第3章：场效应管详解
第三章
3.0
场效应管
概述
3.1
3.2
MOS场效应管
结型场效应管
3.0 概 述
场效应管是一种利用电场效应来控制电流的半导
体器件,也是一种具有正向受控作用的半导体器件。
它体积小、工艺简单，器件特性便于控制，是目前制 造大规模集成电路的主要有源器件。
场效应管与三极管主要区别：
• 场效应管输入电阻远大于三极管输入电阻。
由于MOS管COX很小，因此当带电物体（或人） 靠近金属栅极时，感生电荷在SiO2绝缘层中将产生
很大的电压VGS(=Q /COX)，使绝缘层击穿，造成
MOS管永久性损坏。
MOS管保护措施：
分立的MOS管：各极引线短接、烙铁外壳接地。 MOS集成电路：
D1
T
D2
D1 D2一方面限制VGS间 最大电压，同时对感 生 电荷起旁路作用。
VGS > VGS(th) 条件： V DS > VGS–VGS(th) 特点：
0
VDS /V
ID只受VGS控制，而与VDS近似无关，表现出类 似三极管的正向受控作用。 考虑到沟道长度调制效应，输出特性曲线随 VDS的增加略有上翘。
注意：饱和区（又称有源区）对应三极管的放大区。
数学模型：
工作在饱和区时， MOS 管的正向受控作用，服 从平方律关系式： n COXW ID (VGS VGS(th) ) 2 2l 若考虑沟道长度调制效应，则ID的修正方程：
• 场效应管是单极型器件（三极管是双极型器件）。
• 场效应管受温度的影响小（只有多子漂移运动形成电流)。
一、场效应管的种类
绝缘栅型场效应管MOSFET 按结构不同分为 N沟道 结型场效应管JFET P沟道 N沟道 耗尽型（DMOS） P沟道
MOSFET
（按工作方式不同）
N沟道 增强型（EMOS） P沟道
计及衬底效应的MOS管简化电路模型 考虑到衬底电压vus对漏极电流id的控制作用，小信
号等效电路中需增加一个压控电流源gmuvus。
id
g d
vgs
s -
+
gmvgs
gmuvus
rds
vds
-
+
gmu称背栅跨导，工程上 g mu
iD vus
Q
g m
为常数，一般 = 0.1~ 0.2
1/( I EQ )相似。
iD MOS管跨导 g m vGS
Q
利用 I D 得 gm
COXW
2l
Q
(VGS VGS(th) ) 2
iD vGS
2
COXW
2l
I DQ
iC 三极管跨导 g m v BE
Q
re
38.5I CQ
通常MOS管的跨导比三极管的跨导要小一个 数量级以上，即MOS管放大能力比三极管弱。
NEMOS管转移特性曲线
转移特性曲线反映VDS为常数时，VGS对ID的控制作 用,可由输出特性转换得到。
ID/mA VDS = 5V ID/mA VDS = VGS –VGS(th)
VGS =5V
4.5V 4V 3.5V
0
1
2 3 4 VGS(th) = 3V
5 V /V GS
0
VDS = 5V
D
A P
若VDS 继续→A点左移→出现夹断区
此时
VAS =VAG +VGS =-VGS(th) +VGS （恒定）
若忽略沟道长度调制效应，则近似认为l 不变（即Ron不变）。
因此预夹断后： VDS →ID 基本维持不变。
若考虑沟道长度调制效应
则VDS →沟道长度l →沟道电阻Ron略。
因此
VDS →ID略。
由上述分析可描绘出ID随VDS 变化的关系曲线：
ID VGS一定
0 V –V GS GS(th)
VDS
曲线形状类似三极管输出特性。
MOSFET工作原理：
利用半导体表面的电场效应，通过栅源电压
VGS的变化，改变感生电荷的多少，从而改变感
生沟道的宽窄，控制漏极电流ID。 • MOS管仅依靠一种载流子（多子）导电，故 称单极型器件。 • 三极管中多子、少子同时参与导电，故称双 极型器件。
3.1.1
增强型MOS场效应管
N沟道EMOSFET结构示意图
源极 衬底极
U S G D W
金属栅极 漏极
电路符号
D G S 沟道长度 U
P+ N+ N+ P+
沟道 宽度
SiO2 绝缘层 P型硅 衬底
l
P
