模拟电子电路基础--场效应管

场效应管，是电压控制器件，不吸收信号源电流，不消耗信号源功率，输入阻抗高，温度特性好，抗干扰能力强，便于集成。
JFET利用耗尽区的宽度改变导电沟道的宽窄来控制漏极电流；MOSFET则利用半导体表面的电场效应，由感应电荷的多少改变导电沟道来控制电流。
一、结型场效应管（JFET）

1.1 结型场效应管的分类
N沟道，P沟道

1.2 结型场效应管的工作原理（N沟道）
加上反向电压UDS，则源极和漏极之间形成电流ID，通过改变UGS，就可以改变两个PN结阻挡层的宽度，这样就改变了沟道电阻，于是改变了漏极电流ID。

（1）栅源间电压VGS对ID的控制

绿色部分为耗尽层，当漏源间短路，栅源间外加负向电压ＶGS时，结型场效应管中的两个PN结均处反偏状态。如图（b）所示。
随着VGS负向增大，加在PN结上的反向偏置电压增大，则耗尽层加宽。由于N沟道掺杂浓度较低，故耗尽层主要集中在沟道一侧。耗尽层加宽，使得沟道变窄，沟道电阻增大，如图（b）所示。
　　当VGS负向增大到某一值后，结两侧的耗尽层向内扩展到彼此相遇，沟道被完全夹断，此时漏源间的电阻将趋于无穷大，如图（c）所示。相应于此时的漏源间电压VGS称为夹断电压，用VGS(off)表示。
（2）漏源电压ＶDS对沟道的影响

当VGS>VGS(off)且为某一定值，如果在漏源间加上正向电压VDS，VDS将在沟道中产生自漏极指向源极的电场，该电场使得N沟道中的多数载流子电子沿着沟道从源极漂移到漏极形成漏极电流ID。
由于导电沟道存在电阻，ID流经沟道产生压降，使得沟道中各点的电位不再相等，结果使耗尽区从漏极到源极逐渐变窄，呈楔形分布，如图（a）所示。
随着VDS的增大，ID增大，沟道不等宽的现象变得明显，当VDS增大到某一值时，近漏端的两个耗尽区相遇，这种情况称为预夹断，如图（b）所示。
继续增大VDS，夹断点将向源极方向延伸，近漏端出现夹断区，如图（c）所示。
由于栅极到夹断点A之间的反向电压VGA不变，恒为VGS(off)，因此夹断点到源极之间的电压也就恒为VGS-VGS(off)，而VDS的增加部分将全部加在漏极与夹断点之间的夹断区上，形成较强的电场。在这种情况下，从漏极向夹断点行进的多子自由电子，一旦到达夹断点就会被夹断区的电场漂移到漏极，形成漏极电流。
一般情况下，夹断区仅占沟道长度的很小部分，因此VDS的增大而引起夹断点的移动可忽略，夹断点到源极间的沟道长度可以认为近似不变，同时，夹断点到源极间的电压又为一定值，所以可近似认为ID是不随VDS而变化的恒值。

1.3 结型场效应管的特性曲线

二、绝缘栅型场效应管（MOSFET）

2.1 绝缘栅型场效应管的分类
N沟道，P沟道，增强型，耗尽型

2.2 增强型MOS场效应管的工作原理（N沟道）

2.2 增强型MOS场效应管的输出特性曲线（N沟道）

VGS(th) 是DS短接时，MOS管形成导电沟道的开启电压

（1）可变电阻区
条件：VGS>VGS(th) ，VDS<VGS–VGS(th)

W、l 为沟道的宽度和长度，COX为单位面积的栅极电容量。
此时MOS管可看成阻值受VGS控制的线性电阻器。

（2）饱和区
条件：VGS>VGS(th) ，VDS>VGS–VGS(th)

ID只受VGS控制，而与VDS几乎无关，表现为压控电流源特性。

（3）截止区
条件：VGS<VGS(th) ，即沟道未形成时的工作区
ID=0，MOS管断开