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和半导体三极管一样，场效应管的电路也有三种接法即共源极电路、
共漏极电路和共栅极电路。
1.共源极电路
共源极电路除有图16-13 所示的接法外，还可采用图16-14 所示的电路。
这种电路的栅偏压是由负电压UG经偏置电阻RG提供的。
该电路虽然简单.但R G不易取得过大.否则会在栅漏泄电流流过时产生较大的压降，使栅偏压发生变化.造成工作点的偏离。
共源极基本放大电路的主要参数，可由以下各式确定:
2. 共漏极电路(源极输出器)
共漏极电路如图16-15 所示。
该电路中除有源极电阻Rs提供的自偏压外，还有由R1和R2组成的分压器为栅极提供的固定栅偏压。
共漏极电路的输出与输入同相，可起到阻抗变换器的作用。
共漏极基本放大电路的主要参数可由以下各式确定:
3. 共栅极电路
共栅极电路如图16-16 所示。
偏置电路为自给偏置，当ID流经Rs 时产生压降ID·Rs，由于栅极接地，相当于源极电位比栅极高出一个ID·Rs值。
这种方法简单.栅极电压也会随信号自动调节，对工作点的稳定有好处C 该电路有良好的放大特性。
共栅极电路的输入电阻和输出电阻由下式确定:。
场效应管及其基本放大电路3.2.3.1 场效应管（ FET ）1.场效应管的特色场效应管出生于 20 世纪 60 年月，它主要拥有以下特色：①它几乎仅靠半导体中的多半载流子导电，故又称为单级型晶体管。
②场效应管是利用输入回路的电场效应来控制输出回路的电流，并以此命名。
③输入回路的内阻高达 107 -1012Ω；此外还拥有噪声低、热稳固性好、抗辐射能力强、耗电小，体积小、重量轻、寿命长等特色，因此宽泛地应用于各样电子电路中。
场效应管分为结型和绝缘栅型两种不一样的构造，下边分别加以介绍。
2.结型场效应管⑴结型场效应管的符号和N 沟道结型场效应管的构造结型场效应管（JFET）有 N 沟道和 P 沟道两种种类，图3-62(a) 所示为它们的符号。
N沟道结型场效应管的构造如图 3-62(b) 所示。
它在同一块 N型半导体上制作两个高混杂的P 区，并将它们连结在一同，引出电极，称为栅极 G； N 型半导体的两头分别引出两个电极，一个称为漏极 D，一个称为源极 S。
P 区与 N 区交界面形成耗尽层，漏极与源极间的非耗尽层地区称为导电沟道。
(a) 符号(b)N 沟道管的构造表示图图 3-62 结型场效应管的符号和构造表示图⑵结型场效应管的工作原理为使 N沟道结型场效应管正常工作，应在其栅 - 源之间加负向电压（即U GS0）,以保证耗尽层蒙受反向电压；在漏- 源之间加正向电压u DS , 以形成漏极电流i D。
下边经过栅-源电压 u GS和漏-源电压 u DS对导电沟道的影响，来说明管子的工作原理。
①当 u DS=0V（即D、S短路）时， u GS对导电沟道的控制作用ⅰ当 u GS=0V时，耗尽层很窄，导电沟道很宽，如图3-63(a)所示。
ⅱ当 u GS增大时，耗尽层加宽，沟道变窄（图(b) 所示），沟道电阻增大。
ⅲ当u GS增大到某一数值时，耗尽层闭合，沟道消逝（图(c) 所示） , 沟道电阻趋于无穷大，称此时u GS的值为夹断电压U GS( off )。
场效应管的作用及典型电路
一、Mosfet管的作用
Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor（MOSFET）是一种半导体多层效应管，它由三个极门构成：源极、汲极和控制极。
控制极之间有一层氧化膜，当控制极电压变化时，就可以改变这个氧化膜的电容，从而改变源极和汲极之间的电流。
MOSFET电路可以提供更高的效率，更小的尺寸和低功耗。
Mosfet管可以在电路中用来传输、放大、改变或控制电路的输出。
它是用来替代传统的开关管（BJT）的，它的操作要比传统的开关管更加灵活。
MOSFET的另一个优点是它可以将更高的电流压缩到更少的开关数量，从而使电路的整体尺寸减小，成本也更低。
二、Mosfet管的典型电路
1、放大器：MOSFET可用于单端放大电路，也可用于双端放大电路。
它通常被用来放大低频信号，例如声音信号。
2、开关：MOSFET可用于将电路的输出断开或接通。
它可以用来控制负载电流，也可以用来加快看门狗器件的超时脉冲。