N沟道EMOS管工作原理
N沟道EMOS管外部工作条件
• VDS > 0 (保证栅漏PN结反偏)。
MOS管高频小信号电路模型 当高频应用、需计及管子极间电容影响时，应采 用如下高频等效电路模型。
栅漏极间 平板电容
Cgd
g
id
vds
+ d
vgs Cgs
-
+
gmvgs s
沟道：指载流子流通的渠道、路径。N沟道是指 以N型材料构成的区域作为载流子流通的路径；P沟道 指以P型材料构成的区域作为载流子流通的路径。
3.1 MOS场效应管
增强型（EMOS） N沟道（NMOS） P沟道（PMOS） 耗尽型（DMOS） N沟道（NMOS） P沟道（PMOS）
MOSFET
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。
因此，非饱和区又称为可变电阻区。
数学模型：
VDS很小MOS管工作在非饱区时，ID与VDS之间呈线性关系：
ID
n COXW
2l
2 [2(VGS VGS(th) )VDS VDS ]
n COXW
l
(VGS VGS(th) )VDS
其中：W、l 为沟道的宽度和长度。 COX （= / OX）为单位面积的栅极电容量。
即
VDS < 0 、VGS < 0
3.1.2 耗尽型MOS场效应管 DMOS管结构
U
S P+ N+ G N+ D
D
ID
U
N沟道 DMOS
G
P
S
VGS=0时，导电沟道已存在
U S N+ P+ G P+ D
沟道线是实线
D
ID
U
P沟道 DMOS
G
N
S
NDMOS管伏安特性
ID/mA VDS = VGS –VGS(th) VGS =1V
VDS /V
转移特性曲线中,ID =0 时对应的VGS值,即开启 电压VGS（th） 。
P沟道EMOS管
VGS + P+ N
VDS + G P+ D
U N+
S
D
G S
ID
U
N沟道EMOS管与P沟道EMOS管工作原理相似。 电路符号中的箭头方向相反。 不同之处： 外加电压极性相反、电流ID流向相反。
2l n COXW (VGS VGS(th) ) 2 1 VDS 2l 其中： 称沟道长度调制系数，其值与l 有关。 通常 =( 0.005 ~ 0.03 )V-1
ID
n COXW
VDS (VGS VGS(th) ) 1 V A
四种MOS场效应管比较
D
电路符号及电流流向
ID
U G
ID
U G
D
ID
U G
D
ID
U
Hale Waihona Puke GS NEMOSS NDMOS
S PEMOS
S PDMOS
转移特性
ID ID
ID ID
0 VGS(th)
VGS
VGS(th) 0
VGS
VGS(th) 0 V GS
0 VGS(th VGS
)
饱和区（放大区）外加电压极性及数学模型 VDS极性取决于沟道类型 N沟道：VDS > 0， P沟道：VDS < 0
此时MOS管可看成阻值受VGS控制的线性电阻器：
1 V V GS GS(th) 注意：非饱和区相当于三极管的饱和区。 l Ron n COXW
饱和区
沟道预夹断后对应的工作区。
ID/mA VDS = VGS –VGS(th)
VGS =5V 4.5V 4V 3.5V
VGS极性取决于工作方式及沟道类型 增强型MOS管： VGS 与VDS 极性相同。 耗尽型MOS管： VGS 取值任意。 饱和区数学模型与管子类型无关
ID
COXW
2l
(VGS VGS(th) ) 2
临界饱和工作条件 |VGS| = |VGS(th) |， |VGS| > |VGS(th) |， |VGS| > |VGS(th) | ，
0. 5V 0V
ID/mA
-0. 5V
- 1V -1. 5V
0
-1. 8V
VDS /V
VGS(th)
0
VGS /V
外部工作条件： VDS > 0，VGS 正、负、零均可。
DMOS管在饱和区与非饱和区的ID表达式与EMOS管相同。
PDMOS与NDMOS的差别仅在于电压极性与电流方向相反。
3.1.3
D
3.1.4
小信号电路模型
ic ib
+ d b
