场效应管的结构原理及特性

   场效应管（英缩写FET）是电压控制器件，它有输入电压来控制输出电流的变化。它具有输入阻抗高噪声低，动态范围大，温度系数低等优点，因而广泛应用于各种电子线路中。  

一、场效应管的结构原理及特性  

   场效应管有结型和绝缘栅两种结构，每种结构又有N沟道和P沟道两种导电沟道。

1.结型场效应管（JFET）

(1).结构原理 它的结构及符号见图1。在N型硅棒两端引出漏极D和源极S两个电极，又在硅棒的两侧各做一个P区，形成两个PN结。在P区引出电极并连接起来，称为栅极Go这样就构成了N型沟道的场效应管。

   由于PN结中的载流子已经耗尽，故PN基本上是不导电的，形成了所谓耗尽区，从图1中可见，当漏极电源电压ED一定时，如果栅极电压越负，PN结交界面所形成的耗尽区就越厚，则漏、源极之间导电的沟道越窄，漏极电流ID就愈小；反之，如果栅极电压没有那么负，则沟道变宽，ID变大，所以用栅极电压EG可以控制漏极电流ID的变化，就是说，场效应管是电压控制元件。

(2)特性曲线

1)转移特性

   图2（a）给出了N沟道结型场效应管的栅压---漏流特性曲线，称为转移特性曲线，它和电子管的动态特性曲线非常相似，当栅极电压VGS=0时的漏源电流。用IDSS表示。VGS变负时，ID逐渐减小。ID接近于零的栅极电压称为夹断电压，用VP表示，在0≥VGS≥VP的区段内，ID与VGS的关系可近似表示为：
ID=IDSS（1-|VGS/VP|）
其跨导gm为：gm=（△ID/△VGS）|VDS=常微（微欧）|
式中：△ID------漏极电流增量（微安）
------△VGS-----栅源电压增量（伏）

2)漏极特性（输出特性）

   图2(b)给出了场效应管的漏极特性曲线，它和晶体三极管的输出特性曲线 很相似。
①可变电阻区（图中I区）在I区里VDS比较小，沟通电阻随栅压VGS而改变，故称为可变电阻区。当栅压一定时，沟通电阻为定值，ID随VDS近似线性增大，当VGS＜VP时，漏源极间电阻很大（关断）。IP=0；当VGS=0时，漏源极间电阻很小（导通），ID=IDSS。这一特性使场效应管具有开关作用。

②恒流区（区中II区）当漏极电压VDS继续增大到VDS＞|VP|时，漏极电流，IP达到了饱和值后基本保持不变，这一区称为恒流区或饱和区，在这里，对于不同的VGS漏极特性曲线近似平行线，即ID与VGS成线性关系，故又称线性放大区。

③击穿区（图中Ⅲ区）如果VDS继续增加，以至超过了PN结所能承受的电压而被击穿，漏极电流ID突然增大，若不加限制措施，管子就会烧坏。

2.绝缘栅场效应管

   它是由金属、氧化物和半导体所组成，所以又称为金属---氧化物---半导体场效应管，简称MOS场效应管。

(1).结构原理

   它的结构、电极及符号见图3所示，以一块P型薄硅片作为衬底，在它上面扩散两个高杂质的N型区，作为源极S和漏极D。在硅片表覆盖一层绝缘物，然后再用金属铝引出一个电极G（栅极）由于栅极与其它电极绝缘，所以称为绝缘栅场面效应管。

   在制造管子时，通过工艺使绝缘层中出现大量正离子，故在交界面的另一侧能感应出较多的负电荷，这些负电荷把高渗杂质的N区接通，形成了导电沟道，即使在VGS=0时也有较大的漏极电流ID。当栅极电压改变时，沟道内被感应的电荷量也改变，导电沟道的宽窄也随之而变，因而漏极电流ID随着栅极电压的变化而变化。

   场效应管的式作方式有两种：当栅压为零时有较大漏极电流的称为耗散型，当栅压为零，漏极电流也为零，必须再加一定的栅压之后才有漏极电流的称为增强型。

(2)特性曲线

1)转移特性（栅压----漏流特性）

   图4（a）给出了N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的转移行性曲线，图中Vp为夹断电压（栅源截止电压）；IDSS为饱和漏电流。

   图4（b）给出了N沟道增强型绝缘栅场效管的转移特性曲线，图中Vr为开启电压，当栅极电压超过VT时，漏极电流才开始显著增加。

2)漏极特性（输出特性）

   图5（a）给出了N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的输出特性曲线。

   图5(b)为N沟道增强型绝缘栅场效应管的输出特性曲线。

   图4、N沟道MOS场效管的转移特性曲线        

   图5、N沟道MOS场效应管的输出特性曲线

   此外还有N衬底P沟道（见图1）的场效应管，亦分为耗尽型号增强型两种，各种场效应器件的分类，电压符号和主要伏安特性（转移特性、输出特性）。

二、场效应管的主要参数  

1、夹断电压VP

   当VDS为某一固定数值，使IDS等于某一微小电流时，栅极上所加的偏压VGS就是夹断电压VP。

2、饱和漏电流IDSS

   在源、栅极短路条件下，漏源间所加的电压大于VP时的漏极电流称为IDSS。

3、击穿电压BVDS

    表示漏、源极间所能承受的 大电压，即漏极饱和电流开始上升进入击穿区时对应的VDS。

4、直流输入电阻RGS

   在一定的栅源电压下，栅、源之间的直流电阻，这一特性有以流过栅极的电流来表示，结型场效应管的RGS可达1000000000欧而绝缘栅场效应管的RGS可超过10000000000000欧。

5、低频跨导gm

   漏极电流的微变量与引起这个变化的栅源电压微数变量之比，称为跨导，即 gm= △ID/△VGS

   它是衡量场效应管栅源电压对漏极电流控制能力的一个参数，也是衡量放大作用的重要参数，此参灵敏常以栅源电压变化1伏时，漏极相应变化多少微安（μA/V）或毫安（mA/V）来表示。