ 场效应管的漏极和源极可以互换，而互换后 特性变化不大；晶体管的集电极和发射极互换后特 性相差很大，只有在特殊情况下才互换使用。但要 注意的是，场效应管的某些产品在出厂时，已将衬 底和源极连接在一起，此时，漏极和源极不可以互 换使用。
JFET 结型
9.2 结型场效应管
一、结型场效应管的结构
D (mA) 可变电阻区
i
uGS= 0V uGS = -1V uGS = -2V uGS= -3V
u
DS
时,iD 是 vDS 的线性函数，
管子的漏源间呈现为线
性电阻，且其阻值受 vGS
控制。 （2）管压降vDS 很小。
沟道未 夹断
用途：做压控线性电阻和无触点的、闭合状态
的电子开关。
gm
VDS
2、 极间电容： Cgs和Cgd约为1~3pF，和 Cds约为
0.1~1pF。高频应用时，应考虑极间电容的影响。
vDS 3、 输出电阻rd：rd iD
三、极限参数
VGS
1、 最大漏极电流IDM：管子正常工作时漏极电流 的上限值。
2、 最大耗散功率 PDM ：决定于管子允许的温升。
3、当vGD< VGS(off)时，vGS对iD的控制作用
当vGD = vGS - vDS <VGS(off) 时，即vDS > vGS VGS(off) > 0，导电沟道夹断， iD 不随vDS 变化 ； 但vGS 越小，即|vGS| 越大，沟道电阻越大，对同 样的vDS ， iD 的值越小。所以，此时可以通过改变
③ 场效应管的输入电阻远大于晶体管的输入电
阻，其温度稳定性好、抗辐射能力强、噪声系数小，
但易受静电影响。
④ 场效应管的漏极和源极可以互换，而互换后 特性变化不大；晶体管的集电极和发射极互换后特 性相差很大，只有在特殊情况下才互换使用。但要 注意的是，场效应管的某些产品在出厂时，已将衬 底和源极连接在一起，此时，漏极和源极不可以互 换使用。
JFET 结型
9.2 结型场效应管
一、结型场效应管的结构
场效应管
MOS管分为四种类型：N沟道耗尽型管、N沟道增强型管、P沟道耗尽型管和 P沟道增强型管。
MOS管的特点
输入阻抗高、栅源电压可正可负、耐高温、易 集成。
N沟道增强型绝缘栅场效应管 （1）结构与符号 增强型的特点
1. 工作原理
绝缘栅场效应管利用 UGS 来控制“感应电荷”
的多少，改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的
一、结型场效应管(JFET)
1 结构与工作原理 （1）构成 结型场效应管又有N沟道和P沟道两种类型。
N沟道结型场效应管的结构示意图
结型场效应管的符号
(a)N沟道管
(b) P沟道管
（2）工作原理 N· JFET的结构及符号
在同一块N型半导体上制作两 个高掺杂的P区，并将它们连 接在一起，引出的电极称为栅 极G，N型半导体的两端引出 两个电极，一个称为漏极D， 一个称为源极S。P区与N区交 界面形成耗尽层，漏极和源极 间的非耗尽层区域称为导电沟 道。
直流输入电阻 RGS ：其等于栅源电压与栅极电流之比，结型管的 RGS 大于10^7 欧，而MOS管的大于10^9欧。
二、交流参数
1. 低频跨导 gm 用以描述栅源之间的电压 UGS 对漏极电流 ID 的控 制作用。 ΔI D gm ΔU GS U DS 常数 单位：ID 毫安(mA)；UGS 伏(V)；gm 毫西门子(mS)
绝缘栅
B端为衬底，与源极短接在一起。
N沟道耗尽型MOS管的结构与符号
（2）N沟道的形成 N沟道的形成与外电场对N沟道的影响 控制原理分四种情况讨论：
① uGS 0时，来源于外电场UGS正极的正电荷使SiO2中原有的正电荷数目增加， 由于静电感应，N沟道中的电子随之作同等数量的增加，沟道变宽，沟道电阻减 小，漏电流成指数规律的增加。