3.0
场效应管
概述
3.1
3.2
MOS场效应管
结型场效应管
3.0 概 述
场效应管是一种利用电场效应来控制电流的半导
体器件,也是一种具有正向受控作用的半导体器件。
它体积小、工艺简单，器件特性便于控制，是目前制 造大规模集成电路的主要有源器件。
场效应管与三极管主要区别：
• 场效应管输入电阻远大于三极管输入电阻。
由于MOS管COX很小，因此当带电物体（或人） 靠近金属栅极时，感生电荷在SiO2绝缘层中将产生
很大的电压VGS(=Q /COX)，使绝缘层击穿，造成
MOS管永久性损坏。
MOS管保护措施：
分立的MOS管：各极引线短接、烙铁外壳接地。 MOS集成电路：
D1
T
D2
D1 D2一方面限制VGS间 最大电压，同时对感 生 电荷起旁路作用。
VGS > VGS(th) 条件： V DS > VGS–VGS(th) 特点：
0
VDS /V
ID只受VGS控制，而与VDS近似无关，表现出类 似三极管的正向受控作用。 考虑到沟道长度调制效应，输出特性曲线随 VDS的增加略有上翘。
注意：饱和区（又称有源区）对应三极管的放大区。
数学模型：
工作在饱和区时， MOS 管的正向受控作用，服 从平方律关系式： n COXW ID (VGS VGS(th) ) 2 2l 若考虑沟道长度调制效应，则ID的修正方程：
• 场效应管是单极型器件（三极管是双极型器件）。
• 场效应管受温度的影响小（只有多子漂移运动形成电流)。
一、场效应管的种类
绝缘栅型场效应管MOSFET 按结构不同分为 N沟道 结型场效应管JFET P沟道 N沟道 耗尽型（DMOS） P沟道
MOSFET
（按工作方式不同）
N沟道 增强型（EMOS） P沟道
计及衬底效应的MOS管简化电路模型 考虑到衬底电压vus对漏极电流id的控制作用，小信
号等效电路中需增加一个压控电流源gmuvus。
id
g d
vgs
s -
+
gmvgs
gmuvus
rds
vds
-
+
gmu称背栅跨导，工程上 g mu
iD vus
Q
g m
为常数，一般 = 0.1~ 0.2
1/( I EQ )相似。
iD MOS管跨导 g m vGS
Q
利用 I D 得 gm
COXW
2l
Q
(VGS VGS(th) ) 2
iD vGS
2
COXW
2l
I DQ
iC 三极管跨导 g m v BE
Q
re
38.5I CQ
通常MOS管的跨导比三极管的跨导要小一个 数量级以上，即MOS管放大能力比三极管弱。
NEMOS管转移特性曲线
转移特性曲线反映VDS为常数时，VGS对ID的控制作 用,可由输出特性转换得到。
ID/mA VDS = 5V ID/mA VDS = VGS –VGS(th)
VGS =5V
4.5V 4V 3.5V
0
1
2 3 4 VGS(th) = 3V
5 V /V GS
0
VDS = 5V
D
A P
若VDS 继续→A点左移→出现夹断区
此时
VAS =VAG +VGS =-VGS(th) +VGS （恒定）
若忽略沟道长度调制效应，则近似认为l 不变（即Ron不变）。
因此预夹断后： VDS →ID 基本维持不变。
若考虑沟道长度调制效应
则VDS →沟道长度l →沟道电阻Ron略。
因此
VDS →ID略。
由上述分析可描绘出ID随VDS 变化的关系曲线：
ID VGS一定
0 V –V GS GS(th)
VDS
曲线形状类似三极管输出特性。
MOSFET工作原理：
利用半导体表面的电场效应，通过栅源电压
VGS的变化，改变感生电荷的多少，从而改变感
生沟道的宽窄，控制漏极电流ID。 • MOS管仅依靠一种载流子（多子）导电，故 称单极型器件。 • 三极管中多子、少子同时参与导电，故称双 极型器件。
3.1.1
增强型MOS场效应管
N沟道EMOSFET结构示意图
源极 衬底极
U S G D W
金属栅极 漏极
电路符号
D G S 沟道长度 U
P+ N+ N+ P+
沟道 宽度
SiO2 绝缘层 P型硅 衬底
l
P
N沟道EMOS管工作原理
