场效应管工作原理这是该装置的核心，在介绍该部分工作原理之前，先简单解释一下MOS 场效应管的工作原理。

MOS 场效应管也被称为MOS FET，既Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor （金属氧化物半导体场效应管）的缩写。

它一般有耗尽型和增强型两种。

本文使用的为增强型MOS场效应管，其内部结构见图5。

它可分为NPN型PNP型。

NPN型通常称为N沟道型，PNP型也叫P 沟道型。

由图可看出，对于N沟道的场效应管其源极和漏极接在N 型半导体上，同样对于P沟道的场效应管其源极和漏极则接在P 型半导体上。

我们知道一般三极管是由输入的电流控制输出的电流。

但对于场效应管，其输出电流是由输入的电压（或称电场）控制，可以认为输入电流极小或没有输入电流，这使得该器件有很高的输入阻抗，同时这也是我们称之为场效应管的原因。

为解释MOS场效应管的工作原理，我们先了解一下仅含有一个P 饱和漏源电流。

是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中，栅极电压U GS=0时的漏源电流。

2、UP 开启电压。

是指增强型绝缘栅场效管中，使漏源间刚导通时的栅极电压。

4、gM 对漏极电流I D的控制能力，即漏极电流I D变化量与栅源电压UGS变化量的比值。

gM 是衡量场效应管放大能力的重要参数。

5、BUDS 最大耗散功率。

也是一项极限参数，是指场效应管性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率。

使用时，场效应管实际功耗应小于PDSM并留有一定余量。

7、IDSM UGS=0时的漏极电流。

UP —夹断电压，使ID=0对应的UGS的值。

P沟道场效应管的工作原理与N沟道类似。

我们不再讨论。

下面我们看一下各类绝缘栅场效应管(MOS场效应管)在电路中的符号。

§3 场效应管的主要参数场效应管主要参数包括直流参数、交流参数、极限参数三部分。

一、直流参数1、饱合漏极电流IDSSIDSS是耗尽型和结型场效应管的一个重要参数。

定义：当栅、源极之间的电压UGS=0，而漏、源极之间的电压UDS大于夹断电压UP时对应的漏极电流。

2、夹断电压UPUP也是耗尽型和结型场效应管的重要参数。

定义：当UDS一定时，使ID减小到某一个微小电流(如1μA，50μA)时所需UGS的值。

3、开启电压UTUT是增强型场效应管的重要参数。

定义：当UDS一定时，漏极电流ID达到某一数值(如10μA)时所需加的UGS 值。

4、直流输入电阻RGSRGS是栅、源之间所加电压与产生的栅极电流之比，由于栅极几乎不索取电流，因此输入电阻很高，结型为106Ω以上，MOS管可达1010Ω以上。

二、交流参数1、低频跨导gm此参数是描述栅、源电压UGS对漏极电流的控制作用，它的定义是当UDS一定时，ID与UGS的变化量之比，即跨导gm的单位是mA/V。

它的值可由转移特性或输出特性求得。

在转移特性上工作点Q外切线的斜率即是gm。

或由输出特性看，在工作点处作一条垂直横坐标的直线(表示UDS=常数)，在Q点上下取一个较小的栅、源电压变化量ΔUGS，然后从纵坐标上找到相应的漏极电流的变化量ΔID/ΔUGS，则gm=ΔID/ΔUGS。

此外。

对结型场效应管，可由求得只要将工作点处的UGS值代入就可求得gm2、极间电容场效应管三个极间的电容。

包括CGS、CGD和CDS。

这些极间电容愈小，则管子的高频性能愈好。

一般为几个pF。

三、极限参数1、漏极最大允许耗散功率PDmPDm=IDUDS2、漏源间击穿电压BUDS在场效应管输出特性曲线上，当漏极电流ID急剧上升产生雪崩击穿时的UDS。

工作时，外加在漏极、源极之间的电压不得超过此值。

3、栅源间击穿电压BUGS结型场效应管正常工作时，栅、源之间的PN结处于反向偏置状态，若UGS过高，PN结将被击穿。

对于MOS管，栅源极击穿后不能恢复，因为栅极与沟道间的SiO2被击穿属破坏性击穿。

§4 场效应管的特点场效应管具有放大作用，可以组成各种放大电路，它与双极性三极管相比，具有以下几个特点：1、场效应管是一种电压控制器件通过UGS来控制ID。

而双极性三极管是电流控制器件，通过IB来控制IC。

2、场效应管输入端几乎没有电流场效应管工作时，栅、源极之间的PN结处于反向偏置状态，输入端几乎没有电流。

所以其直流输入电阻和交流输入电阻都非常高。

而双极性三极管，发射结始终处于正向偏置，总是存在输入电流，故b、e极间的输入电阻较小。

3、场效应管利用多子导电由于场效应管是利用多数载流子导电的，因此，与双极性三极管相比，具有噪声小、受幅射的影响小、热稳定性好而且存在零温度系数工作点等特性。

4、场效应管的源漏极有时可以互换使用由于场效应管的结构对称，有时漏极和源极可以互换使用，而各项指标基本上不受影响。

因此使用时比较方便、灵活对于有的绝缘栅场效应管，制造时源极已和衬底连在一起，则源极和漏极不能互换。

5、场效应管的制造工艺简单，便于大规模集成每个MOS场效应管在硅片上所占的面积只有双极性三极管的5%，因此集成度更高。

6、MOS管输入电阻高，栅源极容易被静电击穿MOS场效应管的输入电阻可高达1015Ω，因此，由外界静电感应所产生的电荷不易泄漏。

而栅极上的SiO2绝缘层双很薄，这将在栅极上产生很高的电场强度，以致引起绝缘层击穿而损坏管子。

7、场效应管的跨导较小组成放大电路时，在相同负载电阻下，电压放大倍数比双极性三极管低。

§5 场效应管放大电路根据前面讲的场效应管的结构和工作原理，和双极性三极管比较可知，场效应管具有放大作用，它的三个极和双极性三极管的三个极存在着对应关系即：G(栅极)→b(基极) S(源极)→e(发射极) D(漏极)→c(集电极)所以根据双极性三极管放大电路，可组成相应的场效应管放大电路。

