什么是场效应管？它与三极管有什么区别？
什么是场效应管？它与三极管有什么区别？
场效应管（FET）是一种利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的半导体器件。与三极管相比，场效应管具有高输入阻抗、低噪声、热稳定性好等优点。本文将详细介绍场效应管的基本概念、结构、分类及其与三极管的区别，并深入探讨其工作原理和特性曲线。
一、什么是场效应管？它与三极管有什么区别？
- 场效应管
场效应管（FET）是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件，并以此命名。由于它仅靠半导体中的多数载流子导电，又称单极型晶体管。场效应管不但具备双极型晶体管体积小、重量轻、寿命长等优点，而且输入阻抗高达，噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强且比后者耗电省。
- 场效应管与三极管的区别
与场效应管相比，三极管是一种基于电流控制的电子器件。具体区别如下：
- 控制方式：场效应管通过调节栅极电压来控制漏极-源极间的电流，从而实现对电流的控制。而三极管则通过调节基极电流来控制集电极-发射极间的电流。因此，场效应管是电压控制型器件，而三极管是电流控制型器件。
- 输入阻抗：场效应管具有高输入阻抗，可以看作是一个电压控制的电阻。而三极管的输入阻抗相对较低。
- 输出特性：场效应管的输出特性较为线性，适用于高频应用和低噪声放大器。三极管的输出特性相对非线性，适用于开关、放大器和稳压器等应用。
二、场效应管的结构、分类以及名词解释
- 场效应管的结构
场效应管有三个电极：
- 栅极（grid）：绝缘栅，几乎没有电流，控制极（类似于三极管的基极b）；
- 源极（source）：载流子的源泉，发源地（类似于三极管的发射极e）；
- 漏极（drain）：载流子的漏出处（类似于三极管的集电极c）。
- 场效应管的分类
场效应管主要分为以下几类：
- 绝缘栅：栅极与源极之间有绝缘层二氧化硅；
- 场效应管：栅极与源极之间不接触不产生电流，它通过电压形成电场，通过电场改变载流子分布。不产生电流就是场效应管功耗低的原因；
- N沟道：在电场作用下，自由电子形成沟道；
- P沟道：在电场作用下，空穴形成沟道；
- 增强型：必须有电压增强的过程，才能形成沟道；
- 耗尽型：天生自带沟道，不需要电压增强过程，加上电压就能用。
三、N沟道增强型MOS管
- 结构示意图和符号
- 工作原理
（1）在栅极与源极之间加电压，即时，由于的存在，栅极电流为零。但是栅极金属层将聚集正电荷，它们排斥P型衬底靠近一侧的空穴，使之剩下不能移动的负离子区，形成耗尽层，如图1.4.8(a)所示。当增大时，一方面耗尽层增宽，另一方面将衬底的自由电子吸引到耗尽层与绝缘层之间，形成一个N型薄层，称为反型层，如图1.4.8(b)所示。这个反型层就构成了漏-源之间的导电沟道。使沟道刚刚形成的栅-源电压称为开启电压。
愈大，反型层愈厚，导电沟道电阻愈小。
注：换言之，此时就形成了一个由电压控制的可变电阻。
（2）当时，沟道形成，然后在源极和漏极之间加正向电压，则产生漏极电流。当较小时，的增大使线性增大，沟道沿源-方向逐渐变窄，如图1.4.9(a)所示。一旦增大到（即）时沟道在漏极一侧出现夹断点，称为预夹断，如图(b)所示。如果继续增大夹断区随之延长，如图(c)所示。而且的增大部分几乎全部用于克服夹断区对漏极电流的阻力。从外部看，几乎不因的增大而变化，管子进入恒流区，几乎仅决定于。
注：A、当较小时，的增大使线性增大,此时
B、预夹断之后，随着继续增大，越来越小，这使得漏极一侧的沟道越来越窄，电阻越来越大，而几乎保持不变，所以是恒流区。
C、换言之，栅极与源极的电压能够控制漏极电流
- 特性曲线
图1.4.10(a)、(b)分别为N沟道增强型MOS管的转移特性曲线和输出特性曲线，它们之间的关系见图中标注。
MOS管的三个工作区域：可变电阻区、恒流区、夹断区。
与的近似关系式为：
其中
为时的漏极饱和电流。
四、N沟道耗尽型MOS管
如果在制造 MOS 管时，在绝缘层中掺人大量正离子，那么即使，在正离子作用下P型衬底表层也存在反型层，即漏-源之间天生存在导电沟道。只要在漏-源间加正向电压，就会产生漏极电流，如图1.4.11(a)所示。并且，为正时，反型层变宽，沟道电阻变小，增大；反之，为负时，反型层变窄，沟道电阻变大，减小。而当“从零减小到一定值时，反型层消失，漏-源之间导电沟道消失，=0。此时的称为夹断电压。
耗尽型MOS管的符号见图1.4.11(b)所示。
五、结型场效应管（JFET）
结型场效应管的结构
工作原理
结型场效应管的工作原理与耗尽型类似，只是。
，给PN结加反向电压，增加势垒形成沟道。如下图所示：
然后施加正电压，后面就与增强型MOS管原理一致：
六、场效应管的特性曲线
- 转移特性
转移特性曲线描述当漏-源电压为常量时，漏极电流与栅-源电压之间的函数关系，即
- 输出特性
输出特性曲线描述当栅-源电压为常量时，漏极电流与漏-源电压之间的函数关系，即
- 各个场效应管的特性曲线