结型场效应管及其放大电路
第七章 场效应管及其基本放大电路
N沟道增强型MOS管的输出特性曲线
7
（3） uDS和uGS同时作用时
uDS一定，uGS变化时 给定一个uGS ，就有一条不同的 iD – uDS 曲线。
iD / mA 预夹断临界点轨迹 uDS = uGS - Uth 可变电阻区 7V
8 6 4 2 0 饱和区 6V 5V 4V uGS = 3V 截止区 0 5 10 15 20 uDS / V
低频跨导：
gm iD u GS
U
DS
夹断区（截止区）
常量
不同型号的管子UGS（off）、IDSS将不同。
20
7.3场效应管的分类
工作在恒流区时g-s、d-s间的电压极性
N 沟道 ( u GS ＜ 0， u DS ＞ 0 ) 结型 P 沟道 ( u GS ＞ 0， u DS ＜ 0 ) N 沟道 ( u GS ＞ 0， u DS ＞ 0 ) 场效应管 增强型 P 沟道 ( u GS ＜ 0， u DS ＜ 0 ) 绝缘栅型 N 沟道 ( u GS 极性任意， u DS ＞ 0 ) 耗尽型 P 沟道 ( u GS 极性任意， u DS ＜ 0 )
场效应管工作在恒流区的条件是什么？
17
3. JFET特性
iD / mA 可变电 阻区 -1V 恒流区 -2V -3V -4V -5V 0 (a) 输出特性曲线 夹断区 uDS / V UP -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 uGS / V (b) 转移特性曲线 预夹断轨迹 uGS = 0V iD / mA IDSS
各种场效应管的特性比较（2）
结构类型
工作 方式 增 强 型
电路符号
转移特性曲线
场效应管及其基本放大电路
Uds=常数
∂ id
∂uds
PDM
最 大 漏 极id允v许gs功=常耗数， 与 三 极 管 类
似。
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3）FET的三种工作组态
• 以NMOS（E）为例：
ID UDS
RD
UDS
D
B输
B
输 入
G S
UGS
输
G
输
出入
UGS RD
出
共源组态： 输入：GS 输出：DS
（1）栅源电压对沟道的控制作用
在栅源间加
令VDS =0
• 增强型IGFET象双结型三极管一样有一个开启电压
VT ，（相当于三极管死区电压）。
• 当UGS低于VT时，漏源之间夹断。ID=0
g = = •
当
时
m
UGS高于 I
的ID ∂ iD
∂uGS
DV=T 时I DUV，0GT（S漏
源
之
间
加电压 -1）2
2 2ID0(UGS-1)
后。
；
IDID0
VT VT
相当一个很大的电阻
G+ UGS
PN N结
PN
VDD
结N
P
- IS=ID
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3)、JFET的主要参数
1）夹断电压VP:手册给出是ID为一微小值时的
VGS
32)）、饱电和压漏控极制电电流流I系DS数S;
gm=
4）交流输出电阻 rds=
uds
id
V =0，时的I id
GS vgs
Uds=常数
结型场效应晶体管JFET
(实验六)结型场效应管放大电路
实验六 结型场效应管放大电路一．实验摘要通过对实验箱上结型场效应管的测试，认识N 沟道JFET 场效应管的电压放大特性和开关特性。
给MOS 管放大电路加输入信号为：正弦波，Vpp=200mV-500mV ，f=2Khz 。
测量输入电阻时，输入端的参考电阻Rs=680K 。
二．实验主要仪器三极管，万用表，示波器，信号源及其他电子元件。
三．实验原理场效应管放大器性能分析图6－1为结型场效应管组成的共源级放大电路。
其静态工作点2PGS DSS D )U U (1I I -= 中频电压放大倍数 A V ＝－g m R L ＇＝－g m R D // R L 输入电阻 R i ＝R G ＋R g1 // R g2 输出电阻 R O ≈R D式中跨导g m 可由特性曲线用作图法求得，或用公式 )U U(1U 2I g PGS P DSS m --= 计算。
但要注意，计算时U GS 要用静态工作点处之数值。