N沟道EMOS管外部工作条件
• VDS > 0 (保证栅漏PN结反偏)。
MOS管高频小信号电路模型 当高频应用、需计及管子极间电容影响时，应采 用如下高频等效电路模型。
栅漏极间 平板电容
Cgd
g
id
vds
+ d
vgs Cgs
-
+
gmvgs s
沟道：指载流子流通的渠道、路径。N沟道是指 以N型材料构成的区域作为载流子流通的路径；P沟道 指以P型材料构成的区域作为载流子流通的路径。
3.1 MOS场效应管
增强型（EMOS） N沟道（NMOS） P沟道（PMOS） 耗尽型（DMOS） N沟道（NMOS） P沟道（PMOS）
MOSFET
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。
因此，非饱和区又称为可变电阻区。
数学模型：
VDS很小MOS管工作在非饱区时，ID与VDS之间呈线性关系：
ID
n COXW
2l
2 [2(VGS VGS(th) )VDS VDS ]
n COXW
l
(VGS VGS(th) )VDS
其中：W、l 为沟道的宽度和长度。 COX （= / OX）为单位面积的栅极电容量。
即
VDS < 0 、VGS < 0
3.1.2 耗尽型MOS场效应管 DMOS管结构
U
S P+ N+ G N+ D
D
ID
U
N沟道 DMOS
G
P
S
VGS=0时，导电沟道已存在
U S N+ P+ G P+ D
沟道线是实线
D
ID
U
P沟道 DMOS
G
N
S
NDMOS管伏安特性
ID/mA VDS = VGS –VGS(th) VGS =1V
VDS /V
转移特性曲线中,ID =0 时对应的VGS值,即开启 电压VGS（th） 。
P沟道EMOS管
VGS + P+ N
VDS + G P+ D
U N+
S
D
G S
ID
U
N沟道EMOS管与P沟道EMOS管工作原理相似。 电路符号中的箭头方向相反。 不同之处： 外加电压极性相反、电流ID流向相反。
2l n COXW (VGS VGS(th) ) 2 1 VDS 2l 其中： 称沟道长度调制系数，其值与l 有关。 通常 =( 0.005 ~ 0.03 )V-1
ID
n COXW
VDS (VGS VGS(th) ) 1 V A
四种MOS场效应管比较
D
电路符号及电流流向
ID
U G
ID
U G
D
ID
U G
D
ID
U
Hale Waihona Puke GS NEMOSS NDMOS
S PEMOS
S PDMOS
转移特性
ID ID
ID ID
0 VGS(th)
VGS
VGS(th) 0
VGS
VGS(th) 0 V GS
0 VGS(th VGS
)
饱和区（放大区）外加电压极性及数学模型 VDS极性取决于沟道类型 N沟道：VDS > 0， P沟道：VDS < 0
此时MOS管可看成阻值受VGS控制的线性电阻器：
1 V V GS GS(th) 注意：非饱和区相当于三极管的饱和区。 l Ron n COXW
饱和区
沟道预夹断后对应的工作区。
ID/mA VDS = VGS –VGS(th)
VGS =5V 4.5V 4V 3.5V
VGS极性取决于工作方式及沟道类型 增强型MOS管： VGS 与VDS 极性相同。 耗尽型MOS管： VGS 取值任意。 饱和区数学模型与管子类型无关
ID
COXW
2l
(VGS VGS(th) ) 2
临界饱和工作条件 |VGS| = |VGS(th) |， |VGS| > |VGS(th) |， |VGS| > |VGS(th) | ，
0. 5V 0V
ID/mA
-0. 5V
- 1V -1. 5V
0
-1. 8V
VDS /V
VGS(th)
0
VGS /V
外部工作条件： VDS > 0，VGS 正、负、零均可。
DMOS管在饱和区与非饱和区的ID表达式与EMOS管相同。
PDMOS与NDMOS的差别仅在于电压极性与电流方向相反。
3.1.3
D
3.1.4
小信号电路模型
ic ib
+ d b
