一、?什么是FET

FET是Field Effect Transistor的縮寫，稱為場(chǎng)效應(yīng)晶體管。它是晶體管的一種。通常所說(shuō)的晶體管是指雙極晶體管。

場(chǎng)效應(yīng)晶體管的工作方式是溝道中的多數(shù)載流子在電場(chǎng)作用下由源極向漏極作漂移運(yùn)動(dòng)，形成了漏極電流。只涉及到一種載流子的漂移作用，所以也叫單極性晶體管。

FET有三個(gè)電極分別是柵極（ Gate ）、源極（ Source ）和漏極（ Drain ）。

小貼士：

雙極性晶體管，全稱雙極性結(jié)型晶體管（bipolar junction transistor, BJT），俗稱三極管， 晶體管中的電荷流動(dòng)主要是由于載流子在PN結(jié)處的擴(kuò)散作用和漂移運(yùn)動(dòng)。雙極性晶體管的工作，同時(shí)涉及電子和空穴兩種載流子的流動(dòng)，因此它被稱為雙極性的，所以也稱雙極性載流子晶體管。

二、FET的工作原理

三極管是由輸入端（基極）流動(dòng)的電流來(lái)控制輸出端（集電極）的電流，屬于流控流元件。而FET是由加在輸入端（柵極）的電壓來(lái)控制輸出端（漏極）的電流，屬于壓控流元件。

下圖是FET內(nèi)部工作的原理圖。FET對(duì)加在柵極與源極之間電壓不斷的監(jiān)視，控制漏極與源極之間的電流源，使流動(dòng)的電流與其電壓成正比。

三、FET的分類

如下圖所示，F(xiàn)ET按照結(jié)構(gòu)可以分為結(jié)型FET ( JFET: Junction FET ) 和絕緣柵FET ( MOSFET: Metal Oxide Semiconductor FET ) 。

按照電學(xué)特性，MOSFET又可以分為耗盡型 ( depletion ) 與增強(qiáng)型 ( enhancement ) 兩類。它們又可以進(jìn)一步分為N溝型和P溝型。

四、FET的結(jié)構(gòu)

下圖是FET的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)示意圖。

JFET的柵極與溝道（D,S間叫溝道）間有PN結(jié)，所以認(rèn)為存在著二極管（由于有PN結(jié)，所以稱為結(jié)型FET）。

JFET的柵極-溝道間的二極管是工作在截止?fàn)顟B(tài)的。所以柵極-溝道間流過(guò)的電流很小，只相當(dāng)于二極管的反向漏電流，所以JFET的輸入阻抗很高（約10^8 ~ 10^12 Ω）。

MOSFET的柵極是由金屬構(gòu)成的，它與半導(dǎo)體溝道之間有一層絕緣膜，形成三層結(jié)構(gòu)。所謂MOS，就是因?yàn)閷?shí)際的結(jié)構(gòu)由金屬（M）、絕緣膜（如氧化膜，O）和半導(dǎo)體（S）組成。

MOSFET的特點(diǎn)是柵極與溝道間有絕緣膜，柵極與溝道是絕緣的，所以流過(guò)柵極的電流比JFET還要小很多。因此，輸入阻抗也比JFET高得多（約10^12 ~ 10^14 Ω）。

五、場(chǎng)效應(yīng)管符號(hào)的說(shuō)明如下：（如果是P溝道，箭頭則向外）

晶體管電路符號(hào)中的箭頭表示電流流動(dòng)的方向，而FET的箭頭不代表電流的方向，僅僅表示PN結(jié)的極性。

小貼士：

JFET的漏極與源極間是可以相互調(diào)換來(lái)使用的。因?yàn)镴FET的源極與漏極之間沒(méi)有PN結(jié)，是由同一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體制作的。

高頻JFET器件由于源極與漏極的形狀有物理性的變化，當(dāng)兩個(gè)FET串聯(lián)時(shí)，漏極與源極是有區(qū)別的，所以漏極與源極是不可以調(diào)換使用的。

MOSFET的漏極與源極的結(jié)構(gòu)也有區(qū)別，所以漏極與源極也是不可以調(diào)換使用的。

小貼士：

什么是耗盡型FET和增強(qiáng)型FET？

耗盡型和增強(qiáng)型實(shí)際指的是FET傳輸特性中的耗盡特性和增強(qiáng)特性。

耗盡特性：對(duì)于N溝道JFET，當(dāng)VGS在負(fù)電壓范圍時(shí)，有ID流動(dòng)稱為耗盡特性。

增強(qiáng)特性：對(duì)于N溝道MOSFET，當(dāng)VGS不在正的電壓范圍時(shí)就沒(méi)有ID流過(guò)（P溝時(shí)VGS的極性相反）。

JFET都是耗盡型的；MOSFET既有耗盡型也有增強(qiáng)型。

六、增強(qiáng)型MOSFET的特性曲線

耗盡型MOSFET主要用于高頻放大的領(lǐng)域。對(duì)于開關(guān)電源及功率變換電源只用到增強(qiáng)型MOSFET而不會(huì)使用耗盡型MOSFET及JFET。所以后面的內(nèi)容主要討論增強(qiáng)型MOSFET。