输入电阻的测量方法场效应管放大器的静态工作点、电压放大倍数和输出电阻的测量方法，与实验二中晶体管放大器的测量方法相同。
其输入电阻的测量，从原理上讲，也可采SD DD g2g1g1S G GS R I U R R R U U U -+=-=用实验二中所述方法，但由于场效应管的R i 比较大，如直接测输入电压U S 和U i ，则限于测量仪器的输入电阻有限，必然会带来较大的误差。
因此为了减小误差，常利用被测放大器的隔离作用，通过测量输出电压U O 来计算输入电阻。
测量电路如图所示。
输入电阻测量电路在放大器的输入端串入电阻R ，把开关K 掷向位置1（即使R ＝0），测量放大器的输出电压U 01＝A V U S ；保持U S 不变，再把K 掷向2（即接入R ），测量放大器的输出电压U 02。
由于两次测量中A V 和U S 保持不变，故V S iii V 02A U R R R U A U +== 由此可以求出 R U U U R 02O102i -=四．实验步骤1.检测实验所用三极管及示波器是否能够正常使用；2.由于电路图已经搭建好，接通信号源，连接示波器；3.调节电路板上的旋钮，使波形先后处于截止，饱和的状态，测量此时的GS V 、DS V 和3R V ；4.调节电路板上的旋钮，使波形处于既不截止又不饱和的状态，测量输入电阻。
结型场效应管(JFET)及其放大电路
4.8 结型场效应管4.8.1 JFET的结构和工作原理 4.8.2 JFET的特性曲线及参数 4.8.3 JFET放大电路的小信号模型分析法4.8.1 JFET的结构和工作原理1. 结构漏极栅极N沟道JFET P源极符号中的箭头方向表示什么？ 箭头：P → NN符号比较N沟道JFETSiO2绝缘层SiO2绝缘层N沟道增强型MOSFETN沟道耗尽型MOSFET2. 工作原理 （以N沟道JFET为例）耗尽层① vGS对沟道的控制作用当vGS＜0时( PN结加反压)导电沟道d+PN结反偏 耗尽层加厚 沟道变窄。
| vGS | ↑ ，沟道继续变窄。
gP++vDSP+耗尽层碰上,沟道夹断，--- VGG vGSN对应的栅源电压vGS称为夹断电压 VPVP （ 或VGS(off) ）。
s对于N沟道的JFET，VP <0。
注：g、s间加反偏电压， iG=0，rgs= 107, ，② vDS对沟道的影响当vGS=0时， vDS iD s d 电位逐渐升高， G、D间PN结的反压增 加，靠近漏极处的耗尽 层加宽，沟道变窄，从 上至下呈楔形分布。
当vDS ，使vGD=VP 时，靠漏极处出现预夹 断。
此时vDS 夹断区延长 沟道电阻iD=IDSS基本不变iD/mAIDSSVPvGS=0 vDS/V③ vGS和vDS同时作用时iD条件：g、s间加反偏电压 | vGS | ↑（g、s越负）导电沟道变窄，vDS 不变 iD↓dvGDgvGS对iD有控制作用P++在预夹断处 VGD=VGS-VDS =VPVGG vGSN+vDSP+Vs综上分析可知139页• 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电， 所以场效应管也称为单极型三极管。
• JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因此iG0，输入电阻很高。
• JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制。
• 预夹断前：iD与vDS呈近似线性关系； 预夹断后：iD 趋于饱和。
结型场效应管放大电路
电路分析实验报告结型场效应管放大电路一、实验摘要通过对实验箱上结型场效应管的测试，认识N沟道JFET场效应管的电压放大特性和开关特性。
通过使用输出电压相等法对场效应管输入电阻进行测量。
二、实验环境模拟电路试验箱函数信号发生器示波器万用表电位器三、实验原理JFET是在同一块N形半导体上制作两个高掺杂的P区，并将它们连接在一起，所引出的电极称为栅极g，N型半导体两端分别引出两个电极，分别称为漏极d，源极s。
结型场效应晶体管是一种具有放大功能的三端有源器件。
N沟道结型场效应管当在漏极D和源极S之间加上电源后，则在N型沟道中产生从漏极流向源极的电流。
由PN结的特性可知，若在栅极G和源极S间加上负电压，PN结的宽度增加，且负电压越大，PN结就越宽，造成沟道变窄，沟道电阻变大，因此只要改变偏压便可控制漏极电流的大小。
