耗尽型参数⑷直流输入电阻RGS
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电子技术基础模拟部分(第六版) 康华光ch04
止工作状态。
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华中科技大学 张林
3. I-V 特性曲线及大信号特性方程
（1）输出特性及大信号特性方程
i D f (v DS ) vGS const.
② 可变电阻区 vDS <（vGS－VTN）
2 iD Kn [2(vGS VTN ) vDS vDS ]
预夹断临界点轨迹 iD/mA vDS＝vGS－VTN(或 vGD＝vGS－vDS＝VTN) 3V 饱和区 1.5 2.5V 1 2V 0.5 0 vGS＝1.5V 2.5 5 7.5 10 截止区 vDS/V 可变电阻区 2 (非饱和区)
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3. I-V 特性曲线及大信号特性方程
（1）输出特性及大信号特性方程
i D f (v DS ) vGS const.
① 截止区
当vGS＜VTN时，导电沟道 尚未形成， iD ＝ 0 ，为截
预夹断临界点轨迹 iD/mA vDS＝vGS－VTN(或 vGD＝vGS－vDS＝VTN) 3V 饱和区 1.5 2.5V 1 2V 0.5 0 vGS＝1.5V 2.5 5 7.5 10 截止区 vDS/V 可变电阻区 2 (非饱和区)
I-V 特性： iD Kn (vGS VTN )2
vGS K nV ( 1)2 VTN vGS I DO ( 1)2 VTN
2 TN
2 I DO KnVTN 是vGS＝2VTN时的iD
必 须 让 FET 工 作 在 饱 和 区 （放大区）才有放大作用。
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由于vDS较小，可近似为
iD 2Kn ( vGS VTN ) vDS
rdso dv DS diD
场效应管
特点:(1)当vGS 为定值
D (mA) 可变电阻区
i
uGS= 0V uGS = -1V uGS = -2V uGS= -3V
u
DS
时,iD 是 vDS 的线性函数，
管子的漏源间呈现为线
性电阻，且其阻值受 vGS
控制。 （2）管压降vDS 很小。
沟道未 夹断
用途：做压控线性电阻和无触点的、闭合状态
的电子开关。
gm
VDS
2、 极间电容： Cgs和Cgd约为1~3pF，和 Cds约为
0.1~1pF。高频应用时，应考虑极间电容的影响。
vDS 3、 输出电阻rd：rd iD
三、极限参数
VGS
1、 最大漏极电流IDM：管子正常工作时漏极电流 的上限值。
2、 最大耗散功率 PDM ：决定于管子允许的温升。
3、当vGD< VGS(off)时，vGS对iD的控制作用
当vGD = vGS - vDS <VGS(off) 时，即vDS > vGS VGS(off) > 0，导电沟道夹断， iD 不随vDS 变化 ； 但vGS 越小，即|vGS| 越大，沟道电阻越大，对同 样的vDS ， iD 的值越小。所以，此时可以通过改变
③ 场效应管的输入电阻远大于晶体管的输入电
阻，其温度稳定性好、抗辐射能力强、噪声系数小，
但易受静电影响。
④ 场效应管的漏极和源极可以互换，而互换后 特性变化不大；晶体管的集电极和发射极互换后特 性相差很大，只有在特殊情况下才互换使用。但要 注意的是，场效应管的某些产品在出厂时，已将衬 底和源极连接在一起，此时，漏极和源极不可以互 换使用。
JFET 结型
9.2 结型场效应管
一、结型场效应管的结构
D (mA) 可变电阻区
i
uGS= 0V uGS = -1V uGS = -2V uGS= -3V
u
DS
时,iD 是 vDS 的线性函数，
管子的漏源间呈现为线
性电阻，且其阻值受 vGS
控制。 （2）管压降vDS 很小。
沟道未 夹断
用途：做压控线性电阻和无触点的、闭合状态
的电子开关。
gm