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场效应管的原理和应用
在uDS一定时, 漏极电流iD与栅源电压uGS之间旳关系 称为转移特征。 即
i u f ( D
)gs
常数
uds
(3. 1)
iD d
－ UGG
＋
g
－
P
uGS ＋
P N
S
＋
Rd
＋
uDS
－ UDD
－
图3.2 N沟道结型场效应管工作原理
iD / mA
IDSS 5 4
3
uDS=12 V 2
1 UGS(off)
－4 －3 －2 －1 0
uGS/V
图3.3 N沟道结型场效应管转移特征曲线
在UGS(off)≤uGS≤0旳范围内, 漏极电流iD与栅极电
压uGS旳关系为
u (1
i I U D
DSS
GS )2
GS (off )
(3. 2)
2)
输出特征是指栅源电压uGS一定, 漏极电流iD与 漏极电压uDS之间旳关系, 即
场效应管放大电路旳静态工作点可用式（3.4）或 式（3.5）与式（3.7）或式（3.8）联立求出UGSQ和IDQ, 漏源电压UDSQ由下式求得:
U U I R R ( )
DSQ
DD
DQ
d
s
2. 放大电路旳动态参数可由微变等效电路求出。
1）
2）
(3. 9)
g＋ ugs －
id
d
＋
uds
－ s
2
1
8 uGS / V
0
5V
24
4V
3V 6 8 10 12 14 16 18 uDS / V
(b)
图3.7N （a） 转移特征;
（b） 输出特征
i u f ( D
)gs
常数
uds
(3. 1)
iD d
－ UGG
＋
g
－
P
uGS ＋
P N
S
＋
Rd
＋
uDS
－ UDD
－
图3.2 N沟道结型场效应管工作原理
iD / mA
IDSS 5 4
3
uDS=12 V 2
1 UGS(off)
－4 －3 －2 －1 0
uGS/V
图3.3 N沟道结型场效应管转移特征曲线
在UGS(off)≤uGS≤0旳范围内, 漏极电流iD与栅极电
压uGS旳关系为
u (1
i I U D
DSS
GS )2
GS (off )
(3. 2)
2)
输出特征是指栅源电压uGS一定, 漏极电流iD与 漏极电压uDS之间旳关系, 即
场效应管放大电路旳静态工作点可用式（3.4）或 式（3.5）与式（3.7）或式（3.8）联立求出UGSQ和IDQ, 漏源电压UDSQ由下式求得:
U U I R R ( )
DSQ
DD
DQ
d
s
2. 放大电路旳动态参数可由微变等效电路求出。
1）
2）
(3. 9)
g＋ ugs －
id
d
＋
uds
－ s
2
1
8 uGS / V
0
5V
24
4V
3V 6 8 10 12 14 16 18 uDS / V
(b)
图3.7N （a） 转移特征;
（b） 输出特征
第3章场效应管
2阻 区
0
放大区
10
20
截止区
电子技术基础
各区的特点：
6
可
变
① 可变电阻区
电4
阻
区2
a. uDS较小，沟道尚未夹断
0
10
b. uDS ＜ uGS- |UGS(th)|
c.管子相当于受uGS控制的压控电阻
2020年4月13日星期一
第 3章
20
电子技术基础
第 3章
② 放大区(饱和区、恒流区)
a. 沟道予夹断
2020年4月13日星期一
电子技术基础
第 3章
2. N沟道增强型管的工作原理
由结构图可见，N+型漏区和N+型源区之间被P型
衬底隔开，漏极和源极之间是两个背靠背的PN结。
S
D
当栅源电压UGS = 0 时， 不管漏极和源极之间所 加电压的极性如何，其 中总有一个PN结是反向 偏置的，反向电阻很高， 漏极电流近似为零。
8(1
UGS 4
)2
C1 +
+
T
ui _
RG
+UGS_ RS
uo IS +CS _
解出 UGS1 = –2V、UGS2 = –8V、ID1=2mA、ID2=8mA 因UGS2 <UGS(off) 故舍去 ，
所求静态解为UGS = –2V ID=2mA、 UDS= 20 – 2（ 3 + 1 ）= 12 V
–
S
–
+G
+
