我們已經(jīng)詳細(xì)了解了可以使用雙極結(jié)型晶體管 (BJT) 制作信號(hào)放大器。然而，還有其他類(lèi)型的晶體管可用于構(gòu)建放大器架構(gòu)，在本教程中，我們將重點(diǎn)關(guān)注其中之一：MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）。在 BJT 中，基極充當(dāng)命令信號(hào)來(lái)控制發(fā)射極和集電極之間的電流。在 MOSFET 中，命令分支稱(chēng)為柵極，它控制源極和漏極之間的電流。下面第一張圖展示了 MOSFET 的結(jié)構(gòu)：

　　圖1：耗盡型NMOS結(jié)構(gòu)　　首先，我們來(lái)定義“耗盡”和NMOS術(shù)語(yǔ)的含義。這里的術(shù)語(yǔ)“耗盡”指的是物理通道將漏極分支連接到源極分支的事實(shí)。這意味著電流可以通過(guò) MOSFET，而無(wú)需向柵極施加電壓?？梢酝ㄟ^(guò)向柵極施加負(fù)電壓來(lái)阻止電流，通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)，該負(fù)電壓將推動(dòng)電子并吸引空穴。術(shù)語(yǔ)“NMOS”是指溝道是基于 P 摻雜襯底（過(guò)量空穴）頂部的 N 摻雜硅區(qū)域（過(guò)量電子）構(gòu)建的。因此，MOSFET 中流過(guò)的電流為正。N 摻雜襯底頂部的 P 摻雜溝道晶體管稱(chēng)為 PMOS，流過(guò)此類(lèi) MOSFET 的電流為負(fù)。MOSFET 的一個(gè)有趣的方面是氧化硅層在柵極和溝道之間提供完全絕緣，因此柵極中的電流被認(rèn)為為零。實(shí)際上，存在幾pA (10 -12 A)的小漏電流。在圖 2中，我們展示了本教程其余部分將考慮的結(jié)構(gòu)：

　　圖2：增強(qiáng)型NMOS結(jié)構(gòu)
　　在這種NMOS結(jié)構(gòu)中，漏極和源極分支之間沒(méi)有物理內(nèi)置n溝道。這種不同的結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為“增強(qiáng)”。通過(guò)向柵極施加正電壓來(lái)電感應(yīng)溝道，通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)吸引電子并推動(dòng) p 襯底/氧化物界面的空穴。
　　電氣圖　　在下面的圖 3中，我們展示了 MOSFET 的簡(jiǎn)單電氣圖。我們?cè)诖藞D中定義漏極電流 I D、漏極電壓 V D、柵源電壓 V GS以及字母“G”、“D”和“S”提到的柵極、漏極和源極的位置。

　　圖3：MOSFET電氣圖
　　因?yàn)樵礃O接地，所以柵極電壓V GS和漏極電壓V DS帶有下標(biāo)“S”。請(qǐng)注意，通常柵極是電壓源，而漏極電壓只是測(cè)量而不是施加。
　　電行為
　　特性 I D =F(V GS )　　在本節(jié)中，我們將描述漏極電流在以下情況下的行為：施加漏極電壓并且柵極電壓變化：ID = f( VGS )施加?xùn)艠O電壓并且漏極電壓變化：I D =f(V DS )我們首先關(guān)注如圖4所示的特性 I D =f(V GS ) ：