VDS
2、 极间电容： Cgs和Cgd约为1~3pF，和 Cds约为
0.1~1pF。高频应用时，应考虑极间电容的影响。
vDS 3、 输出电阻rd：rd iD
三、极限参数
VGS
1、 最大漏极电流IDM：管子正常工作时漏极电流 的上限值。
2、 最大耗散功率 PDM ：决定于管子允许的温升。
3、当vGD< VGS(off)时，vGS对iD的控制作用
当vGD = vGS - vDS <VGS(off) 时，即vDS > vGS VGS(off) > 0，导电沟道夹断， iD 不随vDS 变化 ； 但vGS 越小，即|vGS| 越大，沟道电阻越大，对同 样的vDS ， iD 的值越小。所以，此时可以通过改变
③ 场效应管的输入电阻远大于晶体管的输入电
阻，其温度稳定性好、抗辐射能力强、噪声系数小，
但易受静电影响。
④ 场效应管的漏极和源极可以互换，而互换后 特性变化不大；晶体管的集电极和发射极互换后特 性相差很大，只有在特殊情况下才互换使用。但要 注意的是，场效应管的某些产品在出厂时，已将衬 底和源极连接在一起，此时，漏极和源极不可以互 换使用。
JFET 结型
9.2 结型场效应管
一、结型场效应管的结构
模拟电子技术基础-场效应管的参数和小信号模型
iS S
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
式中
为跨导
rds为FET共源极输出电阻 故
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
或者
rds很大，通常数值在几十千欧，可以忽略
微变等效电路
简化的微变等效电路
g
d
gm ugs
ugs
rds
uds
s
g
ugs s
d gmugs uds
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
易泄露，
而栅极上的绝缘层又很薄，这将在栅极上产生很高的电
场强度，
以致引起绝缘层的击穿而损坏管子。
增强型 G
D G
S
D
耗尽型
S
上页 下页 后退
–
s
–
ig
id
+ ugs
线性
+ uds
– 网络 –
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
N沟道
d
g
s
N沟道 d N沟道 d
g
g
s
s
uGS 反偏 或者 栅极绝缘
g
d
因此 iG= 0
gm ugs
ugs
u rds
ds
ugs 之间相当于开路
s
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
g
ugs s
d
gm ugs
rds
uds
模拟电子技术基础
3.3 场效应管的参数和小信号模型
3.3.1 结型场效应管的主要电参数
1．直流参数
(1) 夹断电压UGS(off)
U u GS(off)
GS
U DS ID
MOS管分类及参数
/ 电子技术 论坛 电
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双极型三极管 噪声 较大 温度特性 受温度影响较大 输入电阻 几十到几千欧姆 静电影响 不受静电影响 集成工艺 不易大规模集成
场效应三极管 较小 较小，可有零温度系数点 几兆欧姆以上 易受静电影响 适宜大规模和超大规模集成 避免栅极悬空
四种MOS管的比较：
1. 对于P沟道器件，VDD必为负值，衬底必须接在电 路中的最高电位上。对于N沟道器件， VDD必为正值，衬 底必须接在电路中的最低电位上。 2. 就UGS而言，增强型器件是单极性的，其中P沟道 为负值，N沟道为正值，而耗尽型器件则可正可负。 3.N沟道器件，UGS向正值方向增大， ID 越大；P沟 道器件， UGS越向负值方向增大， ID越大。
) （当U GS(off) uGS 0时）
U GS(off)
(2)极间电容：三个极间均存在电容。
uDS (3)输出电阻rd：rd iD
U GS＝C
/ 电子技术 论坛 电
主要参数