D
iD>0
N+
N+
2020年4月13日星期一
uDS
P
0
放大区
10
20
截止区
电子技术基础
各区的特点：
6
可
变
① 可变电阻区
电4
阻
区2
a. uDS较小，沟道尚未夹断
0
10
b. uDS ＜ uGS- |UGS(th)|
c.管子相当于受uGS控制的压控电阻
2020年4月13日星期一
第 3章
20
电子技术基础
第 3章
② 放大区(饱和区、恒流区)
a. 沟道予夹断
2020年4月13日星期一
电子技术基础
第 3章
2. N沟道增强型管的工作原理
由结构图可见，N+型漏区和N+型源区之间被P型
衬底隔开，漏极和源极之间是两个背靠背的PN结。
S
D
当栅源电压UGS = 0 时， 不管漏极和源极之间所 加电压的极性如何，其 中总有一个PN结是反向 偏置的，反向电阻很高， 漏极电流近似为零。
8(1
UGS 4
)2
C1 +
+
T
ui _
RG
+UGS_ RS
uo IS +CS _
解出 UGS1 = –2V、UGS2 = –8V、ID1=2mA、ID2=8mA 因UGS2 <UGS(off) 故舍去 ，
所求静态解为UGS = –2V ID=2mA、 UDS= 20 – 2（ 3 + 1 ）= 12 V
–
S
–
+G
+
D
iD>0
N+
N+
2020年4月13日星期一
uDS
P
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。
第三章 场效应管放大电路讲解
起来。
d
结构图
B衬底 g
s
电路符号
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因此在栅源电压为零时，在正的vDS作用下，也有较 大的漏极电流iD由漏极流向源极。
当vGS>0时，由于绝缘层的存在，并不会产生栅极电 流 iG ，而是在沟道中感应出更多的负电荷，使沟道变 宽。在vDS作用下，iD将具有更大的数值。
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3.1.2 N沟道耗尽型MOSFET
⒈ 结构和工作原理简述 这种管子在制造时，
SiO2绝缘层 中掺有大量
正离子
由于二氧化硅绝缘层中掺
有大量的正离子，即使在
vGS= 0时，由于正离子的 作用，也和增强型接入正
N型沟道
栅源电压并使vGS>VTh时相 似，能在P型衬底上感应 出较多的电子，形成N型 沟道，将源区和漏区连通
② 可变电阻区 （vDS≤vGS-VTh ）
iD Kn 2 vGS VTh vDS vD2S
iD/mA
可变电阻区 饱和区
电导常数Kn单位是mA/V2。
8 6
在特性曲线原点附近，vDS很 4
7V A
6V B
5V C
4V
小，则
2
D
vGS=3V
iD 2Kn vGS VTh vDS
E 截止区
5 10 15 20 vDS/V
电压vGS对漏极电流iD的控制
特性，即 iD f vGS vDS常数
由于饱和区内，iD受vDS的影
iD/mA 8
A
B
6 VDS =10V C
4
D
响很小，因此饱和区内不同vDS 下的转移特性基本重合。
d
结构图
B衬底 g
s
电路符号
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因此在栅源电压为零时，在正的vDS作用下，也有较 大的漏极电流iD由漏极流向源极。
当vGS>0时，由于绝缘层的存在，并不会产生栅极电 流 iG ，而是在沟道中感应出更多的负电荷，使沟道变 宽。在vDS作用下，iD将具有更大的数值。
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3.1.2 N沟道耗尽型MOSFET
⒈ 结构和工作原理简述 这种管子在制造时，
SiO2绝缘层 中掺有大量
正离子
由于二氧化硅绝缘层中掺
有大量的正离子，即使在
vGS= 0时，由于正离子的 作用，也和增强型接入正
N型沟道
