绝缘栅场效应三极管工作原理

三极管的工作原理引言概述：三极管是一种重要的电子元件，广泛应用于各种电子设备中。

它的工作原理是基于PN结的导电性能和控制电流的特性。

本文将详细介绍三极管的工作原理，匡助读者更好地理解这一电子元件的运作机制。

一、PN结的形成1.1 PN结的概念：PN结是由P型半导体和N型半导体直接接触形成的结构。

1.2 PN结的电性：PN结的两侧形成电场，使得P区和N区的电子和空穴在结附近被吸引，形成电势垒。

1.3 PN结的导电性：当PN结处于正向偏置时，电子从N区向P区挪移，空穴从P区向N区挪移，导致PN结导通。

二、三极管的结构2.1 三极管的构造：三极管由三个掺杂不同的半导体层组成，分别是发射极、基极和集电极。

2.2 三极管的符号表示：三极管的符号表示为一个箭头指向基极，箭头指向基极的一侧是发射极，另一侧是集电极。

2.3 三极管的工作方式：三极管通过控制基极电流来控制集电极和发射极之间的电流。

三、三极管的工作原理3.1 放大作用：当基极电流增加时，集电极和发射极之间的电流也增加，实现信号的放大。

3.2 开关作用：三极管可以被用作开关，当基极电流为零时，三极管处于截止状态，不导通；当基极电流增加时，三极管处于饱和状态，导通。

3.3 稳压作用：三极管可以用作稳压器，通过控制基极电流来实现对电路中电压的稳定。

四、三极管的应用领域4.1 放大器：三极管广泛应用于放大电路中，如音频放大器、射频放大器等。

4.2 开关：三极管可用作开关，控制电路的通断，如数字电路、计算机内部电路等。

4.3 稳压器：三极管可以用作稳压器，保护电路中的其他元件不受过高电压的影响。

五、三极管的发展趋势5.1 集成化：随着技术的不断进步，三极管正向着微型化、集成化的方向发展，以适应电子设备的小型化趋势。

5.2 高频化：三极管的工作频率不断提高，适合于更高频率的应用领域，如通信领域。

5.3 多功能化：未来的三极管可能会具有更多的功能，不仅可以实现放大、开关、稳压等功能，还可能具有更多的应用场景。

场效应管原理来源：互联网作者：关键字：场效应管原理场效应管是较新型的半导体材料，利用电场效应来控制晶体管的电流，因而得名。

它的外型也是一个三极管，因此又称场效应三极管。

它只有一种载流子参与导电的半导体器件，是一种用输入电压控制输出电流的半导体器件。

从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。

从场效应三极管的结构来划分，它有结型场效应三极管和绝缘栅型场效应三极管之分。

1.结型场效应三极管(1) 结构N沟道结型场效应三极管的结构如图1所示，它是在N型半导体硅片的两侧各制造一个PN结，形成两个PN结夹着一个N型沟道的结构。

两个P区即为栅极，N型硅的一端是漏极，另一端是源极。

图1结型场效应三极管的结构(2) 工作原理以N沟道为例说明其工作原理。

当UGS=0时，在漏、源之间加有一定电压时，在漏源间将形成多子的漂移运动，产生漏极电流。

当UGS<0时，PN结反偏，形成耗尽层，漏源间的沟道将变窄，ID将减小，UGS继续减小，沟道继续变窄，ID继续减小直至为0。

当漏极电流为零时所对应的栅源电压UGS称为夹断电压UGS(off)。

(3)特性曲线结型场效应三极管的特性曲线有两条，一是输出特性曲线(ID=f(UDS)|UGS=常量),二是转移特性曲线(ID=f(UGS)|UDS=常量)。

N沟道结型场效应三极管的特性曲线如图2所示。

(a) 漏极输出特性曲线(b) 转移特性曲线图2N沟道结型场效应三极管的特性曲线2. 绝缘栅场效应三极管的工作原理绝缘栅场效应三极管分为：耗尽型→N沟道、P沟道增强型→N沟道、P 沟道(1)N沟道耗尽型绝缘栅场效应管N沟道耗尽型的结构和符号如图3(a)所示，它是在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子。