四、实验步骤在模电试验箱对应模块上连接电路500mVpp，2kHz 调节信号发生器，调节电位器，使波形不失真和饱和失真外接一个大电阻，用输出电压相等法测量输入电阻五、实验数据不失真U in=520mV U out=3.9V 放大倍数7.5 V GS=-0.13061V V DS=4.3847V I D=0.43099mA饱和失真V GS=-0.06981V V DS=1.84925VI D=0.43092mA不接680kΩ电阻时：U in=500mV U out=3.43V接680kΩ电阻时：U in=780mV U out=3.43V输入电阻=1214.29kΩ=1.21MΩ六、实验总结在本次实验中了解到了结型场效应管放大特性。
掌握了用输出电压相等法测量输入电阻的方法。
结型场效应管及其放大电路
MOS（Metal Oxide Semiconductor）
vGS=0，iD=0，为增强型管； vGS=0，iD0，为耗尽型管（有初始沟道）。
一、场效应管概述
2、符号：
一、场效应管概述
3、场效应三极管的型号命名方法 ：
现行有两种命名方法
第一种命名方法： 与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O 代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表 材料，D是P型硅， 反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。 例如：3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3DO6C 是绝缘 栅型N沟道场效应三极管。
对于n沟道各极间的外加电压变为ugs漏源之间加正向电压即uds当gs两极间电压ugs改变时沟道两侧耗尽层的宽度也随着改变由于沟道宽度的变化导致沟道电阻值的改变从而实现了利用电压ugs场效应管工作原理二结型场效应管二结型场效应管场效应管两侧的pn结均处于零偏置形成两个耗尽层如图a所示
第八章：场效应管
一、场效应管概述 二、结型场效应管结构与原理 三、结型场效应管放大器 四、MOS场效应管介绍
2、判定栅极 用万用表黑表笔碰触管子的一个电极，红表笔分别碰触另外两个电极。若两次测出的阻值都很小，说明均是
正向电阻，该管属于N沟道场效应管，黑表笔接的也是栅极。 制造工艺决定了场效应管的源极和漏极是对称的，可以互换使用，并不影响电路的正常工作，所以不必加以
区分。源极与漏极间的电阻约为几千欧。 注意不能用此法判定绝缘栅型场效应管的栅极。因为这种管子的输入电阻极高，栅源间的极间电容又很小，
电子技术基础第三章场效应管及其放大电路
• 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后， iD趋于 饱和。
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思考：为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？
场效应管的应用小结
• 一是当作压控可变电阻，即非线性电阻来使用， VGS的绝对值 越大，导电沟道就越窄，对应的导电沟道电阻越大，即电压 V电G阻S控使制用电时阻，的导大电小沟，道管还子没工有作出在现可预变夹电断阻；区，当作压控可变
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场效应管的分类
场效应管 FET
结型
JFET
IGFET ( MOSFET ) 绝缘栅型
N沟道 P沟道 增强型
耗尽型
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N沟道 P沟道
N沟道 P沟道
第二节 结型场效应管(JFET)的 结构和工作原理
一、结型场效应管的结构
二、结型场效应管的工作原理
三、结型场效应管的特性曲线 及参数
UDS（sat） ≤│Up│。
JFET的三个状态
• 恒流区（放大区、饱和区） • 可变电阻区 • 截止区
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小结
