三极管的放大作用是利用基极电流控制集电极电流来实现的，属于电流控制器件。六十年代初，研制出了用电场效应控制固体材料导电能力以实现放大作用的半导体器件——场效应管。它的输入电阻很高，输入电流趋近于零，几乎不向信号源吸取电流，是放大电路中理想的前置输入器件。它还具有体积小、重量轻、噪声低、耗电省、热稳定性好、制造工艺简单、易于集成化等优点，所以得到广泛应用。
场效应管也由PN结组成，按结构不同可分为结型和绝缘栅两种。本节将讨论它们的导电类型、特性、放大作用及由它组成的基本放大电路。
一、结型场效应管
1） 外型与分类
结型场效应管外形如图1所示。与三极管相比，它也有三个电极，分别称为漏极（用D表示）、栅极（用G表示）、源极（用S表示）。它们分别与三极管的集电极c、基极b、发射极e相对应。不同的是场效应管的D极和S极可交换使用，而三极管的c极与e极则不能。
三极管因导电类型不同分为NPN型和PNP型两大类，场效应管也因导电类型不同分为N沟道和P沟道两大类。在电路符号中用栅极G箭头方向不同以示区别，如图2所示。下面以N沟道场效应管为例进行分析。对于P沟道的管子，只需将相应的电压电流方向改变即可。
图1 结型场效应管
2） 伏安特性曲线
a. 转移特性曲线
与三极管输入特性曲线相似，场效应管的输入特性表示了漏极电流ID受栅源电压VGS的控制关系。这种漏极电流随栅源电压变化的关系曲线称为转移特性曲线。
图3所示为结型场效应管转移特性曲线。当VDS为确定值时，设VGS由零向负值方向变化，ID将减小。到VGS=VP时，ID=0，导电沟道被夹断。图中当VGS=0时，ID最大，此时ID=IDSS称为场效应管的饱和电流。从该图还可以看出，结型场效应管转移特性曲线有如下特点。
图2 结型场效应管符号 图3 结型场效应管转移特性曲线
（a）N沟通 （b）P沟通
① 曲线是非线性的，说明场效应管亦为非线性器件。
② 曲线位于纵轴左侧，标明栅源之间只能加负电压，即VGS≤0才能使管子正常工作。
b. 输出特性曲线
输出特性曲线又称漏极特性曲线，它是VGS为确定值时，ID随VDS变化的关系曲线。每对应一个VGS确定值，就得到一条ID-VDS曲线，由此形成输出特性曲线族，如图4所示。从图中可以看出，该曲线具备如下特点。
栅源电压VGS改变时，曲线形状基本不变，但随着栅源电压绝对值的增加，曲线将向下方移动。可以看出，VGS越负，管子漏极电流ID越小。
每条曲线都有上升段、平直段和再次上升段，由此决定了由它们组成的输出特性曲线族存在着工作状态不同的三个区域。
ü 可变电阻区（即I区）
由各条曲线从零开始上升段组成，在这个区域，ID随VDS的增大呈线性增长，形成曲线的直线上升部分，VDS越大，导电沟道电阻越小，所以称为可变电阻区。
ü 放大区（即II区）
由各条曲线平直部分组成。在这个区域，ID只随VGS的增大而增大。VGS每增大到一个确定值，就对应一条幅度更高的ID曲线。但ID几乎不随VDS变化，形成一组近乎平行于VDS轴的曲线。所以又称为恒流区或饱和区。这正是场效应管具有放大作用的区域。可以看出，与三极管一样，工作在这个区域的场效应管亦具有恒流特性。
ü 击穿区（即III区）
由各条内线再次上升段组成。在这个区域，PN结被反向击穿，ID急剧上升，使管子不能正常工作，甚至被烧毁。
3） 放大作用
因场效应管是电压控制器件，它的放大作用也是指电压放大作用。在图5中，将可调栅源电压加在G、S之间，由于VGS的变化，必然引起ID变化。只要漏极电阻RD选得合适，即可在其上获得被放大的电压变化量。如在图4中，当VDS=10V时，设VGS由OV变到-1V,△VGS=（-1）-0=-1（V），而△ID=2-5=-3（mA），使ID在RD上产生的电压降为-3×5.1=-15.3（V）。该列表明，当栅源电压VGS变化1V时，将引起漏极电阻RD上电压变化-15.3V，即将输入电压放大了15.3倍。
图4 结型场效应管输出特性曲线
