三极管、场效应管和MOS管三者的工作原理

三极管、场效应管和MOS管

在二极管工作原理的基础上，本文趁热打铁继续讲解与PN结息息相关的三种晶体管的工作原理。

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一、三极管工作原理

我们知道三极管是一款电流放大器件。
三极管分为NPN型和PNP型半导体，两者结构工作原理基本相同，本文以NPN型三极管分析其工作原理。

三极管的结构图如图所示，三级管内部有两个PN结，分别为集电结和发射结，有基集（B）、集电极（C）和发射极（E）三个引脚。

给三极管三个引脚施加电压，达到什么条件才能使得三极管导通呢？
如果U2=0，即B极电流为0，那三极管必然不会导通，因为存在PN结反偏的现象。

1.三极管导通

如果B极电流不是0，三级挂工作情况又会如何呢？如图所示：

U2大于一定的数值（一般是0.7V），则发射结正偏，基极注入小电流，会吸引发射极电子往集电极流动，三极管导通。

2.电流放大

三极管器件内部三个区域存在不同的掺杂浓度，其中发射级浓度远大于基极浓度，此时发射机大量电子往集电极流动，从而放大基极电流。——三极管工作在线性放大区域

三个区域掺杂浓度的大小为：发射极>基极>集电极。

当基极电流大于一定数值后，**三极管工作在饱和区域。**生活中可用水龙头类比，水龙头开到最大，水流便达到阈值。

二、场效应管（JFET）工作原理

场效应管的三个管脚分别为栅极、源极和漏极。场效应管分为N沟道和P沟道场效应管，如下图所示，

GFET的内部结构图如下所示

本文以N沟道场效应管讲解其工作原理，由其内部结构图可知场效应管内部也有两个PN结，控制PN极反型层大小可以控制N沟道大小进而控制电流大小。

如图所示，场效应管生而导通，如果栅极和源集之间电压为0时，源集电子往漏极走，此时漏极和源极之间的电流最大。
当VGS之间的压差大于一定的数值，放在N沟道场效应管中就是栅极电压低于源极电压一定的数值，则场效应管之间就没有贯通电场，使得漏极与源极之间没有电流。如下图所示：

所以栅极能够控制场效应管的通断，而漏极电压对于沟道的控制是双向控制，无法夹断沟道，VDS大于一定的数值就会沟道就会达到一个平衡点，进入恒流区。

三、MOS管工作原理

MOS管是FET中的一种，现主要用增强型MOS管，分为PMOS和NMOS，其电气表达如下所示。
MOS管也有栅极（G）、漏极（D）和源极（S）。
NMOS:

PMOS:

本文以NMOS管为例讲解MOS管的工作原理，如下图所示，栅极那层为SIO2。

1.如果栅极和源极电压相同，漏极与源极之间施加电压，总会有一个PN结反偏，所以MOS管不导通。

2.如果VGS>门槛电压（如0.7），则在栅极的SIO2内部会形成电场，从而吸引P衬底的电子而排斥空穴，在N极之间形成反型层次，即导通通道。
栅极电压一半在绝缘层，一半在耗尽层，所以栅极电压要达到PN结导通电压要求的两倍。
如耗尽层要求0.7V，方可使得PN结正偏，此时栅极电压必须大于1.4V。

在这个阶段内部，VGS增加，沟道便会变宽，电流ID就会增大。

3.当VGS>VT时，电流ID会有一个阈值，会随着VDS的增加而增加，ID达到阈值后，便进入恒流区。

二极管工作原理见：https://blog.csdn.net/m0_51390088/article/details/124321747?spm=1001.2014.3001.5502