3、控制：MOSFET也可以用来控制电路的输出电压或电流。
它可以被用来构建稳压器、电源稳压器或线性调整器。
4、线性应用：MOSFET有时也可以用作可调电阻，可以用来调节输出电压或电流。
三、总结
MOSFET是一种半导体多层效应管，由三个极门构成：源极、汲极和控制极。
电路中的场效应管工作原理及应用场效应管（Field Effect Transistor，简称FET）是一种常见的半导体器件，在电子电路中具有重要的应用。
本文将详细介绍场效应管的工作原理以及其在电路中的应用。
一、工作原理场效应管的工作原理基于半导体中的电子运动规律和电场效应。
它由三个主要部分组成：栅极（Gate）、漏极（Drain）和源极（Source）。
其中栅极与源极之间的跨导区域是场效应管的关键部分。
场效应管有两种主要类型：增强型（Enhancement Mode）和耗尽型（Depletion Mode）。
在增强型场效应管中，没有外加电压时，栅极和漏极之间的导电通道是关闭的。
通过施加正向电压于栅极和源极之间，电子会受到栅极电压的影响，使导电通道打开，从而形成从源极到漏极的电流。
而在耗尽型场效应管中，刚好相反，栅极、漏极和源极之间的导电通道在无电压施加时是打开的，通过施加负向电压可减小或关闭导电通道。
二、应用领域场效应管在电子电路中有广泛的应用。
以下列举了几个重要的应用领域：1. 放大器场效应管在放大器电路中扮演着重要的角色。
由于场效应管的高输入阻抗和低输出阻抗特性，它可以用作信号放大器的关键部件。
并且，由于场效应管具有较大的电流放大倍数，能够实现较高的增益。
2. 开关由于场效应管在导通和截止之间具有快速的响应速度，因此被广泛应用于开关电路中。
通过控制栅极与源极之间的电压，可以控制场效应管的导通状态。
这使得场效应管在逻辑门电路和数字电路中被广泛使用，以实现高速开关操作。
3. 变压器耦合放大器场效应管也经常被用于通信系统中的变压器耦合放大器。
这是因为场效应管具有较高的输入阻抗，可以有效地匹配变压器的输入阻抗。
通过场效应管的放大作用，可以将低频信号转换为高频信号，实现信号的放大和传输。
4. 混频器混频器是无线通信系统中常用的组件，用于实现信号的频率转换。
场效应管的非线性特性使其成为混频器电路的理想选择。
第4章场效应管及其电路本章要点●MOS管的原理、特性和主要参数●结型场效应管原理、特性及主要参数●场效应管放大电路的组成与原理本章难点●MOS管的原理和转移特性及主要参数●场效应管的微变等效电路法场效应管(FET)是一种电压控制器件，它是利用输入电压产生电场效应来控制输出电流的。
它具有输入电阻高、噪声低、热稳定性好、耗电省等优点，目前已被广泛应用于各种电子电路中。
场效应管按其结构不同分为结型(JFET)和绝缘栅型(IGFET)两种，其中绝缘栅型场效应管由于其制造工艺简单，便于大规模集成，因此应用更为广泛。
4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)绝缘栅型场效应管简称MOS管，由于其内部由金属—氧化物—半导体三种材料制成，可分为增强型和耗尽型两大类，每一类中又有N沟道和P沟道之分。
下面主要讨论N沟道增强型MOS管的工作原理，其余三种仅做简要介绍。
4.1.1 N沟道增强型场效应管(NMOS管)1．结构N沟道增强型MOS管的结构如图4-1(a)所示。
它是在一块掺杂浓度较低的P型硅片(称为衬底)上，通过扩散工艺形成两个高掺杂的N+区，通过金属铝引出两个电极分别作为源极S和漏极D，再在半导体表面覆盖一层二氧化硅绝缘层，在源漏极之间的绝缘层上制作一铝电极，作为栅极G，另外从衬底引出衬底引线B(工作时通常与源极S接在一起)。
在两个N+区之间的半导体区，是载流子从源极S流向漏极D的通道，把它称为导电沟道。
由于栅极与导电沟道之间被二氧化硅所绝缘，故将此类场效应管称为绝缘栅型。
图4-1(b)是N沟道增强型MOS管的符号，其中箭头方向是由P(衬底)指向N(沟道)，由此可判断沟道类型。
符号中的三条断续线表示GS0 =U不存在导电沟道，它是判断增强型MOS管的特殊标志。
(a)结构示意图 (b)电路符号图4-1 N 沟道增强型MOS 管2．工作原理工作时，N 沟道增强型MOS 管的栅源电压GS u 和漏源电压DS u 均为正向电压，如图4-2所示。
