第五章MOS场效应管的特性

MOS 场效应管的工作原理及特点场效应管是只有一种载流子参与导电，用输入电压控制输出电流的半导体器件。

有N沟道器件和P 沟道器件。

有结型场效应三极管JFET(Junction Field Effect Transister)和绝缘栅型场效应三极管IGFET( Insulated Gate Field Effect Transister) 之分。

IGFET也称金属-氧化物-半导体三极管MOSFET（Metal Oxide SemIConductor FET）。

MOS场效应管有增强型（Enhancement MOS 或EMOS）和耗尽型(Depletion)MOS或DMOS）两大类，每一类有N沟道和P沟道两种导电类型。

场效应管有三个电极：D(Drain) 称为漏极，相当双极型三极管的集电极；G(Gate) 称为栅极，相当于双极型三极管的基极；S(Source) 称为源极，相当于双极型三极管的发射极。

增强型MOS(EMOS)场效应管道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是在P型半导体上生成一层SiO2 薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出电极，一个是漏极D，一个是源极S。

在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。

P型半导体称为衬底(substrat)，用符号B表示。

一、工作原理1．沟道形成原理当Vgs=0 V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压，不会在D、S间形成电流。

当栅极加有电压时，若0＜Vgs＜Vgs(th)时（VGS(th) 称为开启电压），通过栅极和衬底间的电容作用，将靠近栅极下方的P型半导体中的空穴向下方排斥，出现了一薄层负离子的耗尽层。

耗尽层中的少子将向表层运动，但数量有限，不足以形成沟道，所以仍然不足以形成漏极电流ID。

进一步增加Vgs，当Vgs＞Vgs(th)时，由于此时的栅极电压已经比较强，在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，可以形成沟道，将漏极和源极沟通。

mos管场效应管摘要：1.引言2.什么是MOS 管和场效应管3.MOS 管和场效应管的工作原理4.MOS 管和场效应管的特性比较5.MOS 管和场效应管的应用领域6.结论正文：MOS 管和场效应管是两种不同类型的半导体器件，它们都具有放大和开关等功能，广泛应用于各种电子设备中。

下面将从它们的定义、工作原理、特性比较和应用领域等方面进行详细介绍。

1.引言MOS 管（Metal-Oxide-Semiconductor Transistor，金属- 氧化物- 半导体晶体管）和场效应管（Field Effect Transistor，场效应晶体管）是两种常见的半导体器件，它们在现代电子设备中扮演着重要角色。

本文将对这两种器件进行详细解析，以帮助读者更好地理解它们的工作原理和应用。

2.什么是MOS 管和场效应管MOS 管是一种三端半导体器件，由金属导电层、氧化物绝缘层和半导体基片组成。

它的主要功能是控制电路中的电流流动，具有高输入阻抗、低噪声和低功耗等特点。

场效应管是一种四端半导体器件，由源极、漏极、栅极和衬底组成。

它的主要功能是通过改变栅极电势来调节源漏电流，具有响应速度快、驱动能力强和可控制的电流增益等特点。

3.MOS 管和场效应管的工作原理MOS 管的工作原理：当栅极施加正向电压时，栅极和源极之间的绝缘层上会形成一个正向电场。

这个电场可以吸引源极处的电子，使其向栅极方向运动。

如果这个电子流足够大，就会形成一个电流，从而导致MOS 管的导通。

场效应管的工作原理：当栅极施加正向电压时，栅极和源极之间的绝缘层上会形成一个正向电场。

这个电场会使得源极处的电子被吸引到靠近栅极的位置，从而减小源极和漏极之间的电阻。

如果栅极电压足够大，源漏电流将显著增加，从而导致场效应管的导通。

4.MOS 管和场效应管的特性比较MOS 管和场效应管在特性上有一定的差异。

MOS 管具有更高的输入阻抗、更低的工作电压和更小的功耗，但驱动能力较弱；而场效应管具有更强的驱动能力、更高的电流增益和更快的响应速度，但输入阻抗和功耗相对较差。

