模拟电子技术第一章知识梳理

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第一章 常用半导体器件

1.1 基础知识

1.1.1 本征半导体

半导体：导电性质介于导体与绝缘体之间

本征半导体：纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。

如图所示，常见本征半导体材料为四价元素，如硅，锗等等。

载流子：导电需要能够形成电流，而运载电流的粒子被称为载流子。如图，元素的价电子形成共价键，与原子核一样都较为稳定，这时如果外加电场，这些带电的粒子其实并不会因为电场作用而开始移动，也就不会导电，所以不属于载流子。

本征激发与复合：在常温下，会有少数价电子由于热运动而获得足够能量挣脱共价键而变成自由电子，并相应的产生一个空穴，这个过程称为本征激发，形成自由电荷和空穴这两种载流子。当自由电子和空穴在自由移动的过程中相遇时，自由电子会填补空穴，该过程称为复合。在同一温度下，本征激发与复合都在不断地进行，达到动态平衡，进而使载流子浓度在一定温度下达到稳定。当温度升高时，载流子浓度增大。

由于本征半导体中常温下自发产生的自由电子和空穴极少，所以导电性能较差。为了提高导电性能，我们需要对半导体进行改造（后续，我们常用硅作为本征半导体的材料进行讨论）。

1.1.2 杂质半导体

N（Negative）型半导体：向本征半导体中掺入五价元素，如磷，取代硅的位置，就形成了N型半导体。

如图所示，由于五价元素的价电子多出一个，很容易就变成了自由电子，这时对应的五价元素原子称为施主原子。注：此时杂质半导体本身仍不带电。虽然自由电子多了，但是相应的原子核的带正电量也增加了。

（为什么用五价元素掺入半导体，而不用六价元素呢？原因大致有两个：一个是因为需要保证掺入后半导体仍然维持其晶体结构，所以掺入的杂质原子大小应接近硅；另一个原因是因为虽然六价元素价电子更多，但是原子核对价电子的束缚反而更大，反而不利于多出来的价电子转变为自由电子）

多子与少子：由于每掺入一个杂质原子就可以多出一个自由电子，而作为主体的四价元素通过本征激发产生自由电子和空穴的概率相当小，可以想见即使掺入的杂质原子很少，也会导致自由电子的浓度远远大过空穴的浓度，这时将较多的那种载流子称为多子，相应的较少的称为少子。

P（Positive）型半导体：向本征半导体中掺入三价元素，如硼，取代硅的位置，形成了P型半导体。

由图可见，硼在与周围形成共价键的过程中，会由于缺少价电子而形成空位，当其他的电子填充这个空位时，就会在电子原本的位置形成空穴。这时，三价原子被称为受主原子。

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由上述分析可得，掺入杂质原子后，会让半导体的载流子浓度大大提升，从而大大提高了半导体的导电性。而多子的浓度几乎全由掺杂原子的浓度决定，所以受温度影响较小；少子的浓度往往由本征激发的程度决定，所以受温度影响较大。

既然要提高半导体的导电性这么麻烦，为什么不直接用导体呢？所谓存在即合理，掺杂半导体一定有其独特的用处，等待我们去发现。

1.1.3 PN结

PN结的形成

空间电荷区：如图，由于扩散运动，导致N区多的自由电子自发的往P区移动，P区的空穴同时也在往N区移动，从而在交界处发生大量的复合，渐渐形成一个没有自由电子也没有空穴（或数量极少）的地段，称为空间电荷区，又名耗尽层、PN结。

正离子和负离子形成内电场，产生势垒。内电场由N区指向P区，阻碍N区的自由电子以及P区的空穴继续进行扩散运动。然而，P区的少子（自由电子）却可以借助内电场而到达N区，而N区的少子（空穴）同理，这种运动称为漂移运动，相应的也会产生电流，只不过少子浓度过低，对应产生的电流大小也过低，常常可以忽略不计。

经过一段时间后，少子的漂移运动和多子的扩散运动会到达动态平衡。

对称结与不对称结：当两边半导体掺入的杂质的浓度相同时，往往会形成对称结，即结内正离子层和负离子层宽度相同。而当两边半导体掺入的杂质的浓度不同时，掺杂浓度高的那一侧对应的离子层会更窄，形成不对称结。