三、极限参数 (1)最大漏级电流IDM： 正常工作漏极电流上限值。 (2)击穿电压 最大漏源电压U(BR)DS 最大栅源电压U(BR)GS (3)最大漏极功耗PDM 最大漏极功耗可由PDM= U (BR)DS IDM决定。
/ 电子技术 论坛 电
栅 场 效 应 管
N 沟 道 耗 尽 型
/ 电子技术 论坛 电
绝 缘 栅 场 效 应 管
P 沟 道 增 强 型
P 沟 道 耗 尽 型
/ 电子技术 论坛 电
/ 电子技术 论坛 电
1.4.3
场效应三极管的参数和型号
பைடு நூலகம்
一、直流参数 (1)开启电压UGS(th) (或UT) 开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于 开启电压的绝对值, 场效应管不能导通。 UDS一定， iD >0。 (2)夹断电压UGS(off) (或UP) 夹断电压是结型和耗尽型FET的参数，漏极电流约为 零时的UGS值 。即当UGS=UGS(off) 时,漏极电流为零（微小电 流）。 (3)饱和漏极电流IDSS 耗尽型场效应三极管, 当UGS=0时，产生预夹断时所对 应的漏极电流。
数电模电超有用知识点-值得拥有
数电模电超有用知识点-值得拥有《数字电子技术》重要知识点汇总一、主要知识点总结和要求1．数制、编码其及转换：要求：能熟练在10进制、2进制、8进制、16进制、8421BCD、格雷码之间进行相互转换。
举例1：（37.25）10= ( )2= ( )16=( )8421BCD解：（37.25）10= ( 100101.01 )2= ( 25.4 )16=( 00110111.00100101 )8421BCD2．逻辑门电路：(1)基本概念1）数字电路中晶体管作为开关使用时，是指它的工作状态处于饱和状态和截止状态。
2）TTL门电路典型高电平为3.6 V，典型低电平为0.3 V。
3）OC门和OD门具有线与功能。
4）三态门电路的特点、逻辑功能和应用。
高阻态、高电平、低电平。
5）门电路参数：噪声容限VNH 或VNL、扇出系数No 、平均传输时间tpd。
要求：掌握八种逻辑门电路的逻辑功能；掌握OC门和OD门，三态门电路的逻辑功能；能根据输入信号画出各种逻辑门电路的输出波形。
举例2：画出下列电路的输出波形。
解：由逻辑图写出表达式为：C=+=，则Y++CBABA输出Y见上。
3．基本逻辑运算的特点：与运算：见零为零，全1为1；或运算：见1为1，全零为零；与非运算：见零为1，全1为零；或非运算：见1为零，全零为1；异或运算：相异为1，相同为零；同或运算：相同为1，相异为零；非运算：零变 1， 1 变零；要求：熟练应用上述逻辑运算。
4. 数字电路逻辑功能的几种表示方法及相互转换。
①真值表（组合逻辑电路）或状态转换真值表（时序逻辑电路）：是由变量的所有可能取值组合及其对应的函数值所构成的表格。
②逻辑表达式：是由逻辑变量和与、或、非3种运算符连接起来所构成的式子。
③卡诺图：是由表示变量的所有可能取值组合的小方格所构成的图形。
④逻辑图：是由表示逻辑运算的逻辑符号所构成的图形。
⑤波形图或时序图：是由输入变量的所有可能取值组合的高、低电平及其对应的输出函数值的高、低电平所构成的图形。
电子电工学——模拟电子技术 第五章 场效应管放大电路
1. 最大漏极电流IDM
场效应管正常工作时漏极电流的上限值。
2. 最大耗散功率PDM
由场效应管允许的温升决定。
3. 最大漏源电压V(BR)DS 当漏极电流ID 急剧上升产生雪崩击穿时的vDS值。
4. 最大栅源电压V(BR)GS
是指栅源间反向电流开始急剧上升时的vGS值。
5.2 MOSFET放大电路
场效应管是电压控制器件，改变栅源电压vGS的大小，就可以控制漏极 电流iD，因此，场效应管和BJT一样能实现信号的控制用场效应管也 可以组成放大电路。
场效应管放大电路也有三种组态，即共源极、共栅极和共漏极电路。
由于场效应管具有输入阻抗高等特点，其电路的某些性能指标优于三极 管放大电路。最后我们可以通过比较来总结如何根据需要来选择BJT还
vGS＜0沟道变窄，在vDS作用下，iD 减小。vGS=VP(夹断电压，截止电 压）时，iD=0 。