第五章：场效应管放大电路8学时基本要求：了解结型场效应管的基本结构和工作原理，金属氧化物半导体场效应管的基本结构和工作原理；掌握场效应管放大电路的静态分析和放大电路的小信号模型分析法。

重点：场效应管放大电路的静态分析和放大电路的小信号模型分析法。

难点：场效应管放大电路的小信号模型分析法。

教学过程5 场效应管放大电路5.1.1 N沟道增强型MOSFET三极管: Bipolor Junction Transistor (缩写为: BJT)场效应管: Field Effect Transistor (缩写为:FET)三极管是利用基极电流来控制集电极电流的，是电流控制器件。

在正常工作时，发射结正偏，当有电压信号输入时，一定要产生输入电流，导致三极管的输入电阻较小，一方面降低了管子获得输入信号的能力，而且在某些测量仪表中将导致较大的误差，这是我们所不希望的。

场效应管是一种电压控制器件，它只用信号源电压的电场效应，来控制管子的输出电流，输入电流几乎为零，因此具有高输入电阻的特点；同时场效应管受温度和辐射的影响也比较小，又便于集成化，因此场效应管已广泛地应用于各种电子电路中，也成为当今集成电路发展的重要方向。

场效应管的分类：1.结构在一块掺杂浓度较低的P型硅衬底上，制作两个高掺杂浓度的N+区，并用金属铝引出两个电极，分别作漏极d和源极s。

然后在半导体表面复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上一个铝电极,作为栅极g。

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。

MOS管的源极和衬底通常是接在一起的(大多数管子在出厂前已连接好)。

它的栅极与其它电极间是绝缘的。

它的栅极与其它电极间是绝缘的。

图(a)、(b)分别是它的结构示意图和代表符号。

代表符号中的箭头方向表示由P(衬底)指向N(沟道)。

P沟道增强型MOS管的箭头方向与上述相反，如图(c)所示。

2.N沟道增强型MOSFET工作原理（1）v GS对i D及沟道的控制作用①v GS=0 的情况从图(a)可以看出，增强型MOS管的漏极d和源极s之间有两个背靠背的PN结。

场交攵应管的特性根据三极管的原理开发出的新一代放大元件，有3个极性，栅极，漏极，源极，它的特点是栅极的内阻极高，采用二氧化硅材料的可以达到几百兆欧，属于电压控制型器件。

［编辑本段］1.概念：场效应管场效应晶体管(Field Effect Transistor缩写(FET))简称场效应管.由多数载流子参与导电,也称为单极型晶体管.它属于电压控制型半导体器件.特点：具有输入电阻高(100M Q ~1 000M Q )噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽、热稳定性好等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者.作用：场效应管可应用于放大.由于场效应管放大器的输入阻抗很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解电容器.场效应管可以用作电子开关.场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换.常用于多级放大器的输入级作阻抗变换. 场效应管可以用作可变电阻.场效应管可以方便地用作恒流源.［编辑本段］2.场效应管的分类: </8>场效应管分结型、绝缘栅型(MOS)两大类按沟道材料:结型和绝缘栅型各分N沟道和P沟道两种.按导电方式:耗尽型与增强型，结型场效应管均为耗尽型，绝缘栅型场效应管既有耗尽型的，也有增强型的。

