场效应管工作原理- -场效应管工作原理也疯狂

一、场效应管的工作原理- -概念

　　场效应管(FET)是场效应晶体管(field-effect transistor)的简称，由于它仅靠半导体中的多数载流子导电，也称为单极性场效应管，是一种常见的利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种电压控制性半导体器件，场效应管不但具有双极性晶体管体积小、重量轻、寿命长等优点，而且输入回路的内阻高达107~1012Ω，噪声低，热稳定性好，抗辐射能力强，且比后者耗电省，这些优点使之从20世纪60年代诞生起就广泛地应用于各种电子电路之中。

二、场效应管的工作原理- -结构

　　所有的FET都有栅极g(gate)、漏极d(drain)、源极s(source)三个极，分别对应双极性晶体管的基极b(base)、集电极c(collector)和发射极e(emitter)。除了结型场效应管外，所有的FET也有第四端，被称为体(body)、基(base)、块体(bulk)或衬底(substrate)。P区与N区交界面形成耗尽层，而漏极d与源极s间的非耗尽层区域称为导电沟道。

三、场效应管的工作原理- -分类

　　场效应管可以分为结型场效应管(JFET)和绝缘栅型场效应管(JGFET)，结型场效应管(JFET)因有两个PN结而得名，绝缘栅型场效应管(JGFET)则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。因为绝缘栅型场效应管的栅极为金属铝，故又称为MOS管。

　　场效应管按导电方式的不同来划分，可分成耗尽型与增强型。当栅压为零时有较大漏极电流的称为耗尽型;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。

　　无论是结型场效应管还是绝缘栅型场效应管，无论是耗尽型场效应管或是增强型场效应管，都可分为N沟道和P沟道，其结构分别如下图所示：

四、场效应管工作原理- - 结型

　　结型场效应管可分为N沟道结型场效应管和P沟道结型场效应管，下面我们就以N沟道为例对结型场效应管工作原理进行说明。

　　为保证N沟道结型场效应管能正常工作，应在其栅-源之间加负向电压(即uGS<0)，以保证耗尽层承受反向电压;在漏-源之间加正向电压uDS，以形成漏极电流。栅-源之间负向电压越大，PN结交界面所形成的耗尽区就越厚，导电沟道越窄，沟道电阻变大，漏极电流iD越小;相反，若栅-源之间负向电压越小，则耗尽区就越薄，导电沟道越宽，沟道电阻变小，漏极电流iD越大。因此实现了场效应管的栅-源间负向电压对沟道电流的控制。

　　而对于P沟道结型场效应管，与N沟道原理类似，但要在其栅-源之间加正向电压(即uGS>0)才能保证其能能正常工作。

五、场效应管工作原理- - 绝缘栅型

　　以N沟道耗尽型MOS管为例，如果在制造MOS管时，在SiO2绝缘层中掺入大量正离子，那么即使uGS=0，在正离子作用下P型衬底表层也存在反型层，即漏-源之间存在导电沟道。只要在漏-源间加正向电压，就会产生漏极电流，并且，uGS为正时，反型层变宽，沟道电阻变小，沟道电流iD增大;反之，uGS为负时，反型层变窄，沟道电阻变大，iD减小。而当uGS从零减小到一定值时，反型层消失，漏-源之间导电沟道消失，iD=0。实现了栅源电压对漏极电流的控制。

六、场效应管工作原理- - 增强型

　　以N沟道为例，在一个N沟道增强模式器件中，应在栅源间加正向电压。正电压吸引了体中的自由移动的电子向栅极运动，形成了导电沟道。但是首先，充足的电子需要被吸引到栅极的附近区域去对抗加在FET中的掺杂离子;这形成了一个没有运动载流子的被称为耗尽区的区域，这种现象被称为FET的阈值电压。更高的栅源电压将会吸引更多的电子通过栅极，则会制造一个从源极到漏极的导电沟道;这个过程叫做"反型"。

七、场效应管工作原理- - 耗尽型

　　在一个N沟道耗尽模式器件中，在栅源之间加负向电压将会造成一个耗尽区去拓展宽度，从边界侵入沟道，从而使沟道变窄。若耗尽区扩展至完全关闭沟道，则漏源间沟道电阻会变得很大，FET就会像开关一样有效的关闭。类似的，在一个P沟道耗尽模式期器件中，在栅源之间加正向电压将使沟道变宽，沟道电阻变小，使电流更易通过。

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