可以在正或负的栅源电压下工作，
基本无栅流。
2.特性曲线与特性方程
在可变电阻区 iD
Kn
2vGS
VP vDS
v
2 DS
在饱和区iD
I DSS 1
vGS VP
2
I DSS KnVP2称为饱和漏极电流
4. 直流输入电阻RGS
输入电阻很高。一般在107以上。
二、交流参数
1. 低频互导gm 用以描述栅源电压VGS对漏极电流ID的控制作用。
gm
iD vGS
VDS 常数
2. 输出电阻 rds 说明VDS对ID的影响。
rds
vDS iD
VGS 常数
3. 极间电容
极间电容愈小，则管子的高频性能愈好。
三、极限参数
D iD = 0
场效应管正常工作时漏极电流的上限值。
2. 最大耗散功率PDM
由场效应管允许的温升决定。
3. 最大漏源电压V(BR)DS 当漏极电流ID 急剧上升产生雪崩击穿时的vDS值。
4. 最大栅源电压V(BR)GS
是指栅源间反向电流开始急剧上升时的vGS值。
5.2 MOSFET放大电路
场效应管是电压控制器件，改变栅源电压vGS的大小，就可以控制漏极 电流iD，因此，场效应管和BJT一样能实现信号的控制用场效应管也 可以组成放大电路。
场效应管放大电路也有三种组态，即共源极、共栅极和共漏极电路。
由于场效应管具有输入阻抗高等特点，其电路的某些性能指标优于三极 管放大电路。最后我们可以通过比较来总结如何根据需要来选择BJT还
vGS＜0沟道变窄，在vDS作用下，iD 减小。vGS=VP(夹断电压，截止电 压）时，iD=0 。
可以在正或负的栅源电压下工作，
基本无栅流。
2.特性曲线与特性方程
在可变电阻区 iD
Kn
2vGS
VP vDS
v
2 DS
在饱和区iD
I DSS 1
vGS VP
2
I DSS KnVP2称为饱和漏极电流
4. 直流输入电阻RGS
输入电阻很高。一般在107以上。
二、交流参数
1. 低频互导gm 用以描述栅源电压VGS对漏极电流ID的控制作用。
gm
iD vGS
VDS 常数
2. 输出电阻 rds 说明VDS对ID的影响。
rds
vDS iD
VGS 常数
3. 极间电容
极间电容愈小，则管子的高频性能愈好。
三、极限参数
D iD = 0
MOSFET的主要参数一、直流参...
由于沟道内存在电位 梯度，沟道不等宽， 呈楔形分布.
vDS较小时, iD随vDS升 高而迅速增大.
vDS增加到使 vGD=vGS-vDS =VT时 为预夹断, iD达到 饱和.
vDS继续增加使 vGD=vGS-vDS <VT , 夹断 区延长, vDS的增大部分 几乎全部用于克服夹 断区对iD的阻力,使iD基 本保持恒定不变.
2. 夹断电压VP或VGS(off) （耗尽型参数）
3. 饱和漏极电流IDSS （耗尽型参数）
4. 直流输入电阻RGS （109Ω～1015Ω ）
二、交流参数 1. 输出电阻rds
rds
vDS iD
Q
反映vDS对iD的影响，是输出 特性曲线上某工作点处的切
线斜率的倒数。
在饱和区，rds的值较大。
NMOS增强型：rds
V-I 特性方程：
iD Kn [2(vGS VT ) vDS vD2 S ]
其中电导常数
Kn
nCox
2
W L
vDS较小时，上式可近似为
iD 2Kn (vGS VT ) vDS
rdso
dvDS diD
vG S常数
1 2Kn (vGS
VT )
2V
rdso是一个受vGS控制的可变 电阻,且vGS增大 rdso减小
32
小信号模型分析
（1）MOSFET小信号模型的建立（=0）
iD +
+
v DS
v-GS
-
iD Kn (vGS VT )2 Kn (VGSQ vgs VT )2 Kn[(VGSQ VT ) vgs]2
Kn (VGSQ VT )2 2Kn (VGSQ VT )vgs Knvg2s
vDS较小时, iD随vDS升 高而迅速增大.
vDS增加到使 vGD=vGS-vDS =VT时 为预夹断, iD达到 饱和.
vDS继续增加使 vGD=vGS-vDS <VT , 夹断 区延长, vDS的增大部分 几乎全部用于克服夹 断区对iD的阻力,使iD基 本保持恒定不变.