所以当UGS=0时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。

于是，只要有漏源电压，就有漏极电流存在。

当UGS>0时，将使ID进一步增加。

场效应管工作原理场效应管（Field Effect Transistor，简称FET）是一种半导体器件，它是一种三端管，由栅极、漏极和源极组成。

场效应管是现代电子器件中使用最为广泛的一种，它具有高输入阻抗、低输出阻抗、功耗小、体积小等优点，因此在电子设备中有着广泛的应用。

那么，场效应管是如何工作的呢？接下来，我们将从场效应管的工作原理、结构特点和应用领域等方面进行介绍。

首先，让我们来了解一下场效应管的工作原理。

场效应管主要由栅极、漏极和源极三个电极组成。

当在栅极和源极之间加上一定的电压时，栅极和源极之间形成一个电场，这个电场的强弱可以通过控制栅极电压的大小来调节。

当栅极电压增大时，电场强度增大，使得漏极和源极之间的导电能力增强，从而控制了漏极和源极之间的电流。

因此，场效应管是一种电压控制型的器件，其工作原理是通过控制栅极电压来控制漏极和源极之间的电流。

其次，场效应管的结构特点也是其工作原理的重要体现。

场效应管的栅极与漏极、源极之间的绝缘层是一种极薄的氧化层，这使得场效应管具有了非常高的输入电阻。

另外，场效应管的漏极和源极之间没有PN结，因此不存在二极管的导通压降问题，漏极和源极之间的电流可以被精确地控制。

这些结构特点使得场效应管具有了高输入阻抗、低输出阻抗、功耗小等优点，适合用于各种需要高频率、高速度、低功耗的场合。

最后，让我们来了解一下场效应管的应用领域。

场效应管由于其高频率、高速度、低功耗等特点，在数字电路、模拟电路、功率放大器、射频放大器等方面有着广泛的应用。

在数字电路中，场效应管可以用作开关，实现逻辑门电路的功能；在模拟电路中，场效应管可以用作放大器，实现信号的放大和处理；在功率放大器和射频放大器中，场效应管可以实现功率放大和频率放大。

此外，场效应管还被广泛应用于集成电路中，成为集成电路中不可或缺的一部分。

综上所述，场效应管是一种电压控制型的半导体器件，其工作原理是通过控制栅极电压来控制漏极和源极之间的电流。

如何理解场效应管的原理，大多数书籍和文章都讲的晦涩难懂，给初学的人学习造成很大的难度，要深入学习就越感到困难，本人以自己的理解加以解释，希望对初学的人有帮助，即使认识可能不是很正确，但对学习肯定有很大的帮助。

