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场效应管MOS

news 2026/6/22 23:15:00

场效应管

场效应管又称场效应晶体管（Field Effect Transistor，缩写为FET），它与三极管一样，具有放大能力。场效应管有漏极（D极）、栅极（G极）和源极（S极）。场效应管可分为结型和绝缘栅型。

场效应管（Field Effect Transistor, FET）是一种电压控制型半导体器件，通过“电场”来控制电流大小。与三极管（BJT）不同，它几乎不需要输入电流，因此输入阻抗非常高，功耗低。

与三极管一样，场效应管也是由P型半导体和N型半导体组成的。
三极管有PNP型和NPN型两种，场效应管则分P沟道和N沟道两种。

结型场效应管

结型场效应管（JFET, Junction Field Effect Transistor）是一种通过 PN结反向偏置形成电场来控制电流的器件，属于最早的一类场效应管.

JFET（结型场效应管）
结构简单
噪声低
多用于模拟电路

结型场效应管在电路中主要用作放大信号电压.

结型场效应管的工作原理

当在D、S极之间加上正向电压UDSU_{DS}UDS时, 会有电流从D极流向S极, 若再在G、S极之间加上反向电压(P型半导体接低电位, N型半导体接高电位), 结型场效应管内部的两个耗尽层就会变厚, 沟道变窄, 由D极流向S极的电流IDI_DID就会变小, 反向电压越高, 沟道越窄, 电流IDI_DID越小.

N沟道 JFET（最常见）

中间是 N型导电沟道
两侧是 P型区域（栅极）
形成 PN结

结型场效应管的放大能力用跨导gmg_mgm表示

gm=ΔIDΔUGS g_m = \frac{\Delta I_D}{\Delta U_{GS}}gm=ΔUGSΔID

gmg_mgm单位是西门子(S), 也可以用A/V表示.

与 MOSFET 的区别

项目	JFET	MOSFET
栅极结构	PN结	绝缘氧化层
输入阻抗	高	极高（更高）
控制方式	反向偏置	电压控制
默认状态	常导通	常关断（增强型）
抗静电能力	强	较弱
应用	模拟电路	开关、电源

与三极管（BJT）区别

项目	BJT	JFET
控制方式	电流控制	电压控制
输入阻抗	低	高
噪声	较大	很低
应用	放大	精密放大

绝缘栅型场效应管

绝缘栅型场效应管（MOSFET）简称MOS管，MOS管分为耗尽型和增强型，每种类型又分为P沟道和N沟道。

增强型 MOSFET（Enhancement-mode MOS）

增强型 MOSFET 是最常用的一类场效应管（尤其是 N沟道增强型）.

符号表示

工作原理

在开关S断开时，NMOS管的G极无电压，D、S极所接的两个N区之间没有导电沟道，所以两个N区之间不能导通，电流ID为0A。

如果将开关S闭合，NMOS管的G极获得正电压，与G极连接的铝电极有正电荷，它产生的电场穿过SiO2层，将P衬底的很多电子吸引靠近SiO2层，从而在两个N区之间形成导电沟道，由于此时D、S极之间加有正向电压，所以有电流ID从D极流入，再经导电沟道从S极流出。

如果改变E2电压的大小，也即改变G、S极之间的电压UGS，与G极相通的铝层产生的电场大小就会变化，SiO2层下面的电子数量就会变化，两个 N 区之间的沟道宽度就会变化，流过的电流ID大小就会变化。电压UGS越高，沟道就会越宽，电流ID就会越大。

耗尽型MOS管

与增强型NMOS管不同的是，耗尽型NMOS管内的SiO2层中掺有大量的杂质，其中含有大量的正电荷，它将衬底中大量的电子吸引靠近SiO2层，从而在两个N区之间形成导电沟道。

当NMOS管的D、S极之间加上电源E1时，由于D、S极所接的两个N区之间有导电沟道存在，所以有电流ID流过沟道；如果再在G、S极之间加上电源E2，E2的正极除了接S极外，还与下面的P衬底相连，E2的负极则与G极的铝层相通，铝层的负电荷电场穿过SiO2层，排斥SiO2层下方的电子，从而使导电沟道变窄，流过导电沟道的电流ID减小。

耗尽型MOS管具有的特点是：在G、S极之间未加电压（即UGS=0V）时，D、S极之间就有沟道存在，ID不为0A；当G、S极之间加上负电压UGS时，如果电压UGS变化，沟道宽窄会发生变化，电流ID就会变化。

在工作时，耗尽型NMOS管的G、S极之间应加负电压，即UG<US，UGS=UG−US为负电压；耗尽型PMOS管的G、S极之间应加正电压，即UG>US，UGS=UG−US为正电压。

MOSFET

MOSFET为金属氧化物半导体场效应管的总称, 包含两大类

增强型（Enhancement）默认关断（最常用）

耗尽型（Depletion）默认导通（很少用）

增强型 NMOS

MCU输出高电平, MOS导通, 负载工作, 最简单最稳定, MCU直接驱动, 广泛应用于:

LED;
电机;
继电器;

耗尽层 NMOS

默认就是导通的, 需要负电压才能关断, 电路复杂, 不适合MCU直接控制, 所以实际工程中很少用.

绝缘栅双极型晶体管

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种把👉 MOSFET 的“电压控制” + BJT（三极管）的“大电流能力”结合在一起的功率半导体器件。

它综合了三极管和MOS管的优点，故有很好的特性，因此广泛应用在各种中小功率的电力电子设备中。

IGBT相当于一个PNP型三极管和增强型NMOS管组成, IGBT有3个极：集电极（C极）、栅极（G极）和发射极（E极）.

IGBT 主要有三个引脚：

G（Gate，栅极） 👉 控制端（类似 MOSFET）
C（Collector，集电极） 👉 高压端
E（Emitter，发射极） 👉 低压端

👉 可以把 IGBT 理解成：“MOSFET 驱动一个大功率三极管”

电源E2通过开关S为IGBT提供UGE电压，电源E1经R1为IGBT提供UCE电压。

当开关S闭合时，IGBT的G、E极之间获得电压UGE，只要电压UGE大于开启电压（2～6V）， IGBT内部的NMOS管就有导电沟道形成，NMOS管的D、S极导通，为三极管电流Ib提供通路，三极管导通，有电流IC从IGBT的C极流入，经三极管e极后分成I1和I2两路电流，电流I1流经NMOS管的D、S极，电流I2从三极管的c极流出，电流I1、I2汇合成电流IE从IGBT的E极流出，即IGBT处于导通状态。当开关S断开后，电压UGE为0V， NMOS管的导电沟道夹断（消失），I1、I2都为0A，电流IC、IE也为0A，即IGBT处于截止状态。