2. 夹断电压VP或VGS(off) （耗尽型参数）
3. 饱和漏极电流IDSS （耗尽型参数）
4. 直流输入电阻RGS （109Ω～1015Ω ）
二、交流参数 1. 输出电阻rds
rds
vDS iD
Q
反映vDS对iD的影响，是输出 特性曲线上某工作点处的切
线斜率的倒数。
在饱和区，rds的值较大。
NMOS增强型：rds
V-I 特性方程：
iD Kn [2(vGS VT ) vDS vD2 S ]
其中电导常数
Kn
nCox
2
W L
vDS较小时，上式可近似为
iD 2Kn (vGS VT ) vDS
rdso
dvDS diD
vG S常数
1 2Kn (vGS
VT )
2V
rdso是一个受vGS控制的可变 电阻,且vGS增大 rdso减小
32
小信号模型分析
（1）MOSFET小信号模型的建立（=0）
iD +
+
v DS
v-GS
-
iD Kn (vGS VT )2 Kn (VGSQ vgs VT )2 Kn[(VGSQ VT ) vgs]2
Kn (VGSQ VT )2 2Kn (VGSQ VT )vgs Knvg2s
3.4 场效应管的主要参数及小信号等效模型
应管，是栅极与沟道间PN结的反向击穿电压，对于MOS 管 ，是使绝缘层击穿时的电压。
2020/6/1
4
场效应管的主要参数及小信号等效模型
2. 场效应管的小信号等效模型 （1）表示场效应管特性参数的方程
iD = f (uGS，uDS)
令 ，
Q点附近gm、rds为常数。用交流正弦量的有效值可 表示为：
② 最大耗散功率PDM PDM=uDSiD，与晶体管的PCM相似。一个管子的PDM
确定后，可在输出特性曲线上画出它的临界损耗线。
③ 漏源击穿电压U(BR)DS 是漏、源极间所能承受的最大电压 ，即uDS增大到 使iD开始急剧上升时的uDS值。
④ 栅源击穿电压U(BR)GS 是栅、源极间所能承受的最大电压。对于结型场效
的最小uGS值。
2020/6/1
2
场效应管的主要参数及小信号等效模型
④ 直流输入电阻RGS 栅源间所加直流电压与产生电压对漏极电流的控制能力。
（2）极限参数 ① 最大漏极电流IDM 是管子在工作时允许的最大漏极电流。
2020/6/1
3
场效应管的主要参数及小信号等效模型
2020/6/1
5
场效应管的主要参数及小信号等效模型 （2）场效应管微变等效电路
（3）工作点处跨导gm的估算 ① 结型场效应管或耗尽型MOS 管
由
及
2020/6/1
有
6
场效应管的主要参数及小信号等效模型
故工作点处的跨导
② 增强型MOS管 同理：
2020/6/1
7
模拟电子技术基础
3.4 场效应管的主要参数 及小信号等效模型
2020/6/1
1
场效应管的主要参数及小信号等效模型
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此时vDS 夹断区延长 沟道电阻
iD基本不变
18
⑶vGS和vDS同时作用时 当VP <vGS<0 时，导电沟道更容易夹断， 对于同样的vDS ， iD的值比vGS=0时的值要小。 在预夹断处
vGD=vGS-vDS =VP
19
综上分析可知
1.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。
当沟道夹断时，对应 的栅源电压vGS称为夹断 电压VP （或VGS(off) ）。 对于N沟道的JFET，VP <0。
17
⑵ vDS对沟道的控制作用
当vGS=0时， vDS iD
g、d间PN结的反向 电压增加，使靠近漏极 处的耗尽层加宽，沟道 变窄，从上至下呈楔形 分布。
当vDS增加到使 vGD=VP 时，在紧靠漏 极处出现预夹断。
VDD
40 5V 60 40
2V
假设工作在饱和区
IDQ Kn (VGS VT )2 (0.2) (2 1)2mA 0.2mA
VDSQ VDD IDRd (5 0.215)V 2V
满足 VDS (VGS VT ) 假设成立，结果即为所求。
⑵ 低频互导gm
gm
iD vGS
VDS
考虑到 iD Kn (vGS VT )2
(vGS VT )
iD Kn
则
gm
iD vGS
VDS
[Kn (vGS VT )]2 vGS
VDS
2Kn (vGS VT ) 2 KniD
其中
Kn
μnCox 2
W L
1