场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管，而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型;P沟耗尽型和增强型四大类.［编辑本段］3.场效应管的主要参数：</B>Idss —饱和漏源电流.是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中，栅极电压UGS=0时的漏源电流.Up —夹断电压.是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中，使漏源间刚截止时的栅极电压.Ut —开启电压.是指增强型绝缘栅场效管中，使漏源间刚导通时的栅极电压.gM —跨导.是表示栅源电压UGS —对漏极电流ID的控制能力，即漏极电流ID变化量与栅源电压UGS变化量的比值.gM是衡量场效应管放大能力的重要参数BVDS —漏源击穿电压.是指栅源电压UGS 一定时，场效应管正常工作所能承受的最大漏源电压.这是一项极限参数加在场效应管上的工作电压必须小于BVDS.PDSM —最大耗散功率，也是一项极限参数，是指场效应管性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率.使用时，场效应管实际功耗应小于PDSM并留有一定余量.IDSM —最大漏源电流.是一项极限参数，是指场效应管正常工作时，漏源间所允许通过的最大电流.场效应管的工作电流不应超过IDSMCds---漏-源电容Cdu---漏-衬底电容Cgd---栅-漏电容Cgs---漏-源电容Ciss---栅短路共源输入电容Coss---栅短路共源输出电容Crss---栅短路共源反向传输电容D---占空比（占空系数，外电路参数）di/dt---电流上升率（外电路参数）dv/dt---电压上升率（外电路参数）ID---漏极电流（直流）IDM---漏极脉冲电流ID（on）---通态漏极电流IDQ---静态漏极电流（射频功率管）IDS---漏源电流IDSM---最大漏源电流IDSS---栅-源短路时，漏极电流IDS（sat）---沟道饱和电流（漏源饱和电流）IG---栅极电流（直流）IGF---正向栅电流IGR---反向栅电流IGDO---源极开路时，截止栅电流IGSO---漏极开路时，截止栅电流IGM---栅极脉冲电流IGP---栅极峰值电流IF---二极管正向电流IGSS---漏极短路时截止栅电流IDSS1---对管第一管漏源饱和电流IDSS2---对管第二管漏源饱和电流Iu---衬底电流Ipr---电流脉冲峰值（外电路参数）gfs---正向跨导Gp---功率增益Gps---共源极中和高频功率增益GpG---共栅极中和高频功率增益GPD---共漏极中和高频功率增益ggd---栅漏电导gds---漏源电导K---失调电压温度系数Ku---传输系数L---负载电感(外电路参数)LD---漏极电感Ls---源极电感rDS---漏源电阻rDS(on)---漏源通态电阻rDS(of)---漏源断态电阻rGD---栅漏电阻rGS---栅源电阻Rg---栅极外接电阻(外电路参数)RL---负载电阻(外电路参数)R(th)jc---结壳热阻R(th)ja---结环热阻PD---漏极耗散功率PDM---漏极最大允许耗散功率PIN—输入功率POUT---输出功率PPK---脉冲功率峰值（外电路参数）to（on）---开通延迟时间td（off）---关断延迟时间ti---上升时间ton---开通时间toff---关断时间tf---下降时间trr---反向恢复时间Tj—结温Tjm---最大允许结温Ta---环境温度Tc---管壳温度Tstg---贮成温度VDS---漏源电压（直流）VGS---栅源电压（直流）VGSF--正向栅源电压（直流）VGSR---反向栅源电压（直流）VDD---漏极（直流）电源电压（外电路参数）VGG---栅极（直流）电源电压（外电路参数）Vss---源极（直流）电源电压（外电路参数）VGS（th）---开启电压或阀电压V （ BR ） DSS---漏源击穿电压V （ BR ） GSS---漏源短路时栅源击穿电压VDS（on）---漏源通态电压VDS（sat）---漏源饱和电压VGD---栅漏电压（直流）Vsu---源衬底电压（直流）VDu---漏衬底电压（直流）VGu---栅衬底电压（直流）Zo---驱动源内阻/--漏极效率（射频功率管）Vn---噪声电压aID---漏极电流温度系数ards---漏源电阻温度系数［编辑本段］4.结型场效应管的管脚识别：</B>判定栅极G:将万用表拨至Rx1k档，用万用表的负极任意接一电极另一只表笔依次去接触其余的两个极，测其电阻.若两次测得的电阻值近似相等，则负表笔所接触的为栅极，另外两电极为漏极和源极.漏极和源极互换，若两次测出的电阻都很大则为N沟道;若两次测得的阻值都很小，则为P沟道.判定源极S、漏极D:在源-漏之间有一个PN结，因此根据PN结正、反向电阻存在差异，可识别S极与D极. 用交换表笔法测两次电阻,其中电阻值较低（一般为几千欧至十几千欧）的一次为正向电阻此时黑表笔的是S极，红表笔接D极.［编辑本段］5.场效应管与晶体三极管的比较场效应管是电压控制元件，而晶体管是电流控制元件.在只允许从信号源取较少电流的情况下，应选用场效应管;而在信号电压较低，又允许从信号源取较多电流的条件下应选用晶体管.晶体三极管与场效应管工作原理完全不同，但是各极可以近似对应以便于理解和设计：晶体管：基极发射极集电极场效应管：栅极源极漏极要注意的是，晶体管（NPN型）设计发射极电位比基极电位低（约0.6V），场效应管源极电位比栅极电位高（约0.4V）。