　　圖 4：特性 I D =f(V GS )　　有趣的是，正電壓不會(huì)立即觸發(fā)導(dǎo)電通道的創(chuàng)建，因?yàn)楫?dāng) V GS < V th時(shí)沒(méi)有觀察到漏極電流，其中 V th代表“閾值電壓”。第一個(gè)區(qū)域稱(chēng)為“截止”或“亞閾值”區(qū)域。在此模式下，MOSFET 充當(dāng)打開(kāi)的開(kāi)關(guān)，不會(huì)感應(yīng)輸出電流。當(dāng)柵極電壓高于閾值V GS >V th時(shí)，漏極電流急劇上升。第二個(gè)區(qū)域稱(chēng)為“飽和區(qū)域”，我們將在本教程中進(jìn)一步解釋原因。在飽和或“活動(dòng)”區(qū)域，電流消耗滿(mǎn)足拋物線關(guān)系：

　　eq 1 : 飽和區(qū)電流消耗的表達(dá)式　　因子 k，稱(chēng)為傳導(dǎo)因子，僅取決于 MOSFET 的物理參數(shù)：漏極和源極之間傳導(dǎo)溝道的寬度 ( W )/長(zhǎng)度 ( L ) 之比、電子遷移率μ以及柵極C ox的金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成的電容：

　　eq 2 ：傳導(dǎo)因子的表達(dá)式　　快速分析這個(gè)公式以了解 MOSFET 背后的物理原理是很有趣的。μ、C ox和 W在分子上的位置表明，如果它們的值增大，則導(dǎo)通因子增大，從而電流增大。事實(shí)上，當(dāng) W 增加時(shí)，電子的路徑變寬，因此電流增加。如果電子遷移率增加，電子移動(dòng)得更快，這反過(guò)來(lái)又增加漏極電流。如果電容增加，由于半導(dǎo)體/氧化物界面處的電子濃度更高，漏極電流將會(huì)增加。最后，如果導(dǎo)電通道的長(zhǎng)度增加，電流將會(huì)減少，因?yàn)樗媾R更長(zhǎng)的路徑，因此電阻更高?？梢詮墓?1和公式 2得出一個(gè)重要參數(shù)，稱(chēng)為MOSFET 的跨導(dǎo) (g m )，以安培/伏特或西門(mén)子 (S) 表示。:

　　eq 3：跨導(dǎo)的定義
　　可以通過(guò)將等式 1 的差值 (V GS -V th ) 表示為平方根來(lái)重新排列等式 3，經(jīng)過(guò)幾個(gè)步驟后我們得到：
　　eq 4：跨導(dǎo)的表達(dá)式
　　對(duì)于給定的MOSFET，即固定的導(dǎo)通增益，跨導(dǎo)僅取決于由圖4中的特性ID = f(V GS )給出的命令電壓V GS和電流消耗I D。跨導(dǎo)不僅可以提供 MOSFET 配置的增益，還可以提供帶寬、噪聲性能及其線性度。
　　特性 I D =F(V DS )　　為了繪制第二個(gè)特性，我們考慮一組滿(mǎn)足 V GS ,1 <V GS ,2 <V GS ,3 <V GS ,4的柵極電壓。特性ID ＝ f(V DS )部分地由第一特性ID＝f(V GS )構(gòu)造。事實(shí)上，圖 5中的紅色虛線邊界是根據(jù)圖 4中的曲線形狀給出的：

　　圖 5：特性 I D =f(V DS )　　從圖5我們可以理解為什么圖4首先提到的飽和區(qū)被稱(chēng)為as。事實(shí)上，在該區(qū)域中，無(wú)論漏極電壓V DS的值如何，對(duì)于固定偏置電壓V GS，漏極電流I D保持恒定。這個(gè)肯定可以用等式1來(lái)驗(yàn)證，其中V DS沒(méi)有出現(xiàn)在I D的公式中。因此，NMOS 在飽和區(qū)充當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)。在飽和效應(yīng)發(fā)生之前，MOSFET 在稱(chēng)為“歐姆”、“三極管”或“線性”區(qū)域的區(qū)域中表現(xiàn)不同。在此區(qū)域中，當(dāng) V DS增加時(shí)， ID的表達(dá)受到減小拋物線的準(zhǔn)線性影響：

　　eq 5：歐姆區(qū)電流消耗的表達(dá)式
　　線性區(qū)和飽和區(qū)之間的邊界由夾斷電壓V P =V GS -V th給出。