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场效应管的工作原理和曲线图

场效应管（FieldEffectTransistor，FET）是一种电压控制型半导体器件，其工作原理基于电场对载流子运动的控制，从而实现对电流的调节。它有三个极，分别是源极（Source）、漏极（Drain）和栅极（Gate）。

工作原理

1.N沟道增强型MOSFET

-当栅极电压\(V_{GS}=0\)时，源极和漏极之间相当于两个背靠背的PN结，此时漏极电流\(I_D=0\)。

-当在栅极和源极之间施加正向电压\(V_{GS}\)时，栅极电压会在栅极下方的半导体表面感应出电子，形成一个导电沟道。随着\(V_{GS}\)的增加，沟道中的电子浓度增加，沟道电阻减小。

-当在漏极和源极之间施加电压\(V_{DS}\)时，电子在电场作用下从源极通过沟道流向漏极，形成漏极电流\(I_D\)。在一定范围内，\(I_D\)随着\(V_{DS}\)的增加而线性增加。当\(V_{DS}\)继续增大到一定程度后，沟道在靠近漏极一端会被夹断，此时\(I_D\)趋于饱和，不再随\(V_{DS}\)的增加而明显变化。

2.N沟道耗尽型MOSFET

-在制造过程中，N沟道耗尽型MOSFET的栅极下方已经预先形成了导电沟道。

-当\(V_{GS}=0\)时，就有一定的漏极电流\(I_D\)。

-当施加正向栅极电压\(V_{GS}\)时，沟道中的电子浓度进一步增加，\(I_D\)增大；当施加反向栅极电压时，沟道中的电子浓度减小，\(I_D\)减小，直到\(V_{GS}\)达到夹断电压时，\(I_D=0\)。

3.P沟道MOSFET

-工作原理与N沟道MOSFET类似，但载流子是空穴，电压极性相反。例如，P沟道增强型MOSFET需要在栅极施加负向电压才能形成导电沟道，从而产生漏极电流。

特性曲线

1.转移特性曲线：以漏极电流\(I_D\)为纵坐标，栅源电压\(V_{GS}\)为横坐标绘制。

-对于N沟道增强型MOSFET，当\(V_{GS}V_{GS(th)}\)（阈值电压）时，\(I_D=0\)；当\(V_{GS}\geqV_{GS(th)}\)时，\(I_D\)开始随着\(V_{GS}\)的增加而增大，在一定范围内呈现近似线性关系，当\(V_{GS}\)足够大时，\(I_D\)趋于饱和。

-N沟道耗尽型MOSFET的转移特性曲线则是当\(V_{GS}=0\)时就有\(I_D\)，随着\(V_{GS}\)的变化，\(I_D\)相应地增大或减小。

2.输出特性曲线：以漏极电流\(I_D\)为纵坐标，漏源电压\(V_{DS}\)为横坐标，在不同的栅源电压\(V_{GS}\)下绘制。

-当\(V_{GS}\)较小时，随着\(V_{DS}\)的增加，\(I_D\)线性增加，这是因为沟道电阻基本不变，处于非饱和区。

-当\(V_{DS}\)增大到一定程度后，沟道在靠近漏极一端被夹断，进入饱和区，此时\(I_D\)几乎不随\(V_{DS}\)的增加而变化，而主要取决于\(V_{GS}\)。

-当\(V_{DS}\)继续增大到使漏极与衬底之间的PN结反向偏置电压过大时，会出现击穿现象，\(I_D\)急剧增大。

场效应管的这些特性曲线直观地反映了其工作特性，对于分析和设计基于场效应管的电路具有重要意义。