PN结的单向导电性

正向导通：

PN结的P区接正，N区接负为正向导通。随着外加正向电压的增大，势垒被削弱，N区越来越多的自由电子可以获得足够的能量以越过耗尽层到达P区，扩散运动加强而漂移运动减弱，PN结变窄，直到产生正向电流导通。随着电压的增加，正向电流的增加是很迅速的，如果不加注意极其容易烧毁，所以应该在回路中串联一个电阻，确保最大电流不会超过U/R。

另外，加上正向电流后正向导通又称正向偏置，简称正偏。

反向截止：

外电场与内电场的方向相同时，相当于进一步加高了势垒，阻止扩散运动，导致PN结变宽。可以想见，这里其实加强了漂移运动。不过由于少子的数量极少，且会随着电压的增加达到一个近似的稳定值，产生的电流可以忽略不计，因此认为此时处于截止状态，这股稳定的电流称为反向饱和电流。

同理，PN结反向截止的时候又称反向偏置，简称反偏。

由此，我们说明了PN结具有单向导电性，这是其他的导体所不具有的性质。

伏安特性：

对应的伏安特性方程为：
$$
i = I_s \left( e^{\frac{u}{u_T}} - 1 \right)
$$
常温下,$U_T \approx 26\mathrm{mV}$，$I_s$为反向饱和电流。从伏安特性曲线中可以发现，当电压大于正向导通电压的时候，电流以指数形式快速增大；当加上反向电压的时候，电流在较长一段范围内近似于一个稳定值。

然而图中还显示当反向电压到达一定的值的时候，电流也会急剧增大，这是怎么回事呢？

PN结的反向击穿

雪崩击穿：掺杂浓度较低的时候发生。如前所示，当外加反向电压的时候，会导致PN结变宽，电场区域也随之变宽。同时电场强度也在增加，进而让PN结近似于变成了一个粒子加速器。当P区的少子（即自由电子）经过电场加速后，可以将N区的价电子创飞，产生自由电子，并继续向前撞击，从而实现一生二，二生四的指数增加效果，让载流子浓度增加形成电流。

温度越高，雪崩击穿所需要的电压越高。因为当温度升高，晶格结构本身也会开始震动，会导致自由电子在加速过程中容易撞上晶格，导致反而加速不够。

齐纳击穿：掺杂浓度较高的时候发生。当掺杂浓度较高时，PN结较窄，所以尽管外加电压增加较小，电场的增加却会很剧烈（因为距离短，根据 $U = Ed$ 可知）而当电场足够强，会导致PN结内的价电子直接脱离变成自由电子，形成电流。

温度越高，齐纳击穿所需要的电压越低。（容易理解，不再赘述）

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击穿了之后PN结一定会坏吗？不一定。PN结坏掉的原因往往是过热而不是击穿。当PN结被击穿时，往往会产生较多的热量，而当PN结过热的时候，温度过高本身也会导致价电子更容易发生脱离，形成正反馈导致烧毁。所以其实PN结也可以在反向击穿情况下使用，只要没到过热的情况就行。

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由于掺杂浓度越高（齐纳击穿），击穿电压越低，掺杂浓度越低（雪崩击穿），击穿电压越高，所以可以通过掺杂浓度来控制PN结的稳定电压。

PN结的电容特性

势垒电容：当给PN结外加的反向电压变化的时候，PN结的宽度随之变化，即电荷量随之变化，故可以视作一个与势垒变化相关的电容，称为势垒电容$C_b$。

由图可知，这种变化并不是线性的。利用这种特性，可以制成各种变容二极管。

扩散电容：处于平衡状态的少子称为平衡少子。而当PN结正向导通的时候，PN结的边界处会出现较多的由扩散而来的少子，称为非平衡少子。显然，正向电压越高，PN结边界处的非平衡少子浓度越高，对应储存的电荷量变化，所以这也可以等效出一个电容，称为扩散电容$C_d$

