场效应管的工作原理

早期的电子电路都以真空管来完成。真空管最大的特点是输入阻抗很高，后级不会影响到前级的动作，且没有不稳定或补修的问题，故设计上较为简单。随后又发展双极性三极管来取代真空管，但是，双极性三极管(就是普通三极管)的输入阻抗低，且有工作不稳定及需要补偿之缺点，致使电路特性稳定差产生许多困扰。本章所谈的场效应晶体管(FET)就没有传统双极性三极管的这些缺点。
场效应管(FET)的电流仅由多效载子所决定，P通道为电洞流，N通道为电子流，所以场效应三极管也称为单极性三极管。FET乃是利用输入电压(Vgs)来控制输出电流(Id)的大小。所以场效应三极管是属于电压控制元件。它有两种类型，一是结型（接面型场效应管）(JFET)，一是金氧半场效应三极管，简称MOSFET，MOSFET又可分为增强型与耗尽型两种。
图1即为各种FET之电路符号。

                                      N-JFET与P-JFET                                                       增强型N-MOS与P-MOS

                                                                                                 图1

                      图2 耗尽型N-MOS与P-MOS

1.基本构造与特性

                       图3N通道JFET构造                                          图4 N-JFET的基本工作

 图3为一N通道FET基本构造，通道是N型半导体材料，四周扩散P型区域。此N型材料称为通道，而P型区与金属构成欧姆接点并连接一起称为栅极(G)，另外在通道两端也制作欧姆接点，此两端分别为源极(S)和漏极(D)。

 
       图5  (a)JFETID-VGS转换特性曲线图                              (b)  n通道输出特性曲线

如图4所示，G-S间接逆向偏压，D-S间漏极接正，源极接负，N-JFET是由N型材料负责传输电流，故称为n-通道，ID电流大小是由通道大小来决定，GS逆向所造成的耗尽区，会使通道变小，所以VGS=0时ID最大，称为IDSS。当VGS使通道夹止的电压(此时ID=0)称夹止电压VP。图5(b)为N-JFET输出特性曲线，依JFET转换特性曲线得

再依此公式得图5(a)转换特性曲线。

JFET参数
若满足小信号之条件，则信号电流Id正比于Vgs，此时定义此常数为互导，以gm来表示：

因为栅一源极输入阻抗甚高，所以栅－源极就如同开路一般，若在闸－源极之间加一交流讯号电压V_gs，就可产生一项漏极电流I_d，其值为g_mV_gs。其漏极电阻rd甚大，若与负载电阻并联R_o=R_L//rd=~R_L，故rd通常会省略，其小信号等效电路模型如图6所示.

              图6 JFET小信号等效电路模型

                                        
(1)在场效应电晶体的三个常数中，由于 (U为JFET的放大率)

所以
 

        则AV=－U

(2)输入阻抗
(3)输出阻抗
(4)电流增益

(5)相位关系：共源极为反相放大器
                        共漏极为同相放大器
 

共源放大器
共源放大器是唯一常被采用之JFET放大器组态，如图7所示为较实用的自给偏压JFET放大器，它只使用一个电压源利用一个自偏电阻RS为闸－源极提供偏压。
 

                                              图7自给偏压放大器

                                                                     图8
 

共漏极放大器

                            图9 JFET共汲极放大器

如图9所示称为共漏极放大器，此电路并不是在提供一高的电压增益，而是提供大的电流及功率增益，信号是由栅极输入，源极输出。