mos场效应管MOS场效应管是半导体功率放大器的最重要的部件。

它拥有良好的低噪声特性，被广泛应用于声音、视频、电视和通讯系统中，以改善系统整体质量和增强系统性能。

MOS场效应管在20世纪60年代末由乔治斯坦和罗伯特比尔森发明，他们的研究证实了MOSFET在微型晶体管无源功率放大器中的重要性。

MOS场效应管是在现今的半导体部件中最重要的，它可以提供高输出功率、低噪声、低热量、低电压差应用中精确控制，并且是高效耐用的，具有对电磁污染抗拒性，可以实现更加可靠的电源供应系统。

MOS场效应管有两种类型：一种是增加型MOSFET，另一种是减少型MOSFET。

增加型MOSFET是电源输出或增益控制系统中的主要组件，它可以控制输出级的电流，从而控制输出功率；减少型MOSFET则控制输出级的电压，从而控制输出功率。

MOSFET在制造过程中采用的是活性元件的技术，这种技术在这种类型的MOS场效应管中拥有更好的性能，更突出的特性和更高的效率。

另外，由于MOSFET的占用空间小，因此，系统整体布局也能够得到更好的优化。

MOS场效应管有许多用途，尤其在频率控制和驱动系统中特别有用，它可以被用来驱动各种负载，包括电机、电磁阀、电热元件等等，在此之外，它还可以用作开关、变压器和发动机控制系统等等。

MOS场效应管的研究工作还在不断的深入开发，使它的性能变得更好、使用寿命更长、低噪声性能更强、功耗更低，同时又具有较强的抗干扰能力。

MOS场效应管不仅应用于传统的电源放大器，而且也可以应用于新兴的智能电源放大器，其中，电源放大器可以根据环境参数和输入的电压、电流值来实现自适应的输出，这样可以实现更快速的控制效果，抗干扰性更强，从而使整个系统的使用寿命更长。