PN结的结电容$C_j$是两个电容之和，即
$$
C_j = C_b + C_d
$$
一般情况下，我们只有在信号频率较高的时候才考虑结电容的作用。

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至此，我们已经对PN结有了一个初步的了解。其实，正是由PN结产生了我们的第一个半导体器件：半导体二极管。

1.2 半导体二极管

将PN结用一些材料包裹起来，只引出两极，就形成了二极管。图中显示的是平面二极管，采用扩散工艺制成，且可以进行集成。P区电极为阳极，N区电极为阴极。

1.2.1 伏安特性

可以想见，二极管的伏安特性和PN结的伏安特性几乎是一样的。

其中，$U_{on}$是开通电压

由图可得：有两点区别：由于有半导体体电阻的存在，相同电压下，电流更小一点；另外，由于有封装的壳的存在，在加上反向电压的时候，不仅PN结上有漂移电流，壳上也有表面的泄露电流，所以反向电流更大一点。

温度的影响：当温度升高时，正向特性曲线左移，反向特性曲线下移。

左移：这是由于载流子浓度更高，PN结整体更活跃，相同电压下产生的电流更大。

下移：少子对温度相当敏感，导致反向饱和电流（少子的漂移电流）增大。

温度相关参数：每升高1摄氏度，正向压降2~2.5$mV$。每升高10摄氏度，反向电流增大一倍。

相关运用：

1. 有了二极管，我们第一次有了规定电流路径的手段，甚至可以把交流电变为直流电，即整流。

2. 由于正向导通后，电流急剧变化的同时电压几乎不变，可以用来进行等效或者稳压。

3. 由于温度特性，利用反向饱和电流可以制成简易的温度传感器。

4. 由于反向击穿电压和掺杂浓度有关，反向的伏安特性同样可以用来做稳压二极管，且电压可调节。

1.2.2 主要参数

1. $I_F$：最高整流电流。允许通过的最大正向平均电流。
2. $U_R$：最高反向工作电压。允许外加的最大反向电压。通常$U_R = 0.5U_{BR}$，即留有一定余量，防止使用时偶尔超过最大反向工作电压。
3. $I_R$：反向饱和电流。未击穿的反向电流
4. $f_M$：最高工作频率。结电容容抗$= \frac{1}{\omega C}$，当$\omega$很小的时候，容抗很大。而当$\omega$很大的时候，容抗越来越小，近似于导通。这时电流在近似的结电容上流动，也就破坏了单向导电性。

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然而，在实际运用过程中，二极管的伏安特性为非线性，计算起来较为复杂。所以，为了解决这个运用上的问题，我们需要对电路与原件进行等效，力求用线性元件等效非线性元件。

1.2.3 等效电路

折线化等效：

• (a) 图的二极管为理想二极管，正向导通压降为零，反向截止电流为零，相当于理想开关。
• (b) 图的二极管正向导通压降为常量$U_{on}$，反向截止电流为零，等效为理想二极管串联电压源。直流情况下这种等效最常用。
• (c) 图的二极管正向电压大于$U_{on}$后$UI$为线性关系，斜率为$\frac{1}{r_D}$，反向截止电流为零，等效为理想二极管，串联带内阻$r_D = \frac{\Delta U}{\Delta I}$的电压源。

微变等效：在有直流和微小交流的情况下，先由直流确定$I_D$（即该直流电压下对应的直流电流，Q点），再由$r_d = \frac{U_T}{I_D}$（在交流很微小时）确定在这一点附近的动态电阻，并将二极管和对应的直流电源等效为一个动态电阻，再进一步进行分析。（注意：注意横坐标和纵坐标，当Q点越高时，对应的$r_d$越小）

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至此，我们已经用到了二极管的正向特性，接下来，该考虑二极管的反向特性有些什么用处了。

1.2.4 稳压二极管

在反向击穿后，二极管在很大的电流变化范围内，电压近似于不变。但是，反向击穿容易导致过热烧毁，所以我们需要对其进行散热。另外，虽然二极管的正向特性也可以用来稳压，但是其对应的稳定电压值太单一，不像反向击穿电压那样可调。