gm ( R || rds ) 1 1 gm ( R || rds )
Avs
vo vs
vo vi
vi
vs
gm (R || rds ) ( Ri ) 1 gm (R || rds ) Ri Rs
共漏
13
Ri Rg1 || Rg2
Ro
vt it
1 1 1 R rds
10
⑵放大电路分析（例5.2.5）
解：例5.2.2的直流分析已 求得：IDQ 0.5mA VGSQ 2V
VDSQ 4.75V
s
gm 2Kn (VGSQ VT )
2 0.5 (2 1)mS
1mS
11
vo gm vgs Rd
vi vgs ( gmvgs )R vgs (1 gm R)
3.极限参数 ⑴ 最大漏极电流IDM ⑵ 最大耗散功率PDM ⑶ 最大漏源电压V（BR）DS ⑷ 最大栅源电压V（BR）GS
2
5.2 MOSFET放大电路
1. 直流偏置及静态工作点的计算 ⑴简单的共源极放大电路（N沟道）
共源极放大电路
直流通路
3
⑴简单的共源极放大电路（N沟道）
VG S
Rg2 Rg1 Rg2
IDQ gm vgs Knvg2s
静态值 （直流）
动态值 （交流）
非线性 失真项
当，vgs<< 2(VGSQ- VT )时， iD IDQ gm vgs IDQ id
9
⑴模型
iD IDQ gm vgs IDQ id id gmvgs
0时
高频小信号模型
VDD
须满足VGS > VT ，否则工作在截止区
假设工作在饱和区，即 VDS (VGS VT ) VDD IDRd
验证是否满足 VDS (VGS VT ) 如果不满足，则说明假设错误
再假设工作在可变电阻区 即 VDS (VGS VT )
6
1. 直流偏置及静态工作点的计算 静态时，vI＝0，VG ＝0，ID ＝I ID Kn (VGS VT )2 （饱和区） VS ＝ VG － VGS
电流源偏置
7
2. 图解分析
由于负载开路，交流负 载线与直流负载线相同
8
3. 小信号模型分析
⑴模型
iD Kn (vGS VT )2 Kn (VGSQ vgs VT )2 Kn[(VGSQ VT ) vgs ]2 Kn (VGSQ VT )2 2Kn (VGSQ VT )vgs Knvg2s
gm
R
||
rds
||
1 gm
14
5.3 结型场效应管
一、JFET的结构和工作原理 二、JFET的特性曲线及参数 三、JFET放大电路的小信号模型分析法
15
一、JFET的结构和工作原理
1. 结构
符号中的箭 头方向表示 什么？
16
2.工作原理（以N沟道JFET为例）
⑴ vGS对沟道的控制作用 当vGS＜0时 PN结反偏 耗尽层加厚 沟道变窄。 vGS继续减小，沟道继续变窄。
ID 2Kn (vGS VT ) vDS VDS VDD IDRd
4
例：设Rg1=60k，Rg2=40k，Rd=15k，
VDD=5V， VT=1V， Kn 0.2mA / V2 试计算电路的静态漏极电流IDQ和漏源 电压VDSQ 。
解： VGSQ
Rg2 Rg1 Rg2
2.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。 3.JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制。 4.预夹断前，iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后， iD趋 于饱和。
为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？
20
二、JFET的特性曲线及参数
1. 输出特性 2. 转移特性
5
⑵带源极电阻的NMOS共源极放大电路
VGS VG VS
[
Rg2 Rg1 Rg2
(VDD
VSS
)
VSS
]
(IDR VSS )
饱和区
ID Kn (VGS VT )2
VDS (VDD VSS ) ID ( Rd R)
需要验证是否满足 VDS (VGS VT )
Av
vo vi
gm Rd 1 gmR
Ri Rg1 || Rg2
Ro Rd
Avs
vo vs
vo vi
vi vs
Av
Ri Ri Rs
s
12
⑵放大电路分析（例5.2.6）
Av
vo vi
( gmvgs )(R || rds ) vgs gmvgs (R || rds )