场效晶体管

幻灯片1

迄今为止我们一直在讨论双极性晶体管（BJT），此外，还有很多种晶

体管。场效应管是另一种很重要的晶体管，其控制参数是结电场，这与 BJT

上的控制电流相当。由于电场与电压有关，因此场效应管的一个主要优点

是不需要有电流流入控制端（栅极也叫门极）。这就是说它有很高的输入阻

抗和很低的漏电流。

最容易理解的是结型场效应管（JFETs）,我们首先对它进行一下详细

的讨论。而金属氧化半导体场效应管（MOSFETs）则对数字逻辑尤为重要。

幻灯片2

对BJT晶体管来说有两种类型，即NPN和PNP两类，它们的区别在

于多数载流子不同（电子或空穴）。

由于FET（场效应管）是由结上电场的变化来控制的，因此在控制端

上接入电容可以进一步降低漏电流。而MOSFET的金属氧化物会在控制端

即输入端即栅极处形成电容。

幻灯片3

我们首先介绍结型场效应管（JFET）工作原理及控制能力。要理解结

型场效应管首先要了解导电沟道。

n型硅材料如图，其两侧各有一个接线端子。这实际上是一个其阻值取决

于掺杂量的电阻。

JFET的三个端子分别叫做源极，漏极和门极。源极相当于BJT的射极，。是多数载流子的源头。在N型材料中，载流子是电子，源极是电子的源

头。

漏极相当于BJT的集电极，因此多数载流子从源极流向漏极。对于n型

材料来说，载流子是电子，故电流方向与载流的运动方向相反。

相反。

幻灯片4

栅极由两块P型区域构成，它们形成了从源极到漏极的导电通道。通

常两个栅极是连在一起的，因此在封装后的器件上只能看到一个电极，即

栅极。

注意，上图所示器件中，因其源极、门极和漏极分别为N型、P型和N

型所以是NPN型结型场效应管（JFET），而并非按从上向下的门——通道

——门的杂质类型称其为PNP型。

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如同PN结，门极周围存在着耗尽区。这一损耗区自然会降低n型通道

的横向区域，从而使电子传导率下降。

改变门极到漏极的电压，进而改变耗尽区的大小，可以左右JFET的行

场效应晶体管

一、场效应晶体管概述

场效应晶体管(FET)简称场效应管，它属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高（108～109Ω）、噪声小、功耗低、温度系数低、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。

场效应管工作时只有一种极性的载流子参与导电，所以场效应管又称为单极型晶体管。场效应管分结型、绝缘栅型两大类。结型场效应管（JFET）因有两个PN结而得名，绝缘栅型场效应管（IGFET）则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。目前在绝缘栅型场效应管中，应用最为广泛的是MOS场效应管，简称MOS管（即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET）；此外还有PMOS、NMOS和VMOS功率场效应管，以及最近刚问世的πMOS场效应管、VMOS功率模块等。

按沟道半导体材料的不同，结型和绝缘栅型各分N沟道和P沟道两种。若按导电方式来划分，场效应管又可分成耗尽型与增强型。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。

二、场效应晶体管与半导体晶体管的异同

1、外形相同

场效应晶体管与半导体晶体管（双极晶体管）的封装外形基本相同，也有B型、F型、G型、TO-3型金属封装外形和S-1型、S-2型、S-4型、TO-92型、CPT型、TO-126型、TO-126FP型、TO-202型、TO-220型、TO-247型、TO-3P型等塑料封装外形。

2、结构及工作原理不同

场效应晶体管属于电压型控制器件，它是依靠控制电场效应来改变导电沟道多数载流子（空穴或电子）的漂移运动而工作的，即用微小的输入变化电压VG来控制较大的沟道输出电流ID，其放大特性（跨导）GM=ID/VG；半导体晶体管属于电流通渠道型控制器件，它是依靠注入到基极区的非平衡少数载流子（电子与空穴）的扩散运动而工作的，即用微小的输入变化电流Ib控制较大的输出变化电流Ic，其放大倍数β=Ic/Ib。