伏安特性：

如图所示。需要注意的是稳压二极管的符号表示。

相关参数：

• 稳定电压$U_z$：在规定电流下稳压管的反向击穿电压
• 稳定电流$I_z$：工作在稳压状态的参考电流，电流低于此值时稳压效果不好。
• 额定功耗$P_{ZM}$：稳定电压与最大稳定电流的成绩，超过后会烧毁
• 动态电阻$r_z$：工作在稳压状态时，$r_z = \frac{\Delta U_z}{\Delta I_z}$。
• 温度系数$\alpha$：表示单位温度变化量下稳压值的变化量。$\alpha = \frac{\Delta U_z}{\Delta T}$。稳定电压小于4$V$时具有负温度系数（即温度升高时稳定电压降低，击穿更容易发生），会发生齐纳击穿；而稳定电压大于7$V$时具有正温度系数（即温度升高时稳定电压升高，击穿更难发生），会发生雪崩击穿。

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现在，由于二极管的出现，半导体已经有了用武之地。然而，人们仍在尝试着一个东西——即用半导体材料真正代替电子管。这意味着，人们需要一个由半导体材料制成的，具有放大作用的器件。而这，就是双极晶体管。

1.3 双极晶体管（BJT）

结构与符号：如图所示。三个区域三个电极两个PN结（发射结与集电结）

• 发射区：发射载流子。掺杂浓度最高，这样才有足够的载流子够发射

• 集电区：收集载流子。掺杂浓度不能过大，但是面积得大。

• 基区：控制区。掺杂浓度较低，非常薄。（为什么要薄？详见后续放大作用的解释）

• PNP与NPN型的区别：从符号上看，只有箭头不一样（箭头代表导通方向，很显然正向导通只能是P指向N）

1.3.1 电流放大作用

何为放大？在学习放大作用之前，或许我们需要先了解两个事情：电流放大所带来的额外的能量并不是凭空产生的，一定是有外部在源源不断地输入（电源），而这里的三极管只起到一个对能量的控制作用；另外，放大的一个基本原则就是放大不能失真，要确保信息传递的准确性。接下来，让我们继续介绍。

基本共射放大电路：

图中，$R_b$是限流电阻。从图中可以知道$V_{CC}$的电压大于$V_{BB}$。此时，$I_B$与$I_C$成比例，且后者是前者的放大（后者控制了电源）

具体机理：考虑内部载流子的运动。

1. 当发射结正偏：发射区的自由电子向基区扩散，同时基区的多子（空穴）向发射区扩散。然而，由于基区掺杂浓度很低，所以空穴的浓度很少，所以对应的电流$I_{EP}$很小。而发射区的掺杂浓度很高，所以对应的电流$I_{EN}$很大。

2. 这时再考虑基区：当大量的自由电子来到基区，一边和基区的多子——空穴复合（如前所述，基区做的非常薄，所以复合的相当少），一边继续向集电结扩散。 这个过程中，基区的宽度和掺杂浓度就决定了复合的百分比。

3. 然而，在来到基区的自由电子发生复合的时候，如果没有其他措施，会破坏半导体本身的电中性（因为平白无故少了个正电荷）。所以，在有外部电场的帮助下，半导体材料的价电子很容易被抽走，形成自由电子和空穴，进而也就形成了所谓的$I_B$。

4. 同时，又因为有集电结反偏，所以存在一个电场把大量扩散到集电结的自由电子移走，避免自由电子聚集，而降低扩散速度，进而无法保证比例放大。如果没有这反偏，就会导致电子聚集在交界处，从而导致扩散速度无法提高，即$I_C$电流无法增大，但基区由于自由电子浓度增高，复合增多，导致$I_B$电流增大。

5. 经过上述过程，我们就会发现一件有趣的事情：形成$I_B$的那一部分自由电子，和被复合吞掉的自由电子大致相等，也就和形成$I_C$的扩散电子成比例，即$I_B$和$I_C$成比例。