• 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，所以 场效应管也称为单极型三极管。
• JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因此 iG0，输入电阻很高。
• JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制。
第一节 场效应管概述 第二节 结型场效应管的结构和工作原理 第三节 绝缘栅场效应管的结构和工作原理 第四节 场效应管放大电路
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• 3-1 • 3-4 • 3-6 • 3-12
作业
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第三章场效应管及其放大电路
第三章 场效应管及其放大电路1. JEFT 有两种类型，分别是N 沟道结型场效应管和P 沟道结型场效应管2. 在JFET 中：（1） 沟道夹断：假设0=DS v ，如图所示。
由于 0=DS v ，漏极和源极间短路，使整个沟道内没有压降，即整个沟道内的电位与源极的相同。
令反偏的栅-源电压GS v 由零向负值增大，使PN 结处于反偏状态，此时，耗尽层将变宽；由于在结型场效应管制作中，P 区的浓度远大于N 区的浓度，所以，耗尽层主要在N 沟道内变宽，随着耗尽层宽度加大，沟道变窄，沟道内的电阻增大。
继续反响加大GS v ，耗尽层将在沟道内合拢，此时，沟道电阻將变的无穷大，这种现象成为沟道夹断（2）在DS v 较小时，DS v 的加大虽然会增大沟道内的电阻，但这种影响不是很明显，沟道仍处于比较宽的状态，即沟道的电阻在DS v 比较小的时候基本不变，此时加大DS v ，会使D i 迅速增加，D i 与DS v 近似为线性关系。
加大DS v ，沟道内的耗尽层会逐渐变宽，沟道电阻增加，D i 随DS v 的上升，速度会变缓。
当||P DSV v =时，楔形沟道会在A 点处合拢，这种现象称为预夹断。
3. 解：（1）（a ）为N 沟道场效应管 （b ）为P 沟道场效应管（2）（a ）V V P4-= （b ）V V P 4= （3）（a ）A I DSS 5= （b ）A I DSS 5-=（4）电压DS v 与电流D i 具有相同的极性且与GS v 极性相反，因而，电压DS v 的极性可根据D i 或GS v 的极性判断4.解：当JFET 工作在饱和区时，有关系式：2)1(PGS DSS D V V I i -= 5. 解：在P 沟道JFET 中，要求栅-源电压GS v 极性为正，漏源电压DS v 的极性为负，夹断电源P V 的极性为正6. 解：MOS 型场效应管的详细分类7. 解：耗尽型是指，当0=GS v 时，即形成沟道，加上正确的GS v 时，能使对数载流子流出沟道，因而“耗尽”了载流子，使管子转向截止。
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一、场效应管概述
4、场效应管的测试
1、结型场效应管的管脚识别： 场效应管的栅极相当于晶体管的基极，源极和漏极分别对应于晶体管的发射极和集电极。将万用表置于 R×1k档，用两表笔分别测量每两个管脚间的正、反向电阻。当某两个管脚间的正、反向电阻相等，均为数KΩ 时，则这两个管脚为漏极D和源极S（可互换），余下的一个管脚即为栅极G。对于有4个管脚的结型场效应管， 另外一极是屏蔽极（使用中接地）。 2、判定栅极 用万用表黑表笔碰触管子的一个电极，红表笔分别碰触另外两个电极。若两次测出的阻值都很小，说明均是 正向电阻，该管属于N沟道场效应管，黑表笔接的也是栅极。 制造工艺决定了场效应管的源极和漏极是对称的，可以互换使用，并不影响电路的正常工作，所以不必加以 区分。源极与漏极间的电阻约为几千欧。 注意不能用此法判定绝缘栅型场效应管的栅极。因为这种管子的输入电阻极高，栅源间的极间电容又很小， 测量时只要有少量的电荷，就可在极间电容上形成很高的电压，容易将管子损坏。 3、估测场效应管的放大能力 将万用表拨到R×100档，红表笔接源极S，黑表笔接漏极D，相当于给场效应管加上1.5V的电源电压。