場效應管與晶體三極管的比較　　

場效應管是電壓控制元件,而晶體管是電流控制元件.在只允許從信號源取較少電流的情況下,應選用場效應管;而在信號電壓較低,又允許從信號源取較多電流的條件下,應選用晶體管.

　　晶體三極管與場效應管工作原理完全不同，但是各極可以近似對應以便于理解和設(shè)計：

　　晶體管： 基極 發(fā)射極 集電極

　　場效應管 ： 柵極 源極 漏極

　　要注意的是，晶體管(NPN型)設(shè)計發(fā)射極電位比基極電位低(約0.6V)，場效應管源極電位比柵極電位高（約0.4V)。

　　場效應管是利用多數(shù)載流子導電,所以稱之為單極型器件,而晶體管是即有多數(shù)載流子,也利用少數(shù)載流子導電,被稱之為雙極型器件.

　　有些場效應管的源極和漏極可以互換使用,柵壓也可正可負,靈活性比晶體管好.

　　場效應管能在很小電流和很低電壓的條件下工作,而且它的制造工藝可以很方便地把很多場效應管集成在一塊硅片上,因此場效應管在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應用.

　　一、場效應管的結(jié)構(gòu)原理及特性 場效應管有結(jié)型和絕緣柵兩種結(jié)構(gòu)，每種結(jié)構(gòu)又有N溝道和P溝道兩種導電溝道。

　　1、結(jié)型場效應管（JFET）

　?。?）結(jié)構(gòu)原理 它的結(jié)構(gòu)及符號見圖1。在N型硅棒兩端引出漏極D和源極S兩個電極，又在硅棒的兩側(cè)各做一個P區(qū)，形成兩個PN結(jié)。在P區(qū)引出電極并連接起來，稱為柵極Go這樣就構(gòu)成了N型溝道的場效應管 

　　圖1、N溝道結(jié)構(gòu)型場效應管的結(jié)構(gòu)及符號

　　由于PN結(jié)中的載流子已經(jīng)耗盡，故PN基本上是不導電的，形成了所謂耗盡區(qū)，從圖1中可見，當漏極電源電壓ED一定時，如果柵極電壓越負，PN結(jié)交界面所形成的耗盡區(qū)就越厚，則漏、源極之間導電的溝道越窄，漏極電流ID就愈??；反之，如果柵極電壓沒有那么負，則溝道變寬，ID變大，所以用柵極電壓EG可以控制漏極電流ID的變化，就是說，場效應管是電壓控制元件。

　?。?）特性曲線

　　1）轉(zhuǎn)移特性

　　圖2（a）給出了N溝道結(jié)型場效應管的柵壓---漏流特性曲線，稱為轉(zhuǎn)移特性曲線，它和電子管的動態(tài)特性曲線非常相似，當柵極電壓VGS=0時的漏源電流。用IDSS表示。VGS變負時，ID逐漸減小。ID接近于零的柵極電壓稱為夾斷電壓，用VP表示，在0≥VGS≥VP的區(qū)段內(nèi)，ID與VGS的關(guān)系可近似表示為：

　　ID=IDSS（1-|VGS/VP|）

　　其跨導gm為：gm=（△ID/△VGS）|VDS=常微（微歐）|

　　式中：△ID------漏極電流增量（微安）

　　------△VGS-----柵源電壓增量（伏）

　　圖2、結(jié)型場效應管特性曲線

　　2）漏極特性（輸出特性）

　　圖2(b)給出了場效應管的漏極特性曲線，它和晶體三極管的輸出特性曲線 很相似。

　?、倏勺冸娮鑵^(qū)（圖中I區(qū)）在I區(qū)里VDS比較小，溝通電阻隨柵壓VGS而改變，故稱為可變電阻區(qū)。當柵壓一定時，溝通電阻為定值，ID隨VDS近似線性增大，當VGS＜VP時，漏源極間電阻很大（關(guān)斷）。IP=0；當VGS=0時，漏源極間電阻很?。▽ǎ?，ID=IDSS。這一特性使場效應管具有開關(guān)作用。

　?、诤懔鲄^(qū)（區(qū)中II區(qū)）當漏極電壓VDS繼續(xù)增大到VDS＞|VP|時，漏極電流，IP達到了飽和值后基本保持不變，這一區(qū)稱為恒流區(qū)或飽和區(qū)，在這里，對于不同的VGS漏極特性曲線近似平行線，即ID與VGS成線性關(guān)系，故又稱線性放大區(qū)。

　?、蹞舸﹨^(qū)（圖中Ⅲ區(qū)）如果VDS繼續(xù)增加，以至超過了PN結(jié)所能承受的電壓而被擊穿，漏極電流ID突然增大，若不加限制措施，管子就會燒壞。

　　2、絕緣柵場效應管

　　它是由金屬、氧化物和半導體所組成，所以又稱為金屬---氧化物---半導體場效應管，簡稱MOS場效應管。

　?。?）結(jié)構(gòu)原理

　　它的結(jié)構(gòu)、電極及符號見圖3所示，以一塊P型薄硅片作為襯底，在它上面擴散兩個高雜質(zhì)的N型區(qū)，作為源極S和漏極D。在硅片表覆蓋一層絕緣物，然后再用金屬鋁引出一個電極G（柵極）由于柵極與其它電極絕緣，所以稱為絕緣柵場面效應管。