6. 另外，$I_{CBO}$在这里很显然就是集电结的反向饱和电流（毕竟是反偏，一定会有漂流运动），同样很小，可以忽略。除此以外，在$I_B$电流为0时，虽然理论上$I_C$也应该为0，但是实际上还有一个很小的电流$I_{CEO}$，即穿透电流

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由上述分析，我们可以得出共射（指比较的两个电流共用发射基）直流电放大系数的概念，以及其表达式：
$$
\overline{\beta} = \frac{I_{CN}}{I_{BN}}=\frac{I_C-I_{CBD}}{I_B+I_{CBD}}\approx\frac{I_C}{I_B}
$$
或交流形式下有：
$$
\beta=\frac{\Delta I_C}{\Delta I_B}
$$
不过大部分情况下，这俩可以近似。

同理，还有共基放大系数：
$$
\overline\alpha=\frac{I_C}{I_E}
$$
同理，交流电形势下表达式与直流形式下相同，这里不再赘述。

又因为$I_B=I_C+I_B$，所以通过一系列代换可以得到：
$$
\beta=\frac{\alpha}{1-\alpha} 或 \alpha=\frac{\beta}{1+\beta}
$$

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我们已经知道了三极管的工作原理，现在为了更好的运用它，我们还需要了解一些它的特性和参数

1.3.2 共射特性曲线

输入特性：可以想见，三极管的输入特性曲线本质上和PN结没有区别。

值得注意的是，由于晶体管的输入电流还受$U_{\text{CE}}$的影响，所以实际的输入特性曲线其实是一个曲线族，即针对不同的$U_{\text{CE}}$有不同的特性曲线。

当$U_{CE}$增大时，由于基区的大量自由电子被反向电场导走，导致基区载流子减少，复合减弱，进而导致$I_B$减小，因此需要更大的电压来产生相同的电流，则曲线右移。增大到一定值（一般是1V）后，集电区电场足够强，绝大多数非平衡少子都收集到集电区，因此再增大也不会明显对$I_B$造成什么影响了。

输出特性：

同理，曲线族，在研究输出特性的时候一般固定$I_B$再做分析。关于这个图像的解释道理同输入特性曲线，这里不再赘述。

另外，图中也有显示$I_{CEO}$，即$I_B$=0时。

我们可以将输出特性划分为三个区域：

1. 放大区：发射结正偏，集电结反偏，$I_B$和$I_C$成比例。
2. 截至区：双结反偏，$C,E$断路。只需让基极电位小于发射极电位即可。
3. 饱和区：双结正偏。当$\beta I_B > I_{Cmax}$时认为进入此状态。$I_{Cmax}=\frac{V_{CC}}{R}$。

1.3.3 主要参数

在此，将三极管的一些重要参数做一个总结：

1. 直流参数

• 共射直流电流放大系数$\overline{\beta} = \frac{I_{CN}}{I_{BN}}=\frac{I_C-I_{CBD}}{I_B+I_{CBD}}\approx\frac{I_C}{I_B}$

• 共基直流电流放大系数$\overline\alpha=\frac{I_C}{I_E}$

• 极间反向电流：$I_{CBO}$为发射极开路时集电结反向饱和电流。$I_{CEO}$是基极开路时集电极与发射极的穿透电流。满足$I_{CEO}=(1+\overline \beta)I_{CBO}$。

2. 交流参数

• 共射交流电流放大系数$\beta=\frac{\Delta I_C}{\Delta I_B}$

• 共基交流电流放大系数$\alpha=\frac{\Delta I_C}{\Delta I_B}$

• 特征频率$f_T$：由于PN结结电容的存在，晶体管的交流电流放大系数其实是所加信号频率的函数。当信号频率高到一定程度时，集电极电流与基极电流的比值不仅数值下降，且产生相移（当容抗 $X_\text{C}$ 变得很小时，原本应该流进内部基区去控制集电极电流的输入电流 $I_\text{b}$，有一大部分直接通过发射结电容 $C_\text{be}$ 交流短路流走了。 由于真正进入内部基区的有效电流变小了，导致输出的集电极电流 $I_\text{c}$ 也随之变小）。使放大系数的数值下降到1的信号频率称为特征频率$f_T$。