栅源电压并使vGS>VTh时相 似，能在P型衬底上感应 出较多的电子，形成N型 沟道，将源区和漏区连通
② 可变电阻区 （vDS≤vGS-VTh ）
iD Kn 2 vGS VTh vDS vD2S
iD/mA
可变电阻区 饱和区
电导常数Kn单位是mA/V2。
8 6
在特性曲线原点附近，vDS很 4
7V A
6V B
5V C
4V
小，则
2
D
vGS=3V
iD 2Kn vGS VTh vDS
E 截止区
5 10 15 20 vDS/V
电压vGS对漏极电流iD的控制
特性，即 iD f vGS vDS常数
由于饱和区内，iD受vDS的影
iD/mA 8
A
B
6 VDS =10V C
4
D
响很小，因此饱和区内不同vDS 下的转移特性基本重合。
场效应管讲解
例5.2.1 P212
设VDS VGS VT，工作于饱和区
VGS
Rg 2 Rg1 Rg 2
VDD
40 5 2V 60 40
I DQ Kn (VGS VT )2 0.2 (2 1)2 0.2mA
VDS VDD I D Rd 5 0.2 15 2V 判断VDS 2V (VGS VT )=1V，成立
MOS电容
SiO2绝缘层
+ + + + + - - - - - -
金属铝
E
P
P型基底
电子反型层
SiO2绝缘层
掺入了大量的碱金 属正离子Na+或K+
+ + + + +
金属铝
- - - - - -
P
P型基底
电子反型层
一、结构和电路符号 S
G
D
金属铝
D
两个N区 N
P
N P型基底 SiO2绝缘层
G S
导电沟道
耗尽型的MOS管vGS=0时就有导电沟道，加反向 电压才能夹断。
iD 转移特性曲线
vGS VP 0
输出特性曲线
iD
vGS>0 vGS=0 vGS<0
0 vDS
四、说明：
（1）MOS管有四种基本类型；
（2）增强型的MOS管的vGS必须超过一定的值以使沟 道形成； 耗尽型的MOS管使形成沟道的vGS可正可负； （3）MOS管的输入阻抗特别高
N沟道增强型
S
G
D D
N
P
N
G
S
N 沟道耗尽型
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。
第三节场效应管ppt课件
rce=102-104 很高 差 较复杂 基极 发射极 集电极
场效应管 电压控制 N沟道和P沟道 gm=1-5mA/V rds=107-1014 很高 好 简单、成本低 栅极 源极 漏极
使用绝缘栅场效应 管时，要注意选择 适当的参数，不要 超极限使用。
特别要注意：在保 存及安装时，应使 三个电极保持短路； 焊接烙铁须接地良 好。
gm I D = U GS U DS
场效应管和晶体管的比较
控制方式 类型 放大参数
输入电阻 输出电阻 热稳定性 制造工艺 对应极
晶体管 电流控制 NPN型和PNP型 20-100
N+
若在场效应管加上栅源电 压 UGS ， 则 原 始 沟 道 的 P
大小将受该电压的控制， 即漏源之间的导电能力受
N沟道耗尽型绝缘栅管的结构
栅源电压UGS控制。
D
G S
对应的符号
耗尽型绝缘栅场效应管的特性曲线
ID
(mA) UDS=常数
ID
(mA)
1
12 IDS
8S
UG S(of f)
4
UGS(
V) -3 -2 -1 0 1 2
道
2V UGS=1V
UDS( V)
转移特性曲线
（输入电压对输出电流的 控制特性）
漏极特性曲线 (也叫输出特性曲线)
P沟道增强型绝缘栅场效应管的结构及表示符号：
S
G
D
D
P+
P+效应管
S
G
D
增强型绝缘栅场效应管在
加电压后才能生成沟道，
而耗尽型场效应管是有原
始沟道存在的。
N+
场效应管
结型场效应管 绝缘栅场效应管
场效应管 电压控制 N沟道和P沟道 gm=1-5mA/V rds=107-1014 很高 好 简单、成本低 栅极 源极 漏极
使用绝缘栅场效应 管时，要注意选择 适当的参数，不要 超极限使用。
特别要注意：在保 存及安装时，应使 三个电极保持短路； 焊接烙铁须接地良 好。
gm I D = U GS U DS