　　圖3、N溝道（耗盡型）絕緣柵場效應管結(jié)構(gòu)及符號

　　在制造管子時，通過工藝使絕緣層中出現(xiàn)大量正離子，故在交界面的另一側(cè)能感應出較多的負電荷，這些負電荷把高滲雜質(zhì)的N區(qū)接通，形成了導電溝道，即使在VGS=0時也有較大的漏極電流ID。當柵極電壓改變時，溝道內(nèi)被感應的電荷量也改變，導電溝道的寬窄也隨之而變，因而漏極電流ID隨著柵極電壓的變化而變化。

　　場效應管的式作方式有兩種：當柵壓為零時有較大漏極電流的稱為耗散型，當柵壓為零，漏極電流也為零，必須再加一定的柵壓之后才有漏極電流的稱為增強型。

　　（2）特性曲線

　　1）轉(zhuǎn)移特性（柵壓----漏流特性）

　　圖4（a）給出了N溝道耗盡型絕緣柵場效應管的轉(zhuǎn)移行性曲線，圖中Vp為夾斷電壓（柵源截止電壓）；IDSS為飽和漏電流。

　　圖4（b）給出了N溝道增強型絕緣柵場效管的轉(zhuǎn)移特性曲線，圖中Vr為開啟電壓，當柵極電壓超過VT時，漏極電流才開始顯著增加。

　　2）漏極特性（輸出特性）

　　圖5（a）給出了N溝道耗盡型絕緣柵場效應管的輸出特性曲線。

　　圖5(b)為N溝道增強型絕緣柵場效應管的輸出特性曲線 。 

　　圖4、N溝道MOS場效管的轉(zhuǎn)移特性曲線

　　圖5、N溝道MOS場效應管的輸出特性曲線

　　此外還有N襯底P溝道（見圖1）的場效應管，亦分為耗盡型號增強型兩種，

　　各種場效應器件的分類，電壓符號和主要伏安特性（轉(zhuǎn)移特性、輸出特性） 二、場效應管的主要參數(shù) 

　　1、夾斷電壓VP

　　當VDS為某一固定數(shù)值，使IDS等于某一微小電流時，柵極上所加的偏壓VGS就是夾斷電壓VP。

　　2、飽和漏電流IDSS

　　在源、柵極短路條件下，漏源間所加的電壓大于VP時的漏極電流稱為IDSS。

　　3、擊穿電壓BVDS

　　表示漏、源極間所能承受的最大電壓，即漏極飽和電流開始上升進入擊穿區(qū)時對應的VDS。

　　4、直流輸入電阻RGS

　　在一定的柵源電壓下，柵、源之間的直流電阻，這一特性有以流過柵極的電流來表示，結(jié)型場效應管的RGS可達1000000000歐而絕緣柵場效應管的RGS可超過10000000000000歐。

　　5、低頻跨導gm

　　漏極電流的微變量與引起這個變化的柵源電壓微數(shù)變量之比，稱為跨導，即

　　gm= △ID/△VGS

　　它是衡量場效應管柵源電壓對漏極電流控制能力的一個參數(shù)，也是衡量放大作用的重要參數(shù)，此參靈敏常以柵源電壓變化1伏時，漏極相應變化多少微安（μA/V）或毫安（mA/V）來表示 

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　　金屬氧化物半導體場效應三極管的基本工作原理是靠半導體表面的電場效應，在半導體中感生出導電溝道來進行工作的。當柵 g 電壓vg 增大時， p 型半導體表面的多數(shù)載流子棗空穴減少、耗盡，而電子積累到反型。當表面達到反型時，電子積累層將在 n+ 源區(qū) s 和 n+ 漏區(qū) d 形成導電溝道。當 vds ≠ 0 時，源漏電極有較大的電流ids流過。使半導體表面達到強反型時所需加的柵源電壓稱為閾值電壓vt。當 vgs>vt并取不同數(shù)值時，反型層的導電能力將改變，在的vds下也將產(chǎn)生不同的ids, 實現(xiàn)柵源電壓vgs對源漏電流ids的控制。

　　場效應管（fet）是電場效應控制電流大小的單極型半導體器件。在其輸入端基本不取電流或電流極小，具有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、制造工藝簡單等特點，在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中被應用。 

　　fet和雙極型三極管相類似，電極對應關(guān)系是b®g、e®s、c®d；由fet組成的放大電路也和三極管放大電路相類似，三極管放大電路基極回路一個偏置電流(偏流)，而fet放大電路的場效應管柵極沒有電流，fet放大電路的柵極回路一個合適的偏置電壓(偏壓)。 

　　fet組成的放大電路和三極管放大電路的主要區(qū)別：場效應管是電壓控制型器件，靠柵源的電壓變化來控制漏極電流的變化，放大作用以跨導來；三極管是電流控制型器件，靠基極電流的變化來控制集電極電流的變化，放大作用由電流放大倍數(shù)來。 

　　場效應管放大電路分為共源、共漏、共柵極三種組態(tài)。在分析三種組態(tài)時，可與雙極型三極管的共射、共集、共基對照，體會二者間的相似與區(qū)別之處。