这时 表针指示出的是D-S极间电阻值。然后用手指捏栅极G，将人体的感应电压作为输入信号加到栅极上。由于管子的 放大作用，UDS和ID都将发生变化，也相当于D-S极间电阻发生变化，可观察到表针有较大幅度的摆动。如果手 捏栅极时表针摆动很小，说明管子的放大能力较弱；若表针不动，说明管子已经损坏。 由于人体感应的50Hz交流电压较高，而不同的场效应管用电阻档测量时的工作点可能不同，因此用手捏栅极 时表针可能向右摆动，也可能向左摆动。少数的管子RDS减小，使表针向右摆动，多数管子的RDS增大，表针向 左摆动。无论表针的摆动方向如何，只要能有明显地摆动，就说明管子具有放大能力。 本方法也适用于测MOS管。为了保护MOS场效应管，必须用手握住螺钉旋具绝缘柄，用金属杆去碰栅极，以防止 人体感应电荷直接加到栅极上，将管子损坏。 MOS管每次测量完毕，G-S结电容上会充有少量电荷，建立起电压UGS，再接着测时表针可能不动，此时将 G-S极间短路一下即可。
UDS
二、结型场效应管
4. 结型场效应管的特性曲线
2）输出特性曲线（或漏极特性曲线）
输出特性曲线是指在一定栅极电压UGS作用下，ID与UDS之间的关系曲 线，即：
I D f (U GS ) UGS 常数
ID / mA
可分成以下几个工作区： （1）可变电阻区 （2）恒流区（线性放大区） （3）夹断区 （4）击穿区（当UDS增加到一定 值时，ID猛然增加，靠近漏极的 PN结击穿。） 详情如下：
结均处于零偏置，
形成两个耗尽层 , 如 图（ａ）所示。此
时耗尽层最薄，导
电沟道最宽，沟道 电阻最小。
二、结型场效应管
1）UGS对导电沟道的影响
（ 2 ） 当 |UGS| 值 增 大时，栅源之间反
偏电压增大， PN结
的耗尽层增宽，如 图（b）所示。导
致导电沟道变窄，
沟道电阻增大。
二、结型场效应管
1）UGS对导电沟道的影响
UGG ＋ ＋ － － UGS G P
D
＋
N
P
UDS
＋ UDD －
当G、S两极间电压UGS改变时，沟
道两侧耗尽层的宽度也随着改变，由 于沟道宽度的变化，导致沟道电阻值 的改变，从而实现了利用电压UGS控 制电流ID的目的。
S
－
二、结型场效应管
1）UGS对导电沟道的影响
（ 1 ）当 UGS ＝０时， 场效应管两侧的 PN
由图可知， UDS 的主要作用
是形成漏极电流ID。
二、结型场效应管
3）UDS和UGS 共同作用的情况：
设漏源间加有电压UDS： 当UGS变化时，电流ID将随沟道电阻的变化而变化。 （1）当UGS=0时，沟道电阻最小，电流ID最大。 （2）当|UGS|值增大时，耗尽层变宽，沟道变窄， 沟道电阻变大，电流ID减小， 直至沟道被耗尽层夹断，ID=0。
可 变 电 5 阻 4 区
3 2 1 0
预夹断轨迹
UGS＝ 0
恒流区
－1 V －2 V － 3 .4V 10 20 UDS / V
夹断区
（ 1 ） 可 变 电 阻 区 。 当 UGS 不 变 ， UDS 由零逐渐增加且较小时， ID 随 UDS 的增加而线性上升，场效应管导电沟
道畅通。漏源之间可视为一个线性电
可 变 电 5 阻 4 区
3 2 1 0
预夹断轨迹
UGS＝ 0
恒流区
－1 V －2 V － 3 .4V 10 20 UDS / V
夹断区
场效应管电压控制电流的放大作用， 场效应管组成的放大电路就工作在 这个区域。 （3）夹断区。当UGS<U GS(off)时， 场效应管的导电沟道被耗尽层全部 夹断，由于耗尽层电阻极大，因而
（2）当 |UGS| 值逐渐增大时，PN结上的反向电压也逐渐增大，耗尽
层不断加宽，沟道电阻逐渐增大，漏极电流ID逐渐减小。 （3）当UGS=UGS(off)时，沟道全部夹断，ID=0。
ID mA D G － UGG ＋ V UGS S V ＋ UDD －
UGS(off) － 3.4 －4 －3 －2 －1 0 ID / mA IDSS 5 4 UDS＝10 V 3 2 1 UGS / V
UGS(off) － 3.4 －4 －3 －2 －1 0
I D f (U GS ) UGS 常数
特性曲线：
ID / mA IDSS 5 4 UDS＝10 V 3 2 1 UGS / V
ID
UDS
从转移特性曲线可知，UGS对ID的控制作用如下：