场效应管的结构场效应管是电压控制器件，功耗比较低。

而三极管是电流控制器件，功耗比较高。

但场效应管制作工艺比三极管复杂，不过可以做得很小，至恸米级大小。

所以在大规模集成电路小信号处理方面得到广泛的应用。

对大电流功率器件处理比较困难，不过目前已经有双场效应管结构增加电流负载能力，也有大功率场管出现，大有取代三极管的趋势。

场效应管具有很多比三极管优越的性能。

结型场效应管的结构结型场效应管又叫JFET,只有耗尽型。

这里以N沟道结型场效应管为例，说明结型场效应管的结构及基本工作原理。

图为N沟道结型场效应管的结构示意图。

在一块N型硅，材料（沟道）上引出两个电极，分别为源极（S）和漏极（D）。

在它的两边各附一小片P型材料并引出一个电极，称为栅极（G）。

这样在沟道和栅极间便形成了两个PN结。

当栅极开路时，沟道相当于一个电阻，其阻值随型号而不同，一般为数百欧至数千欧。

如果在漏极及源极之间加上电压U DS，就有电流流过，I D将随U DS的增大而增大。

如果给管子加上负偏差U GS时，PN结形成空间电荷区，其载流子很少，因而也叫耗尽区（如图a中阴影区所示）。

其性能类似于绝缘体，反向偏压越大，耗尽区越宽，沟道电阻就越大，电流减小，甚至完全截止。

这样就达到了利用反向偏压所产生的电场来控制N型硅片（沟道）中的电流大小的目的。

注：实际上沟道的掺杂浓度非常小，导电能力比较低，所以有几百到几千欧导通电阻。

而且是PN结工作在反向偏置的状态。

刚开机时，如果负偏置没有加上，此时I D是最大的。

特点：1 , GS和GD有二极管特性，正向导通，反向电阻很大2: DS也是导通特性，阻抗比较大3: GS工作在反向偏置的状态。

4: DS极完全对称，可以反用，即D当做S , S当做D。

三极管场效应管对应关系
三极管和场效应管是两种常见的电子元件，它们在电子
电路中起着重要的作用。

虽然它们都是用来放大电信号的，但是它们的工作原理和特性有所不同。

首先，让我们来了
解一下三极管。

三极管是一种双极型晶体管，由三个区域
组成：发射区、基区和集电区。

它的工作原理是通过控制
基极电流来控制集电极电流。

当基极电流增大时，集电极
电流也会相应增大。

这种特性使得三极管可以用来放大信号。

与之相比，场效应管是一种单极型晶体管。

它由栅极、漏极和源极组成。

场效应管的工作原理是通过控制栅极与
源极之间的电压来控制漏极与源极之间的电流。

当栅极与
源极之间的电压变化时，漏极与源极之间的电流也会相应
变化。

这使得场效应管可以用来放大信号。

尽管三极管和
场效应管都可以用于放大信号，但它们在一些方面有所不同。

首先，在输入阻抗方面，场效应管的输入阻抗比三极
管高得多。

这意味着场效应管对输入信号的影响更小，更
适合用于高频电路。

其次，在输出阻抗方面，三极管的输
出阻抗比场效应管低。

这意味着三极管可以提供更大的输
出功率。

此外，场效应管的开关速度比三极管快得多。

这
使得场效应管在数字电路中更常用。

最后，从制造工艺来看，场效应管相对于三极管来说更容易制造和集成。

综上
所述，尽管三极管和场效应管都可以用于放大信号，但它
们在工作原理、特性和适用范围上有所不同。

选择使用哪
种器件取决于具体的应用需求和电路设计要求。

三極管及場效應管原理講解大綱: 一三極管與場效應管的簡介二三極管與場效應管的工作原理三三極管與場效應管的區別四三極管與場效應管的實際應用一三極管與場效應管的簡介1.三機管的簡介半導体三極管又稱晶体三極管,簡稱晶體管.它是由三塊半導体組成,構成兩個PN結,即集電結和發射結,基結3個電極,分別是集電極,基極,發射極,如下圖所示:C CBBE EB為基極,C為集電極,E為發射極半導体三極管TRANSISTOR Test # Description1 h FE Forward-current transfer ratio2 V BE Base emitter voltage(see also Appendix F)3 I EBO Emitter to base cutoff current4 V CESAT Saturation voltage5 I CBO Collector to base cutoff current6 I CEO Collector to emiter cutoff currentI CER, with base to emiter loadI CEX, reverse bias,orI CES short(see also Appendix F)7 BV CEO Breakdown voltage,collector to emitter,BV CER with base to emiter load,BV CEX reverse bias,orBV CES short(see also Appendix F)8 BV CBO Breakdown voltage,collector to base9 BV EBO Breakdown voltage,emitter to base10 V BESAT Base emitter saturation voltage2 .場效應管簡介場效應管又稱金属-氧化物-半導体場效應管,也就是我們通常所說MOS(Metal Oxide Semiconductor )管.