图4-2 N 沟道增强型MOS 管工作原理(1) 栅源电压GS 0=u 时的情况此时，漏源之间为一条由半导体N-P-N 组成的两个反向串联的PN 结，因此即使加入漏源电压DS u ，因无导电沟道形成，漏极电流D 0=i ，如图4-2(a)所示。
(2) 栅源电压GS 0>u ，漏源电压DS 0=u 时的情况由于源极与衬底相连，所以从栅极经绝缘层到衬底间形成了垂直于半导体表面的电场。
该电场排斥P 衬底的多子(空穴)，同时吸引其中的少子(电子)，当栅源间的正电压达到某一数值后，在P 衬底靠近栅极的表面就会形成以自由电子为主体(即N 型半导体)的导电薄层。
这种由P 型半导体转化成的N 型薄层，被称为反型层。
反型层使漏源之间形成一条由半导体N-N-N 组成的导电沟道，如图4-2(b)所示。
若此时加入漏源电压DS u ，就会有漏极电流D i 产生。
我们把开始出现漏极电流D i 时的栅源电压GS u 称作开启电压，用T U表示。
栅源电压大于T U 后，GS u 越大，垂直电场就越强，反型层越厚，导电沟道的断面就越宽，加上漏源电压DS u 后形成的电流D i 就越大，体现出“增强型”的含义。
由此可以看出，通过改变GS u 的大小，能够起到控制输出电流D i 的目的。
3．特性曲线(1) 转移特性曲线转移特性曲线是指增强型NMOS 管在漏源电压DS u 一定时，输出电流D i 与输入电压GS u 的关系曲线，即D GS DS ()i f u u ==常数它表示在某一固定的DS u 下，输入电压GS u 对输出电流D i 的控制特性，图4-3(a)所示的为DS 10V ＝u 的一条转移特性曲线，曲线上D 0＝i 处的GS u 值就是开启电压T U 。
转移特性曲线的表达式为2GS D DO T 1u i I U ⎛⎫= ⎪⎝⎭- (GS T >u U ) (4-1)式中，DO I 是GST 2=u U 时的D i 值, T U 为开启电压。
(2) 输出特性曲线输出特性是指增强型NMOS 管在栅源电压GS u 一定时，输出电流D i 与漏源电压DS u 的关系曲线，即D DS GS ()i f u u ==常数如图4-3(b)所示，下面参照输出特性曲线，简单分析DS u 对D i 的影响情况。
图4-3 N 沟道增强型MOS 管特性曲线在正向电压DS u 的作用下，D i 自漏极流至源极，于是在导电沟道上就产生了压降，使得沟道上各点与栅极间的电压不再相等，靠近漏极附近的电压GD u 小于源极附近的电压GS u 。
漏极附近的电场减弱，反型层变薄，导电沟道呈楔形，如图4-4所示。
若DS u 值较小，沟道形状变化不大，D i 与DS u 成线性关系，若DS u 再继续增大，漏极附近的沟道将变得更薄，直至GD T =u U 时沟道被夹断，此后随着DS u 的增大，夹断区向源极方向延伸，漏极电流D i 趋于饱和。
图4-4 NMOS 管DS u 对D i 的影响情况4.1.2 P 沟道增强型场效应管(PMOS 管)P 沟道增强型MOS 管和N 沟道增强型MOS 管的主要区别在于作为衬底的半导体材料的类型不同，P 沟道增强型MOS 管以N 型硅作为衬底，另外，漏极和源极是从P +引出，反型层为P 型，对应的导电沟道也为P 型结构，其符号如图4-5所示。
图4-5 P 沟道增强型MOS 管电路符号在工作过程中，P 沟道增强型MOS 管的GS u 、DS u 的极性与N 沟道增强型MOS 管相反，均为负值，因此其开启电压T U 值也为负。
至于P 沟道增强型MOS 管的工作过程与N 沟道增强型MOS 管大体相同，这里不再赘述。
另外，在实际应用中，常常将P 沟道增强型MOS 管和N 沟道增强型MOS 管结合起来使用，称为CMOS ，也可称为互补MOS 。
由CMOS 构成的电路在功耗、抗干扰能力方面都优于由晶体管构成的电路，同时它还具有结构简单，便于大规模集成、制造费用较低等特点。
因此由CMOS 构成的集成逻辑电路越来越得到广泛应用。
4.1.3 N 沟道耗尽型场效应管N 沟道耗尽型MOS 管在制造时，在二氧化硅绝缘层中预先掺入了大量的正离子。
因而即使GS 0＝u ，P 衬底表面也可感应出较多的自由电子，形成反型层，建立起导电沟道，其结构如图4-6(a)所示。
我们将GS 0＝u 时有导电沟道存在的场效应管通称为耗尽型场效应管，符号中导电沟道用实线表示，如图4-6(b)。