场效应晶体管中英文介绍（field-effect transistor，缩写：FET）

场效应晶体管是一种通过电场效应控制电流的电子元件。它依靠电场去控制导电沟道形状，因此能控制半导体材料中某种类型载流子的沟道的导电性。场效应晶体管有时被称为单极性晶体管，以它的单载流子型作用对比双极性晶体管（bipolar junction transistors，缩写：BJT）。尽管由于半导体材料的限制，以及曾经双极性晶体管比场效应晶体管容易制造，场效应晶体管比双极性晶体管要晚造出，但场效应晶体管的概念却比双极性晶体管早。

历史

场效应晶体管于1925年由Julius Edgar Lilienfeld和于1934年由Oskar Heil分别发明，但是实用的器件一直到1952年才被制造出来（结型场效应管，Junction-FET，JFET）。1960年Dawan Kahng发明了金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-effect

transistor, MOSFET），从而大部分代替了JFET，对电子行业的发展有着深远的意义。

基本信息

场效应管是多数电荷载体的设备。该装置由一个活跃的信道，通过该多数载流子，电子或空穴，从源到流向漏极。源极和漏极端子导体被连接到半导体通过欧姆接触。的通道的导电性的栅极和源极端子之间施加的电位是一个函数。

FET的三个端子是：

源极（S），通过其中的多数载流子输入通道。进入该通道，在S点的常规的电流被指定由IS。

漏极（D），通过其中的多数载流子离开的通道。常规电流在D通道进入指定的ID。漏源电压VDS。

栅极（G），调制的通道的导电性的端子。通过施加电压至G，一个可以控制的ID。

场效应晶体管的类型

在耗尽模式的FET下，漏和源可能被掺杂成不同类型至沟道。或者在提高模式下的FET，它们可能被掺杂成相似类型。场效应晶体管根据绝缘沟道和栅的不同方法而区分。FET的类型有：

课

题

2.2

场效晶体管

课型

新课

授课班级 授课时数 2

教学目标 1．熟悉场效晶体管的分类、特性曲线、与普通三极管在性能上的异同点

2．能理解结型场效晶体管的工作原理，理解它的特性曲线

教学重点 结型场效晶体管的符号、工作特点、特性曲线

教学难点 转移特性曲线

学情分析

教学效果

教后记

新课

A．引入

普通三极管以基极电流的变化控制集电极电流，故称为电流控制器件，今天分析的是另一种晶体管——场效晶体管。

B．新授课

2.2.1 结型场效晶体管

一、结型场效晶体管的结构和符号

1．N沟道结型场效晶体管

（1）结构特点

①N型硅棒引出两个电极：漏极（d）、源极（s）。

②N型硅棒两侧扩散P型区（浓度高），形成两个PN结。

③两个P型区相连引出电极为栅极（g）。

④漏源之间由N型半导体构成的导电沟道是电流流通的路径，称为N沟道。

（2）符号

符号中箭头隐含从P指向N的意思。

2．P沟道结型场效晶体管

二、结型场效晶体管的工作原理

以N沟道结型场效晶体管为例。

1．电路连接

（学生根据N沟道的结构特点，讨论P沟道结型管的结构）

（1）在gs间加反向电压

（2）在ds间加正向电压

2．工作原理

（1）当VGS0，N沟道在VDS作用下，形成电流ID，此时，电流ID最大。

（2）当│VGS│↑→ PN结受反向偏压→PN结加宽→N沟道变窄→电阻变大→ID减小。

（3）当VGS达到一定值，PN结变得较宽，以至N沟道被两边PN结夹断，则ID0

结论：

（1）通过调节VGS可控制漏极电流ID的变化。

（2）P沟道与N沟道工作原理相同（VGS＞0，VDS＜0）。

（3）VGS使PN结反偏。

（4）场效晶体管只有多数载流子导电，故称为单极晶体管。

三、结型场效晶体管的特性曲线和跨导

1．场效晶体管测试电路（N沟道为例）

2．转移特性曲线

——反映ID随VGS的变化关系