場效應管是一種由輸入信號電壓來控制其輸出電流大小的半導体場效應管,是電壓控制器件,輸入電阻非常高.場效應管分為:結型場效應管(JFET)和絕緣栅型場效應管(IGFET)兩大類.結型場效應管JEFT Test # Description1 VGSOFF Gate to source cutoff voltage.2 lDss Zero gate voltage drain current.3 BVDGO Drain to gate breakdown voltage.4 IGSS Gate reverse current.5 IDGO Drain to gate leakage.6 IDOFF Drain cut-off current.7 BVGSS Gate to source breakdown voltage.8 VDSON Drain to source on-state voltage.結型場效應管有N型和P型溝道兩種,電路符號如下d d 結型場效應管有三極:珊極源極N型s P型s 漏極結型場效應管有兩個PN結,在栅源極上加一定電壓,在場效應管內部會形成一個導電溝道,當d,s極間加上一定電壓時,電流就可以從溝道中流過,即通過源電壓來改變導電溝道電阻,實現對漏極電流的控制.結型場效應管的主要參數1.夾斷電壓U DS(off),當U DS等于某一個定值(10v),使Id等于某一個微小電流(如50uA)時,栅源極間所加的U GS即為夾斷電壓.U DS(off)一般為1~10V.2.飽和漏極電流I DS:當U GS=0時,場效應管發生預夾斷時的漏極電流.3.直流輸入電阻R GS.4.低頻跨導GM5.漏源擊穿電壓U(BR)DS6.栅源擊穿電壓U(BR)GS7.最大耗散功率P DM絕緣栅型場效應管是由金屬氧化物和半導体組成,故稱為MOSFET,簡稱MOS管,其工作原理類似於結型場效應管絕緣栅場效應管MOSFET Test # Description1 V GSTH Threshold voltag2 IDss Zero gate voltage drain current.lDSx with gate to Source reverse bias.3 BVDss Drain to Source breakdown voltage.4 VDSON Drain to Source on-state voltage.5 IGSSF Gate to Source leakage current forward.6 IGSSR Gate to Source leakage current reverse.7 VF Diode forward voltage.8 VGSF Gate to Source voltage (forward)required for specified In at specified Vos.(see SISQ Appendix F)9 VGSR Gate to Source voltage (reverse)required for specified ID at specified VDS.(see also Appendix F)10 VDSON On-state drain current11 VGSON On-state gate voltage符號和極性d iDiDg bs s(1)增強型NMOS (2)增強型PMOS gs sgBBg-+-+(3)耗盡型NMOS (4)耗盡型PMOS絕緣栅型場效應管主要參數1.漏源擊穿電壓BV DS2.最大漏極電流I DMSX3.閥值電壓V GS (開啟電壓)4.導通電阻R ON5.跨導(互導) (GM)6.最高工作瀕率7.導通時間TON和關斷時間二三極管與場效應管的工作原理1. 三極管的工作原理(1)NPN (2) PNPi b i Cv be v ce(3)輸入特性曲線 (4) 共發射極輸出特性曲線三極管的三種狀態: (1) 放大放大區發射結正偏,集電結反偏,E1>E2,即NPN型三極管Vc>Vb>Ve,PNP型三極管V c<V b<V e,三極管處于放大狀態.由于Ic=βIb,即Ic受Ib控制,而Ic的電流能量是由電源提供的,此時Ube=0.6~0.7V(NPN硅管)(2)截止Ib≦0的區域稱截止區,UBE<0.5V時,三極開始截止,為了截止可靠,常使UBE≦0,即發射結零偏或反偏(NPN管Vb≦Ve, PNP型三極管Vb≧Ve),截止時,集電結也反向偏置(NPN管Vb<Vc, PNP型三極管Vb>Vc).(3)飽和當VCE<VBE,即集電結正向偏置(Vb<Vc),發射結正向偏置(Vb>Ve)時,三極管處于飽和區.飽和壓降UCE(sat),小功率硅管UCE(sat)≒0.3V,鍺管UCE(sat)≒0.1V.1.主要參數(1)共發射極直流電流放大系數β,即Hfe, β=IC/IB(2)共發射極交流電流放大系數β. β=ΔIC/ΔIB(3)集電極,基極反向飽和電流ICBO(4)集電極,發射極反向飽和電流ICEO,即穿透電流(5)集電極最大允許功耗PCM(6)集電極最大允許電流ICM(7)集電極,基極反向擊穿電壓U(BR)CBO(8)發射極,基極反向擊穿電壓U(BR)CBO(9)集電極,發射極反向擊穿電壓U(BR)CBO2.場效應管的工作原理2.1結型場效應管场效应晶体三极管是由一种载流子导电的、用输入电压控制输出电流的半导体器件。