从上面分析可以看出，使场效应管具备放大作用应满足如下两个条件：一是必须工作在放大区，这与三极管类似，二是必须选择合适的RD。如果上例中RD小于0.33kΩ,RD上的电压变化量将小于VGS变化量而失去放大作用。
二、绝缘栅场效应管
结型场效应管的输入电阻是PN结的反向电阻，可达108Ω，加上反向电压时，还存在微弱的反向电流。为进一步提高其输入电阻，人们研制出了一种栅极与漏、源极完全绝缘的场效应管称绝缘栅场效应管，其输入电阻在1012Ω以上。它也有N沟道和P沟道两大类，每一类中又分有增强型和耗尽型两种，因N沟道与P沟道工作方式和原理相同，只是电压极性相反，下面仍以N沟道为例进行讨论。
1）分类与符号
四种绝缘栅场效应管符号如图6所示。图中除漏极D、栅极G和源极S以外，还加有衬底，它是因管子生产工艺需要而设置的。在使用中总是在管子内部或外部将衬底与源极短路，不影响使用。图中栅极与沟道不相接触，表示绝缘。箭头指向内为N沟道，指向外为P沟道。沟道用虚线为增强型，用实线为耗尽型。这类场效应管由金属（电极）、氧化物（绝缘层）、和半导体组成。技术上用“M”表示金属，“0”表示氧化物，“S”表示半导体。所以又叫MOS场效应管。N沟道称NMOS管，P沟道PMOS管。
（c）耗尽型N沟道 （d）耗尽型P沟道
2） 特性曲线
a. N沟道增强型MOS管特性曲线
ü 转移特性
NMOS管转移特性曲线如图7所示。该曲线位于坐标纵轴右侧，说明VGS必须大于零才能使管子正常工作。同时还可看出，VGS＜VT时，漏极电流ID极小，相当于三极管输入特性曲线死区。只有当VGS＞VT时，ID才受VGS控制且随VGS的增加而急剧增大。VT称为NMOS管开启电压。
ü 输出特性
增强型NMOS管输出特性与结型场效应管相似，每取一个VGS的确定值，就有一条ID-VDS曲线与之对应，形成输出特性曲线族，如图8所示。鉴于该图所示管子VT=+2V，只有在VGS≥+2V，才有明显的漏极电流ID。该曲线族仍然分有可变电阻区、放大区和击穿区三个区域，读者可参照结型场效应管输出特性曲线族的三个区域理解。
b. N沟道耗尽型MOS管特性曲线
ü 转移特性曲线
耗尽型NMOS管转移特性曲线如图9（a）所示。曲线形状与结型场效应管类似。区别在于它的VGS不仅可取负值，取正值和零均能正常工作，所以使用较灵活。
ü 输出特性曲线
耗尽型NMOS管输出特性曲线及曲线族如图9（b）所示。它与结型场效应管的输出特性曲线类似。不同的是曲线不只是VGS为OV或负值的范围，同样可在VGS为正值的范围。
三、场效应管的主要参数
1． 夹断电压VP 在漏源电压VDS为某一确定值时，对于结型和耗尽型绝缘栅场效应管的ID小到近于零时的VGS值。
2． 开启电压VT， 当VDS为某一确定值时，增强型MOS管开始导通（ID达到某一值）时的VGS值。
3． 饱和漏极电流IDSS 对于结型和耗尽型绝缘栅场效应管，当VGS=0，且VDS＞│VP│时的漏极电流。即管子用作放大时的最大输出电流。它反映了零偏压时原始沟道导电能力。
4． 直流输入电阻RGS 指栅源之间的直流输入电阻，即为加在栅源之间的直流电压VGS与所引起的直流电流IG之比。
5． 最大漏源电压V（BR）DS （漏源击穿电压）指漏极和源极开始雪崩击穿，ID从恒流值急剧增加时VDS值。
6． 最大栅源电压V（BR）GS （栅源击穿电压）指对结型场效应管和绝缘栅场效应管来说，栅、源间PN结反向饱和电流急剧增加时的VGS值。
7． 最大漏极耗散功率PDM 指管子正常工作时允许耗散的最大功率。漏极电压与漏极电流的乘积不应超过此值。
8． 跨导gm VDS为定值时，漏极电流变化量△ID与引起这个变化的栅、源电压变化量△VGS之比，定义为跨导，即
该参数是表示栅源电压对漏极电流控制能力的重要参数。
四、场效应管的特点
场效应管与三极管相比具有如下特点。第一，其控制方式是电压控制；第二，其放大参数是跨导gm,gm一般在1000～5000µA/V之间；第三，其输入电阻大，一般在107～1015Ω之间；第四，它工作时噪声小、热稳定性好、抗辐射能力强；第五，其制造工艺简单、成本低。
资料整理周英刚