（ 1 ）当 UGS=0 时，导电沟道最宽、沟道电阻最小。所以当 UDS 为某 一定值时，漏极电流ID最大，称为饱和漏极电流,用IDSS表示。
ID / mA
漏极电流ID几乎为零。此区域类似
于三极管输出特性曲线的截止区， 在数字电路中常用做开断的开关。
可 变 电 5 阻 4 区
3 2 1 0
预夹断轨迹
UGS＝ 0
恒流区
－1 V －2 V － 3 .4V 10 20 UDS / V
（4）击穿区。当UDS增加到一定
值时，漏极电流ID急剧上升，靠近 漏极的PN结被击穿，管子不能正 常工作，甚至很快被烧坏。 ＋
G P P
S
S
(a)
(b)
(c)
a）导电沟道最宽;
（b）导电沟道变窄;
（c）导电沟道夹断
二、结型场效应管
2）UDS对导电沟道的影响
设栅源电压UGS=0
（1）当UDS=0时，ID=0，沟道均匀，如图所示。 （2）当UDS增加时，漏极电 流 ID 从零开始增加， ID 流过 导电沟道时，沿着沟道产生 电压降，使沟道各点电位不 再相等，沟道不再均匀。靠 近源极端的耗尽层最窄，沟 道最宽 ; 靠近漏极端的电位 最高，且与栅极电位差最大， 因而耗尽层最宽，沟道最窄。
UGS=UP 夹断状态 D ID ID=0 预夹断 N G UGS S P+
P+
UDS
二、结型场效应管
4. 结型场效应管的特性曲线
1）转移特性曲线
转移特性曲线是指在一定漏源电压UDS作用下，栅极电压UGS对漏极电流 ID的控制关系曲线，即：
测试电路：
mA D G － UGG ＋ V UGS S V ＋ UDD －
一、场效应管概述
2、符号：
一、场效应管概述
3、场效应三极管的型号命名方法 ：
现行有两种命名方法
第一种命名方法： 与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O 代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表 材料，D是P型硅， 反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。 例如：3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3DO6C 是绝缘 栅型N沟道场效应三极管。 第二种命名方法： CS××#，CS代表场效应管，××以数字代表型号的序号， #用字母代表同一型号中的不同规格。 例如：CS14A、CS45G等
阻 RDS ，这个电阻在 UDS 较小时，主要 由UGS决定，所以此时沟道电阻值近似 不变。而对于不同的栅源电压UGS，则
ID / mA
有不同的电阻值RDS，故称为可变电阻
区。 （2）恒流区（或线性放大区）。图 3.29中间部分是恒流区，在此区域ID不 随 UDS 的增加而增加，而是随着 UGS 的 增大而增大，输出特性曲线近似平行 于UDS轴，ID受UGS的控制，表现出
二、结型场效应管
5.场效应管的主要参数
（1）夹断电压VP（ 或VGS(off) ） VP 是MOS耗尽型和结型FET的参数，当VGS=VP时,漏极电流为零。 （2）饱和漏极电流IDSS MOS耗尽型和结型FET, 当VGS=0时所对应的漏极电流。 （3）输入电阻RGS 结型场效应管，RGS大于107Ω，MOS场效应管, RGS可达109～1015Ω。
一、场效应管概述
5、MOS场效应晶体管使用注意事项
MOS场效应晶体管在使用时应注意分类，不能随意互换。MOS场效 应晶体管由于输入阻抗高（包括MOS集成电路）极易被静电击穿，使用 时应注意以下规则： （1） MOS器件出厂时通常装在黑色的导电泡沫塑料袋中，切勿自行随 便拿个塑料袋装。也可用细铜线把各个引脚连接在一起，或用锡纸包装 （2）取出的MOS器件不能在塑料板上滑动，应用金属盘来盛放待用器件。 （3）焊接用的电烙铁必须良好接地。 （4）在焊接前应把电路板的电源线与地线短接，再MOS器件焊接完成后 在分开。 （5）MOS器件各引脚的焊接顺序是漏极、源极、栅极。拆机时顺序相反。 （6）电路板在装机之前，要用接地的线夹子去碰一下机器的各接线端子， 再把电路板接上去。 （7）MOS场效应晶体管的栅极在允许条件下，最好接入保护二极管。在 检修电路时应注意查证原有的保护二极管是否损坏。