什么是场效应管？它与三极管有什么区别？

一、什么是场效应管？它与三极管有什么区别？

1、场效应管

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，又称单极型晶体管。场效应管不但具备双极型晶体管体积小、重量轻、寿命长等优点而且输入阻抗高达 $10^{7}\sim 10^{12}\Omega$ ，噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强且比后者耗电省。

2、场效应管与三极管的区别

与场效应管相比，三极管是一种基于电流控制的电子器件。具体区别如下：

（1）控制方式：场效应管通过调节栅极电压来控制漏极-源极间的电流，从而实现对电流的控制。而三极管则通过调节基极电流来控制集电极-发射极间的电流。因此，场效应管是电压控制型器件，而三极管是电流控制型器件。

（2）输入阻抗：场效应管具有高输入阻抗，可以看作是一个电压控制的电阻。而三极管的输入阻抗相对较低。

（3）输出特性：场效应管的输出特性较为线性，适用于高频应用和低噪声放大器。三极管的输出特性相对非线性，适用于开关、放大器和稳压器等应用

二、场效应管的结构、分类以及名词解释

1、场效应管的结构

三个电极：

栅极（grid）：绝缘栅，几乎没有电流，控制极（类似于三极管的基极b）；

源极（source）：载流子的源泉，发源地（类似于三极管的发射极e）；

漏极（drain）：载流子的漏出处（类似于三极管的集电极c）。

2、场效应管的分类

3、名词解释

绝缘栅：栅极与源极之间有绝缘层二氧化硅；

场效应管：栅极与源极之间不接触不产生电流，它通过电压形成电场，通过电场改变载流子分布。不产生电流就是场效应管功耗低的原因；

N沟道：在电场作用下，自由电子形成沟道；

P沟道：在电场作用下，空穴形成沟道；

增强型：必须有电压增强的过程，才能形成沟道；

耗尽型：天生自带沟道，不需要电压增强过程，加上电压就能用。

三、N沟道增强型MOS管

1、结构示意图和符号

2、工作原理

（1）在栅极与源极之间加电压，即 $u_{GS}> 0,u_{DS}=0$ 时，由于 $S_{i}O_{2}$ ,的存在，栅极电流为零。但是栅极金属层将聚集正电荷，它们排斥P型衬底靠近 $S_{i}O_{2}$ 一侧的空穴，使之剩下不能移动的负离子区，形成耗尽层，如图1.4.8(a)所示。当 $u_{GS}$ 增大时，一方面耗尽层增宽，另一方面将衬底的自由电子吸引到耗尽层与绝缘层之间，形成一个N型薄层，称为反型层，如图1.4.8(b)所示。这个反型层就构成了漏-源之间的导电沟道。使沟道刚刚形成的栅-源电压称为开启电压 $U_{GS(th)}$ 。 $u_{GS}$ 愈大，反型层愈厚，导电沟道电阻 $r_{DS}$ 愈小。

注：换言之，此时就形成了一个由电压 $u_{GS}$ 控制的可变电阻 $r_{DS}$ 。

（2）当 $u_{GS}>U_{GS(th)}$ 时，沟道形成，然后在源极和漏极之间加正向电压 $u_{DS}$ ，则产生漏极电流 $i_{D}$ 。当 $u_{DS}$ 较小时， $u_{DS}$ 的增大使 $i_{D}$ 线性增大，沟道沿源-方向逐渐变窄，如图1.4.9(a)所示。一旦 $u_{DS}$ 增大到 $u_{DS}=u_{GS}-U_{GS(th)}$ （即 $u_{GD}=U_{GS(th)}$ ）时沟道在漏极一侧出现夹断点，称为预夹断，如图(b)所示。如果 $u_{DS}$ 继续增大夹断区随之延长，如图(c)所示。而且 $u_{DS}$ 的增大部分几乎全部用于克服夹断区对漏极电流的阻力。从外部看， $i_{D}$ 几乎不因 $u_{DS}$ 的增大而变化，管子进入恒流区， $i_{D}$ 几乎仅决定于 $u_{GS}$ 。

注：A、当 $u_{DS}$ 较小时， $u_{DS}$ 的增大使 $i_{D}$ 线性增大,此时 $r_{DS}=u_{DS}/i_{D}$

B、预夹断之后，随着 $u_{DS}$ 继续增大， $u_{GD}=u_{GS}-u_{DS}$ 越来越小，这使得漏极一侧的沟道越来越窄，电阻 $r_{DS}$ 越来越大，而 $i_{D}$ 几乎保持不变，所以是恒流区。

C、换言之，栅极与源极的电压 $u_{GS}$ 能够控制漏极电流 $i_{D}$

3、特性曲线

图1.4.10(a)、(b)分别为N沟道增强型MOS管的转移特性曲线和输出特性曲线，它们之间的关系见图中标注。

MOS管的三个工作区域：可变电阻区、恒流区、夹断区。

$i_{D}$ 与 $u_{GS}$ 的近似关系式为：

其中 $I_{DO}$ 为 $u_{GS}=2U_{GS(th)}$ 时的漏极饱和电流。

四、N沟道耗尽型MOS管

如果在制造 MOS 管时，在 $S_{i}O_{2}$ 绝缘层中掺人大量正离子，那么即使 $u_{GS}=0$ ，在正离子作用下P型衬底表层也存在反型层，即漏-源之间天生存在导电沟道。只要在漏-源间加正向电压，就会产生漏极电流，如图1.4.11(a)所示。并且， $u_{GS}$ 为正时，反型层变宽，沟道电阻变小， $i_{D}$ 增大;反之， $u_{GS}$ 为负时，反型层变窄，沟道电阻变大， $i_{D}$ 减小。而当“ $u_{GS}$ 从零减小到一定值时，反型层消失，漏-源之间导电沟道消失， $i_{D}$ =0。此时的 $u_{GS}$ 称为夹断电压 $U_{GS(off)}$ 。

耗尽型MOS管的符号见图1.4.11(b)所示。

五、结型场效应管（JFET）

1、结型场效应管的结构

2、工作原理

结型场效应管的工作原理与耗尽型类似，只是 $u_{GS}< 0$ 。 $u_{GS}< 0$ ，给PN结加反向电压，增加势垒形成沟道。如下图所示：

然后施加 $u_{DS}$ 正电压，后面就与增强型MOS管原理一致：

六、场效应管的特性曲线

1、转移特性

转移特性曲线描述当漏-源电压 $U_{DS}$ 为常量时，漏极电流 $i_{D}$ 与栅-源电压 $u_{GS}$ 之间的函数关系，即

2、输出特性

输出特性曲线描述当栅-源电压 $u_{GS}$ 为常量时，漏极电流 $i_{D}$ 与漏-源电压 $u_{DS}$ 之间的函数关系，即

3、各个场效应管的特性曲线

今天的文章什么是场效应管？它与三极管有什么区别？分享到此就结束了，感谢您的阅读。

什么是场效应管？它与三极管有什么区别？

一、什么是场效应管？它与三极管有什么区别？

1、场效应管

2、场效应管与三极管的区别

二、场效应管的结构、分类以及名词解释

1、场效应管的结构

2、场效应管的分类

3、名词解释

三、N沟道增强型MOS管

1、结构示意图和符号

2、工作原理

3、特性曲线

四、N沟道耗尽型MOS管

五、结型场效应管（JFET）

1、结型场效应管的结构

2、工作原理

六、场效应管的特性曲线

1、转移特性

2、输出特性

3、各个场效应管的特性曲线

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