3. 极限参数

• 最大耗散功率$P_{\text{CM}}$：取决于晶体管的温升。对于晶体管 $P_{\text{CM}} = i_{\text{C}}u_{\text{CE}} = \text{Const}$ 是一条双曲线，在双曲线次上方的为过损耗区。

• 最大集电极电流$I_{\text{CM}}$：$i_{\text{C}}$ 上升到一定数值 $\beta$ 将减小，当$\beta$开始显著减小时对应的电流极为最大集电极电流。对于合金型小功率管，定义 $u_{\text{CE}} = 1\text{V}$ 时由 $P_{\text{CM}} = u_{\text{CE}}i_{\text{C}}$ 算出来的 $i_{\text{C}}$ 为 $I_{\text{CM}}$。

• 极间反向击穿电压：某一电极开路时，另外两个电极之间允许加的最高反向电压。$U_{\text{(BR)CBO}}$ 为集电结允许的最高反向电压，$U_{\text{(BR)CEO}}$ 为集电结承受的反向电压，$U_{\text{(BR)EBO}}$ 为发射结的最高反向电压。

1.3.4 温度影响

如图，对输入特性来说，一个是正向压降降低，一个是$I_{CBO}$增大（较猛，回忆温度对反向饱和电流和正向压降的影响）

对输出特性来说，从图中可以知道$\beta$随着温度升高而增大。

1.3.5 光电三极管

这是三极管的一个简单应用，其相当于一个普通的光电二极管加上一个放大器，只不过由光线照射产生的电流充当基电流，这里不多赘述。

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晶体三极管的出现，是我们固体半导体的开端。然而，当我们想利用晶体三极管进行大规模集成的时候，会发现功率过大，散热难度过高。这时，散热，功率消耗就成了集成技术的瓶颈。为了解决这个问题，人们在几年后捣鼓出了一个新东西，其耗电量小，功率小，并广泛的应用在了现在的集成电路中——场效应管。

1.4 场效应管(FET)

场效应管是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，仅依靠多数载流子导电（因而受温度影响不大），又称为单极性晶体管，分为结型和绝缘栅型两种不同的结构。

1.4.1绝缘栅型场效应管

又称金属（M）氧化物（O）半导体（S）场效应晶体管（FET），即MOSFET，又称MOS管。

1.4.1.1N沟道增强型MOS管

结构：g：栅极（控制极）s:源极（类似三极管中的发射极） d:漏极（类似三极管中的集电极）

工作原理：

如图，这样连接电路后，先令$U_{DS}=0$，加上$U_{GS}$。这时，由于电场的存在，会把g附近的空穴都导走，出现耗尽层。可是同时，在$U_{GS}$继续增大的过程中，P区的少子（自由电子）也因为这个电场被吸到g下方，形成反型层，连接两个N区。因为在这个层内多子为自由电子，所以这个新形成的沟道可以认为是N型沟道，而使这个沟道刚刚形成的电压称为开启电压$U_{GS(th)}$。

这也是为什么这个器件叫做增强型的原因：一定要有一个这样的电压不断增强的过程才能导通。

既然是形成了一个通道，那么这个通道的电阻一定是和通道的宽度有关的。而根据通道形成的原理，我们可以推出一个结论：$U_{GS}$的大小决定了$R_{ds}$的大小，即形成了一个电压控制的可变电阻器。

这时，只要在形成了通道的基础上再加上$U_{DS}$，就可以在ds之间形成电流。通过不断调节$U_{DS}$，我们就可以研究对应的特性曲线。

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取上图的图(a)进行分析。如图所示，左侧N区通道附近的电压差仍为$U_{GS}$，但由于加上了外部电压，引入了外部电势差，所以右侧N区通道附近的电压差为$U_{GS}-U_{DS}$，也就造成了通道的宽窄不一。而随着$U_{DS}$的不断增大，当$U_{GS}-U_{DS}=U_{GS(th)}$的时候（图b)，我们称这个状态为预夹断。