但由于两种放大器件各自的特点，故不能将双极性三极管放大电路的三极管简单地用场效应管取代，组成场效应管放大电路。

双极性三极管是电流控制器件，组成放大电路时，应给双极性三极管设置偏置偏流，而场效应管是电压控制器件，故组成放大电路时，应给场效应管设置偏压，保证放大电路具有合适的工作点，避免输出波形产生严重的非线性失真。

一、静态工作点与偏置电路由于场效应管种类较多，故采用的偏置电路，其电压极性必须考虑。

下面以N沟道为例进行讨论。

N沟道的结型场效应管只能工作在UGS<0的区域，MOS管又分为耗尽型和增强型，增强型工作在UGS>0，而耗尽型工作在UGS<0。

1、1、自给偏压偏置电路右图给出的是一种称为自给偏压电路的偏置电路，它适用于结型场效应管或耗尽型场效应管。

它依靠漏极电流ID在Re上的电压降提供栅极偏压。

即UGS=–IDRS同样，在RS上要并联一个足够大的旁路电容。

由场效应管的工作原理我们知道ID是随UGS变化的，而现在UGS又取决于ID的大小，怎么确定静态工作点的ID和UGS的值呢？一般可采用两种方法：图解法和计算法。

⑴图解法首先，作直流负载线，由漏极回路写出方程UDS=UDD－ID(RD+RS)由此在输出特性曲线上做出直流负载线AB，将此直流负载线逐点转到uGS～iD坐标，得到对应直流负载线的转移特性曲线CD，再由UGS=–IDRS在转移特性坐标中作另一条直线，两线的交点即为Q点。

⑵计算法【例】电路如上页图，场效应管为3DJG，其输出特性曲线如下图所示，已知RD=2kΩ，RS=1、2kΩ，UDD=15V，试用图解法确定该放大器的静态工作点。

解：写出输出回路的电压电流方程，即直流负载线方程。

UDS=UDD－ID(RD+RS)设 UDS=0V时ID=0mA时在输出特性图上将上述两点相连得直流负载线。

再根据上述直流负载线与输出特性曲线簇的交点，转移到uGS～iD坐标系中，画出相应于该直流负载线的转移特性曲线。

在转移特性曲线上，做出UGS=–IDRS的曲线。

它在uGS～iD坐标系中是一条直线，找出两点即可。

令 ID=0 UGS=0ID=3mA UGS=3、6V连接这两点，在uGS～iD坐标系中得一直线，此直线与转移特性曲线的交点即为Q点，对应Q点的值为：ID=2、5mA UGS=–3V UDS=7V2、分压式偏置电路分压式偏置电路也是一种常用的偏置电路，该种电路适用于所有类型的场效应管，如下图所示，为了不使分压电阻R1、R2对放大电路的输入电阻影响太大，故通过RG与栅极相连。

该电路栅、源电压为：⑴图解法同上，不过ID=0，UGS不等于0，而为⑵计算法联立解下面方程组：【例】试计算上图的静态工作点。

已知R1=50kΩ，R2=150kΩ，RG=1MΩ，RD=RS=10kΩ，RL=1MΩ，CS=100μF，UDD=20V，场效应管为3DJF，其Up=–5V，IDSS=1mA。

解：即将UGS代入ID式得：漏极对地电压为：UD=UDD–IDRD=20–0、61×10=13、9V二、场效应管的微变等效电路由于场效应管输入端不取电流，输入电阻极大，故输入端可视为开路。

场效应管仅存在如下关系：rD很大，可以认为开路。

根据电路方程可画出等效电路如右上图所示。

三、共源极放大电路放大电路和微变等效电路如下图与示。

场效应管放大电路的动态分析同双极性三极管，也是求电压放大倍数Au、输入电阻ri和输出电阻ro。

1、电压放大倍数根据电压放大倍数的定义由等效电路可得：再找出Uo和Ui的关系，即Ugs和Ui的关系，从等效电路可得：Ui=Ugs所以：2、输入电阻3、输出电阻四、共漏极放大器(源极输出器)电路和等效电路如下图所示。

同样求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。

1、电压放大倍数根据电压放大倍数的定义从等效电路可得：又有 Ui=Ugs+Uo Ugs=Ui – Uo2、输入电阻ri=RG3、输出电阻根据求输出电阻的方法，令：Us=0，并在输出端加一信号U2如下图所示则：【例】计算下面电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。

电路参数为：R1=50kΩ，R2=150kΩ，RG=1MΩ，RD=RS=10kΩ，RL=1MΩ，CS=100μF，UDD=20V，场效应管为3DJF，其Up=–5V，IDSS=1mA，。