此时若接入正向的DS u ，就会有漏极电流D i (即饱和漏极电流DSS I )产生；当GS 0>u 时，垂直电场增强，沟道变宽，电流D i 增大；当GS 0<u ，垂直电场削弱，沟道变窄，D i 减小；当GS P =u U (夹断电压)时，导电沟道消失，D 0＝i (耗尽)。
(a)结构示意图 (b)电路符号图4-6 N 沟道耗尽型MOS 管N 沟道耗尽型MOS 管其漏极电流D i 和栅源电压GS u 之间的关系表达式为2GS D DSS P 1u i I U ⎛⎫= ⎪⎝⎭- (4-2)式中DSS I 为饱和漏极电流，P U 为夹断电压。
4.1.4 P 沟道耗尽型场效应管P 沟道耗尽型MOS 管除了漏极、源极和衬底的半导体材料类型与N 沟道耗尽型MOS管的对偶外，还有一个明显的区别就是在二氧化硅绝缘层中掺入的是负离子，其符号如 图4-7所示。
图4-7 P 沟道耗尽型MOS 管电路符号4.2 结型场效应管(JFET)4.2.1 结型场效应管的结构结型场效应管的电极也是漏极D 、源极S 和栅极G ，与绝缘栅型场效应管不同的是漏极D 和源极S 通常可以对调使用。
结型场效应管也可分为N 沟道和P 沟道两种，可以通过符号中箭头的方向来加以区分。
JFET 结构示意图和符号如图4-8所示。
(a)结构示意图 (b)电路符号图4-8 结型场效应管4.2.2 结型场效应管的工作原理N 沟道和P 沟道JFET 的工作原理相同，下面以N 沟道结型场效应管为例进行说明。
为便于进一步说明GS u 对导电沟道的影响，先假设DS 0=u 。
当GS 0=u 时，如图4-9 (a)所示，场效应管两侧的PN 结均处于零偏置，因此耗尽层很薄，中间的导电沟道最宽，沟道等效电阻最小。
当GS 0<u 时，在GS u 作用下，场效应管两侧的耗尽层加宽，相应的中间导电沟道变窄，沟道等效电阻增大，如图4-9(b)所示。
当GS u 的反偏值增大到某一值时，场效应管两侧的耗尽层相接，导电沟道消失，这种现象称为夹断，如图4-9(c)所示，发生夹断时的栅源电压即为夹断电压P U 。
此时，沟道等效电阻趋于无穷大，即使加入DS u ，漏极电流D i 依然为零。
假设在漏源间加入电压DS u ，当GS u 变化时，沟道中流过的电流D i 将因沟道电阻的变化而变化。
图4-9 0=DS u 时，GS u 对导电沟道的影响4.2.3 特性曲线1．输出特性曲线图4-10(a)就是N 沟道结型场效应管的输出特性曲线，由图可见，其工作状态分为四个区域。
图4-10 N 沟道JFET 特性曲线(1) 可变电阻区DS u 较小，场效应管尚未出现预夹断的区域。
该工作区的特点是：D i 与DS u 近似成线性关系，改变GS u 曲线斜率就发生变化。
因此，工作在该区的场效应管可以看作是一个受栅源电压GS u 控制的可变电阻，即压控电阻。
(2) 恒流区DS u 较大超过P U ，输出特性曲线趋于水平的区域。
在这一区域内，D i 与DS u 无关，只受GS u 控制，是一个受电压控制的电流源。
场效应管作为放大器件应用时，均工作在这一区域，所以又称为放大区。
(3) 击穿区DS u 值很大，超过漏源击穿电压(BR)DS U ，漏极电流D i 迅速上升，对应输出特性曲线上翘的部分。
击穿后场效应管不能正常工作，甚至很快烧毁，因此，不允许场效应管工作在此区域。
(4) 截止区输出特性曲线靠近横轴，漏极电流D 0≈i 的区域。
此时GS P U U ≤，导电沟道被完全夹断，故也被称为夹断区。
2．转移特性曲线N 沟道JFET 转移特性曲线如图4-10(b)所示，在转移特性曲线上，GS 0=u 处的D D S S =i I ，而D 0=i 处的GS P =u U 。
在恒流区，D i 与GS u 之间的关系可近似表示为2GS D DSS P 1u i I U ⎛⎫= ⎪⎝⎭-条件为：P DS (BR)DS U u U -≤≤，P GS 0U u ≤≤各种场效应管的符号、电压极性以及特性曲线归纳于表4-1，可供选用时参考。
表4-1 各种场效应管的符号、电压极性以及特性曲线的比较4.2.4 场效应管的主要参数及使用注意事项1．场效应管的主要参数 (1) 夹断电压P U为耗尽型管子(含结型)的参数，是指DS u 为某一定值而D i 减小到某一微小值时的GSu 值。