从技术的角度看，MOS场效应管的发展推动了智能电源放大器的发展，更好的抗干扰性能和更精确的控制精度使它们在智能驱动、高精度检测、采集放大等领域发挥着重要作用。

总之，MOS场效应管是一种具有重要作用的半导体器件，它可以广泛应用于各种系统，并且可以提供良好的质量和性能。

mos管体效应
回答：
MOS管是一种常用的场效应晶体管，其主要特点是具有高输入阻抗、低噪声、低失真等优点。

MOS管的体效应是指在MOS管的工作过程中，由于沟道中的电子密度变化而引起的电场效应。

MOS管的结构包括一个金属栅极、一个绝缘层和一个半导体沟道。

当栅极施加正电压时，栅极和沟道之间的电场会引起沟道中的电子密度变化。

由于沟道中的电子密度变化，沟道中的电场也会发生变化，从而影响MOS管的输出特性。

MOS管的体效应主要包括两个方面：沟道长度调制效应和沟道宽度调制效应。

沟道长度调制效应是指在MOS管的工作过程中，由于沟道长度的变化而引起的电场效应。

当栅极施加正电压时，沟道中的电子密度会发生变化，从而引起沟道长度的变化。

沟道长度的变化会影响沟道中的电场分布，从而影响MOS管的输出特性。

沟道宽度调制效应是指在MOS管的工作过程中，由于沟道宽度的变化而引起的电场效应。

当栅极施加正电压时，沟道中的电子密度会发生变化，从而引起沟道宽度的变化。

沟道宽度的变化会影响沟道中的电场分布，从而影响MOS管的输
出特性。

MOS管的体效应对MOS管的输出特性有很大的影响。

在MOS管的设计和制造过程中，需要考虑体效应的影响，以提高MOS管的性能和可靠性。

第五章MOS 场效应管的特性5.1MOS 场效应管5.3体效应第五章MOS 场效应管的特性5.1 MOS 场效应管5.2 MOS 管的阈值电压5.3 体效应115.5MOSFET 的噪声5.6MOSFET 尺寸按比例缩小5.7MOS 器件的二阶效应5.4 MOSFET 的温度特性5.5 MOSFET 的噪声5.6 MOSFET 尺寸按比例缩小5.7 MOS 器件的二阶效应1）N 型漏极与P 型衬底；2）N 型源极与P 型衬底。

5.1 MOS 场效应管5.1.1 MOS 管伏安特性的推导两个PN 结：图2）1）2同双极型晶体管中的PN 结一样，在结周围由于载流子的扩散、漂移达到动态平衡，而产生了耗尽层。

3）一个电容器结构：23）栅极与栅极下面的区域形成一个电容器，是MOS 管的核心，决定了MOS 管的伏安特性。

p+/ n+n(p) MOSFET的三个基本几何参数toxpoly-Si diffusionDWG L3p+/ n+⏹栅长:⏹栅宽:⏹氧化层厚度:LWt oxSMOSFET的三个基本几何参数⏹L min、W min和t ox由工艺确定⏹L min：MOS工艺的特征尺寸(feature size)决定MOSFET的速度和功耗等众多特性⏹L和W由设计者选定⏹通常选取L= L min，设计者只需选取W，W是主要的设计变量。

⏹W影响MOSFET的速度，决定电路驱动能力和功耗4MOSFET 的伏安特性:电容结构⏹当栅极不加电压或加负电压时，栅极下面的区域保持P 型导电类型，漏和源之间等效于一对背靠背的二极管，当漏源电极之间加上电压时，除了PN 结的漏电流之外，不会有更多电流形成。

⏹当栅极上的正电压不断升高时，P 型区内的空穴被不断地排斥到衬底方向。

当栅极上的电压超过阈值电压V T ，在5栅极下的P 型区域内就形成电子分布，建立起反型层，即N 型层，把同为N 型的源、漏扩散区连成一体，形成从漏极到源极的导电沟道。

金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,
板级电路应用上，都十分广泛。

一、MOS管的工作原理
以增强型MOS管为例，我们先简单来看下MOS管的工作原理。

由上图结构我们可以看到MOS管类似三极管，也是背靠背的两个PN结！三极管的原理是在偏置的情况下注入电流到很薄的基区通过电子-空穴复合来控制CE 之间的导通，MOS管则利用电场来在栅极形成载流子沟道来沟通DS之间。

如上图，在开启电压不足时，N区和衬底P之间因为载流子的自然复合会形成一个中性的耗尽区。

给栅极提供正向电压后，P区的少子(电子)会在电场的作用下聚集到栅极氧化硅下，最后会形成一个以电子为多子的区域，叫反型层，称为反型因为是在P型衬底区形成了一个N型沟道区。

这样DS之间就导通了。

二、MOS管的特性
1、由于MOSFET是电压驱动器件(G极加电压控制电流)，因此无直流电流流入栅极。

2、要开通MOSFET，必须对栅极施加高于额定栅极阈值电压Vth的电压。

3、处于稳态开启或关断状态时，MOSFET栅极驱动基本无功耗(但是请注意交叉点附近，就是电压下降与电流上升导致的功耗)。

4、通过驱动器输出看到的MOSFET栅源电容根据其内部状态而有所不同。

5、MOSFET通常被用作频率范围从几kHz到几百kHz的开关器件。

这点尤其需要注意。

三、结语
希望本文对大家能够有所帮助。