小貼士：

跨導(dǎo)（Transconductance）是電子元件的一項(xiàng)屬性。電導(dǎo)（G）是電阻（R）的倒數(shù)；而跨導(dǎo)則指輸出端電流的變化值與輸入端電壓的變化值之間的比值。

在MOS管中，跨導(dǎo)的大小反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用。在轉(zhuǎn)移特性曲線上，跨導(dǎo)為曲線的斜率。 單位是 S （西門子），一般用mS。

截止區(qū)就是夾斷溝通完全夾斷時(shí) 呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。

恒流區(qū)就是預(yù)夾斷至完全夾斷兩者之間的這段區(qū)域，電流只和柵極電壓有關(guān)而與漏源電壓無(wú)關(guān)，呈現(xiàn)恒流特性。

可變電阻區(qū)就是預(yù)夾斷之前的區(qū)域。

七、MOSFET做開關(guān)用時(shí)是工作在哪個(gè)區(qū)？

MOSFET 和 BJT 的工作區(qū)域的命名有所不同。BJT 中的截止，放大和飽和區(qū)相對(duì)于 MOSFET 為截止，飽和，變阻區(qū)。MOSFET有個(gè)參數(shù)Vt——開啟電壓。當(dāng) Vgs < Vt 時(shí)，MOSFET處于截止?fàn)顟B(tài)，即截止區(qū)。當(dāng) Vgs > Vt 且 Vds > Vgs - Vt 時(shí)，為飽和區(qū)。當(dāng) Vgs > Vt 且 Vds < Vgs - Vt 時(shí)，MOSFET處在變阻區(qū)。

如果忽略溝道的長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)，MOSFET的飽和區(qū)就是相當(dāng)于受控恒流源。通常用其作為放大區(qū)域使用（類比BJT的放大區(qū)）。MOSFET的變阻區(qū)相當(dāng)于一個(gè)受Vgs控制的變阻器，當(dāng)Vgs增大時(shí)溝道電阻變小。通常功率 MOSFET 的 Rds 可以降到非常之小，以便流過(guò)較大的電流。利用 MOSFET 截止區(qū)和變阻區(qū)的特性，就可以將 MOSFET 應(yīng)用于 邏輯或功率開關(guān)。

八、MOS管的特性及與三極管的區(qū)別

三極管Ib控制Ic （?流控流源?）。MOS管Ugs控制Id（?壓控流源?）。

MOS管的開啟閥值電壓Ugs(th)：一般是4.5V，有的管是2V。這個(gè)參數(shù)相當(dāng)于三極管的Ib=1mA。即大于4.5V才進(jìn)入飽和區(qū)。三極管的閥值電流是Ib?=?0.5mA。Ib?>?0.5mA工作在放大區(qū)，Ib??1mA工作在飽和區(qū)。

GS的正反偏電壓一般是±20V。

電流大的MOS管Rds?(?ON?)?一般都很小，幾m歐左右，因?yàn)槿绻鸕ds(ON)太大的話，管子發(fā)熱太歷害，功耗大。驅(qū)動(dòng)電壓Vgs越小，則Rds?(?ON?)越大，因?yàn)榇藭r(shí)MOS管工作在放大區(qū)。

九、MOSFET的米勒效應(yīng)分析

下面是MOSFET理想工作時(shí)的波形：

下面是MOSFET實(shí)際工作時(shí)的波形：

分析：

一開始，Ugs對(duì)Cgs充電，當(dāng)Ugs上升到t1時(shí)刻，即達(dá)到Uth ( 4V ) 電壓時(shí)，MOS管開啟，Id增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)t2時(shí)，Id上升到最大值，注意此時(shí)MOS管還未完全導(dǎo)通，是因?yàn)閁gs還沒(méi)到達(dá)最大值。Id保持不變，由于米勒效應(yīng)，此時(shí)Ugs通過(guò)Cgd,D腳，S腳到地。對(duì)米勒電容Cgd進(jìn)行充電，米勒效應(yīng)引起了MOS管的轉(zhuǎn)移特性，所謂轉(zhuǎn)移特性就是Id使得Ugs也要保持不變。這個(gè)時(shí)間段也叫做平臺(tái)電壓。這個(gè)平臺(tái)電壓階段，由于MOS管還未完全導(dǎo)通，所以MOS管功耗很大，發(fā)熱歷害，也就是說(shuō)米勒電容引起MOS管損耗大。這是很危險(xiǎn)的，容易炸管！！！當(dāng)?shù)竭_(dá)t3時(shí)刻時(shí)，Ugs繼續(xù)往上升，此時(shí)米勒電容沒(méi)有了，轉(zhuǎn)移特性消失。可以理解為這個(gè)時(shí)段，米勒電容充電充滿了。