BJT的开关工作原理：形象记忆法：对三极管放大作用的理解，切记一点：能量不会无缘无故的产生，所以，三极管一定不会产生能量。

它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。

但三极管厉害的地方在于：它可以通过小电流控制大电流。

假设三极管是个大坝，这个大坝奇怪的地方是，有两个阀门，一个大阀门，一个小阀门。

小阀门可以用人力打开，大阀门很重，人力是打不开的，只能通过小阀门的水力打开。

所以，平常的工作流程便是，每当放水的时候，人们就打开小阀门，很小的水流涓涓流出，这涓涓细流冲击大阀门的开关，大阀门随之打开，汹涌的江水滔滔流下。

如果不停地改变小阀门开启的大小，那么大阀门也相应地不停改变，假若能严格地按比例改变，那么，完美的控制就完成了。

在这里，Ube就是小水流，Uce就是大水流，人就是输入信号。

当然，如果把水流比为电流的话，会更确切，因为三极管毕竟是一个电流控制元件。

如果水流处于可调节的状态，这种情况就是三极管中的线性放大区。

如果那个小的阀门开启的还不够，不能打开大阀门，这种情况就是三极管中的截止区。

如果小的阀门开启的太大了，以至于大阀门里放出的水流已经到了它极限的流量，这种情况就是三极管中的饱和区。

但是你关小小阀门的话，可以让三极管工作状态从饱和区返回到线性区。

如果有水流存在一个水库中，水位太高（相应与Uce太大），导致不开阀门江水就自己冲开了，这就是二极管的反向击穿。

PN结的击穿又有热击穿和电击穿。

当反向电流和反向电压的乘积超过PN结容许的耗散功率，直至PN结过热而烧毁，这种现象就是热击穿。

电击穿的过程是可逆的，当加在PN结两端的反向电压降低后，管子仍可以恢复原来的状态。

电击穿又分为雪崩击穿和齐纳击穿两类，一般两种击穿同时存在。

电压低于5－6V的稳压管，齐纳击穿为主，电压高于5－6V 的稳压管，雪崩击穿为主。

电压在5－6V之间的稳压管，两种击穿程度相近，温度系数最好，这就是为什么许多电路使用5－6V稳压管的原因。

绝缘栅场效应晶体管工作原理及特性场效应管(MOSFET)是一种外形与普通晶体管相似，但控制特性不同的半导体器件。

它的输入电阻可高达1015W，而且制造工艺简单，适用于制造大规模及超大规模集成电路。

场效应管也称为MOS管，按其结构不同，分为结型场效应晶体管和绝缘栅场效应晶体管两种类型。

在本文只简单介绍后一种场效应晶体管。

绝缘栅场效应晶体管按其结构不同，分为N沟道和P沟道两种。

每种又有增强型和耗尽型两类。

下面简单介绍它们的工作原理。

1、增强型绝缘栅场效应管2、图6-38是N沟道增强型绝缘栅场效应管示意图。

在一块掺杂浓度较低的P型硅衬底上，用光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的N+区，并用金属铝引出两个电极，称为漏极D和源极S如图6-38(a)所示。

然后在半导体表面覆盖一层很薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层，在漏-源极间的绝缘层上再装一个铝电极，称为栅极G。

另外在衬底上也引出一个电极B，这就构成了一个N沟道增强型MOS管。

它的栅极与其他电极间是绝缘的。

图6-38(b)所示是它的符号。

其箭头方向表示由P(衬底)指向N(沟道)。

图6-38 N沟道增强型场效应管场效应管的源极和衬底通常是接在一起的(大多数场效应管在出厂前已联结好)。

从图6-39(a)可以看出，漏极D和源极S之间被P型存底隔开，则漏极D和源极S之间是两个背靠背的PN结。

当栅-源电压UGS=0时，即使加上漏-源电压UDS，而且不论UDS的极性如何，总有一个PN结处于反偏状态，漏-源极间没有导电沟道，所以这时漏极电流ID≈0。

若在栅-源极间加上正向电压，即UGS＞0，则栅极和衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场，这个电场能排斥空穴而吸引电子，因而使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥，剩下不能移动的受主离子(负离子)，形成耗尽层，同时P衬底中的电子(少子)被吸引到衬底表面。

当UGS数值较小，吸引电子的能力不强时，漏-源极之间仍无导电沟道出现，如图6-39(b)所示。

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。

晶体三极管一、三极管的电流放大原理晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管。

而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和PNP两种三极管，两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。

图1、晶体三极管（NPN）的结构图一是NPN管的结构图，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，从图可见发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e、基极b 和集电极。

当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而C点电位高于b点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源Ec要高于基极电源Ebo。

在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正确，发射区的多数载流子（电子）极基区的多数载流子（控穴）很容易地截越过发射结构互相向反方各扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流Ie。

由于基区很薄,加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电集电流Ic，只剩下很少（1-10%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补纪念给，从而形成了基极电流Ibo根据电流连续性原理得：Ie=Ib+Ic这就是说，在基极补充一个很小的Ib，就可以在集电极上得到一个较大的Ic，这就是所谓电流放大作用，Ic与Ib是维持一定的比例关系，即：β1=Ic/Ib式中：β--称为直流放大倍数，集电极电流的变化量△Ic与基极电流的变化量△Ib之比为：β= △Ic/△Ib式中β--称为交流电流放大倍数，由于低频时β1和β的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分，β值约为几十至一百多。

三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。