MOS场效应管原理场效应管是另一种半导体器件，工作原理与三极管有很大区别。场效应管是电压控制电流的器件，工作时不从前级电路取电流，因此，场效应管电路的输入电阻高。另外，场效应管的制作工艺简单，功率损耗小，在集成电路中有广泛应用。场效应管容易受静电击穿而损坏，使用时要注意保护。场效应管有两种：一种称为结型场效应管；另一种是绝缘栅型场效应管，又称MOS管。下面分别简要介绍它们的结构和工作原理。1.6.1三极管的电路模型1．工作原理根据导电沟道的不同，结场效应管分成N沟道结型场效应管和P沟道结型场效应管，下面仅以N沟道结型场效应管为例说明其工作原理。场效应管是一种载流子导电，这是与三极管的根本区别，有时将三极管称为双极型晶体管。（1）N沟道场结型效应管的结构和工作原理如下图所示，在一块N型半导体上分别制作出两个P型区，分别引出电极。三个电极分别称为栅极（G）、源极（S）和漏极（D）。在两种半导体的交界面处会形成PN结（PN结‐‐采用不同的掺杂工艺,将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上,在它们的交界面就形成空间电荷区称PN结。PN结具有单向导电性。），PN结的耗尽区内没有载流子（载流子包括自由电子和空穴‐‐‐‐‐共价键中的一些价电子由于热运动获得一些能量，从而摆脱共价键的约束成为自由电子，同时在共价键上留下空位，我们称这些空位为空穴）。使用时D‐S间加正电压，G‐S间加负电压。对于一定的uGS值，uDS的存在使得耗尽区的形状上下不对称，上部较宽而下部较窄。但是只要较宽的部分没有相接触，从D到S之间就有导电沟道存在，从D到S相当于有一个非线性电阻（电阻两端的电压与通过它的电流成正比，其伏安特性曲线为直线这类电阻称为线性电阻，其电阻值为常数；反之，电阻两端的电压与通过它的电流不是线性关系称为非线性电阻，其电阻值不是常数）。当uDS增加到一定值时，上部两边的PN结相互接触，称为予夹断。予夹断后D‐S间的电流由下部没有夹断部分导电沟道的载流子形成，基本不随uDS的增加而增加，呈现恒流特性，参考图1‐34。此恒流电流受uGS值控制，uGS反向电压uGS越小，iD越大。如果栅极反向电压增大，两边耗尽区的接触部分增加，当uGS达到一定值时，两边的PN结全部交叠，导电沟道被全部夹断，iD＝0，相当于三极管的截止。如图1‐35所示。.6.1三极管的电路模型（2）P沟道场结型效应管的结构P沟道场结型效应管的结构与N沟道结型场效应管的结构类似，但导电沟道是P型半导体，两侧是N型半导体。其结构和符号见图1‐36。使用时G‐S间加正电压，D‐S间加负电压，因此iD＜0。其工作原理与N沟道结型场效应管相同，这里不再赘述。2．特性曲线（1）转移特性曲线三极管是电流控制电流的器件，通过它的输入特性和输出特性来描述它的性能。而场效应管是电压控制电流的器件，由于栅极没有输入电流，讨论其输入特性就没有意义了。这里用转移特性来描述管子的输入和输出之间的控制关系，所谓转移特性，是指在一定的漏极电压uDS的情况下，栅极电压uGS对漏极电流iD的控制特性。图1‐37是N沟道结型场效应管的转移特性曲线。图1‐37中，对应于iD＝0的电压VP称为夹断电压；当uDS＝0时的漏极电流称为饱和漏极电流IDSS，当栅极电压从0～VP间变化时可以控制电流iD。当uDS变化时，转移特性移动，形成一簇曲线，但是当uDS达到一定值后（比如5V），特性曲线基本重合。在电路中uDS一般会大于这个值，这是可以认为特性曲线重合成一条曲线，可以简化分析。为了说明栅‐源电压对漏极电流的控制能力，定义跨导gm：（1‐21）（2）输出特性曲线场效应管的输出特性是指在栅极电压一定的情况下，漏极电流iD与漏‐源电压uDS之间的关系，如图1‐38所示场效应管的输出特性曲线也分成三个区：恒流区、夹断区和可变电阻区。当导电沟道予夹断后，呈现恒流特性，处于恒流区。当栅极电压达到一定的值时，导电沟道被两边的空间电荷区夹断，漏极电流很小，处于夹断区。当栅源电压很小，两边的空间电荷区没有接触时，处于可变电阻区。放大电路中的场效应管应该处于恒流区，只有处于恒流区，栅极电压才对漏极电流有控制作用。1.6.2绝缘栅型场效应管1．增强型N沟道MOS场效应管结型场效应管虽然输入电阻很高，但是在有些应用场合下还不够高。在温度较高时，栅源电阻会明显减小。在栅源间的PN结正偏时会出现很大的栅极电流。另外其制作工艺较复杂，大规模集成较困难。绝缘栅型场效应管很好地解决了上述问题。二者导电机理不同，结型场效应管利用控制导电沟道的宽窄来控制电流；而绝缘栅型场效应管利用感应出的电荷多少来控制