场效应管和晶体管的比较
控制方式 类型 放大参数
输入电阻 输出电阻 热稳定性 制造工艺 对应极
晶体管 电流控制 NPN型和PNP型 20-100
N+
若在场效应管加上栅源电 压 UGS ， 则 原 始 沟 道 的 P
大小将受该电压的控制， 即漏源之间的导电能力受
N沟道耗尽型绝缘栅管的结构
栅源电压UGS控制。
D
G S
对应的符号
耗尽型绝缘栅场效应管的特性曲线
ID
(mA) UDS=常数
ID
(mA)
1
12 IDS
8S
UG S(of f)
4
UGS(
V) -3 -2 -1 0 1 2
道
2V UGS=1V
UDS( V)
转移特性曲线
（输入电压对输出电流的 控制特性）
漏极特性曲线 (也叫输出特性曲线)
P沟道增强型绝缘栅场效应管的结构及表示符号：
S
G
D
D
P+
P+效应管
S
G
D
增强型绝缘栅场效应管在
加电压后才能生成沟道，
而耗尽型场效应管是有原
始沟道存在的。
N+
场效应管
结型场效应管 绝缘栅场效应管
场效应管详解课件
SUMMAR Y
03
场效应管的应用
在数字电路中的应用
总结词
场效应管在数字电路中主要用作开关控制，具有低导通电阻、高速开关特性和 低静态功耗等优点。
详细描述
在数字电路中，场效应管常用于逻辑门电路、触发器、寄存器等数字逻辑电路 中，作为开关元件控制信号的通断。由于其低导通电阻和高开关速度，场效应 管能够实现高速、低功耗的数字逻辑功能。
噪声系数
场效应管在工作过程中产生的噪声与输入 信号的比值，表示场效应管的噪声水平。 噪声系数越低，信号质量越好。
失真系数
场效应管在工作过程中产生的非线性失真 与输入信号的比值，表示场效应管的失真 水平。失真系数越低，信号质量越好。
极限参数
01
02
03
04
最大漏极电流
场效应管能够承受的最大漏极 电流。超过该电流值可能会损
焊接操作
在焊接场效应管时应使用适当的焊接温度和时间，避免过热或时间 过长导致性能下降或损坏。
电源开关
在开关电源时应先关闭电源开关，避免瞬间电流过大对场效应管造 成损坏。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
06
场效应管的发展趋势与 展望
当前发展状况
场效应管在电子设备 中广泛应用，如放大 器、振荡器、开关等 。
的能量损耗和电磁干扰，提高电源的整体性能。
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
04
场效应管的检测与代换
检测方法
1 2 3
判断电极
通过测量电极间的电阻来判断场效应管的电极， 通常G极与D极之间的电阻较小，S极与D极之间 的电阻较大。
MOS管工作原理详解ppt课件
IDR
C1 + ui
—
+ VDD Rd
Rg1 d C2 +
gT
s
uo
Rg3 Rg2
R
C
—
计算Q点：
已知UP ，由
UGS
Rg2 Rg1 Rg2
VDD
IDR
ID
IDSS (1
UGS )2 UP
可解出Q点的UGS 、 ID
再求： UDS =VDD- ID (Rd + R )
该电路产生的栅源电压可正 可负，所以适用于所有的场 效应管电路。
两个PN结夹着一个N型沟道。 三个电极：
g：栅极 d：漏极 s：源极
栅 极g
-
符号：
-d
g
--
-d
g
--
s N沟道
s P沟道
漏 极d
-
p+
p+
N
源-极s
11
2. 结型场效应管的工作原理
（1）栅源电压对沟道的控制作用
在栅源间加负电压uGS ，令 uDS =0
①当uGS=0时，为平衡PN结，导电 沟道最宽。
9
4. MOS管的主要参数
（1）开启电压UT （2）夹断电压UP （3）跨导gm ：gm=iD/uGS uDS=const （4）直流输入电阻RGS ——栅源间的等效
电阻。由于MOS管栅源间有sio2绝缘层， 输入电阻可达109～1015。
10
二. 结型场效应管
1. 结型场效应管的结构（以N沟为例）：
T
s
Rg3
C2 +
Rg2
R uo RL
-
g