我们已经详细了解了可以使用双极结型晶体管 (BJT) 制作信号放大器。然而，还有其他类型的晶体管可用于构建放大器架构，在本教程中，我们将重点关注其中之一：MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）。在 BJT 中，基极充当命令信号来控制发射极和集电极之间的电流。在 MOSFET 中，命令分支称为栅极，它控制源极和漏极之间的电流。下面张图展示了 MOSFET 的结构：

　　图1：耗尽型NMOS结构

　　首先，我们来定义“耗尽”和NMOS术语的含义。这里的术语“耗尽”指的是物理通道将漏极分支连接到源极分支的事实。这意味着电流可以通过 MOSFET，而无需向栅极施加电压。可以通过向栅极施加负电压来阻止电流，通过场效应，该负电压将推动电子并吸引空穴。术语“NMOS”是指沟道是基于 P 掺杂衬底（过量空穴）顶部的 N 掺杂硅区域（过量电子）构建的。因此，MOSFET 中流过的电流为正。N 掺杂衬底顶部的 P 掺杂沟道晶体管称为 PMOS，流过此类 MOSFET 的电流为负。MOSFET 的一个有趣的方面是氧化硅层在栅极和沟道之间提供完全绝缘，因此栅极中的电流被认为为零。实际上，存在几pA (10 -12 A)的小漏电流。在图 2中，我们展示了本教程其余部分将考虑的结构：

　　图2：增强型NMOS结构
　　在这种NMOS结构中，漏极和源极分支之间没有物理内置n沟道。这种不同的结构被称为“增强”。通过向栅极施加正电压来电感应沟道，通过场效应吸引电子并推动 p 衬底/氧化物界面的空穴。
　　电气图

　　在下面的图 3中，我们展示了 MOSFET 的简单电气图。我们在此图中定义漏极电流 I D、漏极电压 V D、栅源电压 V GS以及字母“G”、“D”和“S”提到的栅极、漏极和源极的位置。

　　图3：MOSFET电气图
　　因为源极接地，所以栅极电压V GS和漏极电压V DS带有下标“S”。请注意，通常栅极是电压源，而漏极电压只是测量而不是施加。
　　电行为
　　特性 I D =F(V GS )

　　在本节中，我们将描述漏极电流在以下情况下的行为：施加漏极电压并且栅极电压变化：ID = f( VGS )施加栅极电压并且漏极电压变化：I D =f(V DS )我们首先关注如图4所示的特性 I D =f(V GS ) ：

　　图 4：特性 I D =f(V GS )

　　有趣的是，正电压不会立即触发导电通道的创建，因为当 V GS < V th时没有观察到漏极电流，其中 V th代表“阈值电压”。个区域称为“截止”或“亚阈值”区域。在此模式下，MOSFET 充当打开的开关，不会感应输出电流。当栅极电压高于阈值V GS >V th时，漏极电流急剧上升。第二个区域称为“饱和区域”，我们将在本教程中进一步解释原因。在饱和或“活动”区域，电流消耗满足抛物线关系：

　　eq 1 : 饱和区电流消耗的表达式

　　因子 k，称为传导因子，仅取决于 MOSFET 的物理参数：漏极和源极之间传导沟道的宽度 ( W )/长度 ( L ) 之比、电子迁移率μ以及栅极C ox的金属氧化物半导体结构形成的电容：

　　eq 2 ：传导因子的表达式

　　快速分析这个公式以了解 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，如果它们的值增大，则导通因子增大，从而电流增大。事实上，当 W 增加时，电子的路径变宽，因此电流增加。如果电子迁移率增加，电子移动得更快，这反过来又增加漏极电流。如果电容增加，由于半导体/氧化物界面处的电子浓度更高，漏极电流将会增加。，如果导电通道的长度增加，电流将会减少，因为它面临更长的路径，因此电阻更高。可以从公式 1和公式 2得出一个重要参数，称为MOSFET 的跨导 (g m )，以安培/伏特或西门子 (S) 表示。:

　　eq 3：跨导的定义
　　可以通过将等式 1 的差值 (V GS -V th ) 表示为平方根来重新排列等式 3，经过几个步骤后我们得到：
　　eq 4：跨导的表达式
　　对于给定的MOSFET，即固定的导通增益，跨导仅取决于由图4中的特性ID = f(V GS )给出的命令电压V GS和电流消耗I D。跨导不仅可以提供 MOSFET 配置的增益，还可以提供带宽、噪声性能及其线性度。
　　特性 I D =F(V DS )

　　为了绘制第二个特性，我们考虑一组满足 V GS ,1 <V GS ,2 <V GS ,3 <V GS ,4的栅极电压。特性ID ＝ f(V DS )部分地由特性ID＝f(V GS )构造。事实上，图 5中的红色虚线边界是根据图 4中的曲线形状给出的：

　　图 5：特性 I D =f(V DS )

　　从图5我们可以理解为什么图4首先提到的饱和区被称为as。事实上，在该区域中，无论漏极电压V DS的值如何，对于固定偏置电压V GS，漏极电流I D保持恒定。这个肯定可以用等式1来验证，其中V DS没有出现在I D的公式中。因此，NMOS 在饱和区充当闭合开关。在饱和效应发生之前，MOSFET 在称为“欧姆”、“三极管”或“线性”区域的区域中表现不同。在此区域中，当 V DS增加时， ID的表达受到减小抛物线的准线性影响：

　　eq 5：欧姆区电流消耗的表达式
　　线性区和饱和区之间的边界由夹断电压V P =V GS -V th给出。