很显然，虽然说是夹断，但这里并不会真正的让通道阻断。因为当通道阻断后，ds间的电流就会消失，这时外部加的电压降也会消失，那么通道会重新生成。因而在预夹断后，甚至继续增大$U_{DS}$时，只是让越来越长的通道缩小为一个缝隙，让电阻增大，而不会完全的阻断电流。

通过上述的讲解，那么下面的特性曲线的绘制就是显而易见的事情了。

• 可变电阻区：此时的外加电压还没达到预夹断状态，曲线斜率几乎只与$U_{GS}$的大小有关。
• 恒流区：此时已经进入了预夹断状态，电流在预夹断的电阻增加和$U_{DS}$的增加双重作用下维持稳定数值，同时也显示出一个有趣的特性：即此时电流的大小，几乎只受$U_{GS}$的控制。至此，我们在场效应管中也发现了一个量控制另一个量的特性。

注意：转移特性曲线说明的是当MOS管工作在恒流区时的特性。当处于恒流区时，$I_D$与$U_{GS}$成一个函数关系：
$$
i_{\text{D}} = I_{\text{D0}} \left( \frac{u_{\text{GS}}}{U_{\text{GS(th)}}} - 1 \right)^2
$$

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1.4.1.2 N通道耗尽型MOS管

其实和增强型大差不差，只是将栅极下方的二氧化硅天生带大量正点，使之形成天然沟道。这时即使不加$U_{GS}$，也会有天然通道供人使用。当然，如果要关闭这个沟道，就需要加上反向电压。这个刚好关闭沟道的反向电压值称为夹断电压$U_{GS(off)}$。

1.4.2结型场效应管

1.4.2.1 N沟道结型场效应管

这个图不够直观，我们还是看另一个图吧：

显然，看图可以知道ds区是天然导通的。那借鉴耗尽型MOS管的思路，我们需要让PN结反偏。

通过加上反向电压$U_{GS}$，使耗尽层变宽，让沟道变小。加到一定程度后就会发生夹断，这个电压也叫夹断电压$U_{GS(off)}$。

这时，再加上工作时的$U_{DS}$，就会出现下面这种似曾相识的现象：

工作原理完全同耗尽型MOS管，只是需要注意一点区别：这里的$U_{GS}$不能大于0，因为一旦大于0，PN结就会正向导通，直接导致报废。

1.4.2.2 P沟道结型场效应管

同N沟道，这里不再赘述。

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虽然看起来完全可以用MOS管替代结型场效应管，但是结型场效应管有个优势：更加耐造。而MOS管比较娇贵，容易坏。原因出在MOS管那层很薄的二氧化硅上，感兴趣可以自行了解。

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同样，在了解完原理与特性后，为了更好的应用，应该进一步了解其参数了。

1.4.3 主要参数

• 直流参数
  • 开启电压 $U_{GS(th)}$：增强型 MOS 管的 $U_{DS}$ 为常量时，使 $i_D$ 大于零所需最小的 $|u_{GS}|$ 值。
  • 夹断电压 $U_{GS(off)}$：耗尽型 MOS 管和结型管的 $U_{DS}$ 为常量时，使 $i_D$ 等于某一微小值时的 $u_{GS}$ 值。
  • 饱和漏极电流 $I_{DSS}$：结型管 $u_{GS} = 0$ 时产生预夹断的漏极电流。
  • 直流输入电阻 $R_{GS(DC)}$：栅源电压与栅极电流之比。
• 交流参数
  • 低频跨导 $g_m$：表示栅源电压对漏极电流控制的强弱。
  • 极间电容：栅源电容 $C_{gs}$，栅漏电容 $C_{gd}$，漏源电容 $C_{ds}$。
• 极限参数
  • 最大漏极电流 $I_{DM}$：正常工作的漏极电流上限值。
  • 击穿电压：进入恒流区后使电流骤然增大的漏源击穿电压 $U_{(BR)DS}$。结型管使栅极与沟道的 PN 结反向击穿或 MOS 管使绝缘层击穿的栅源击穿电压 $U_{(BR)GS}$。
  • 最大耗散功率 $P_{DM}$：决定于管子允许的温升。