第四章场效应管及其基本放大电路
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第四章场效应管放大电路
一、N沟道MOS管的直流参数 (1).开启电压VT:
N沟道MOS管，在VGS＜VT时，不能形成导电 沟道，管子处于截止状态；只有当VGS≥VT时，才有沟 道形成。 VT——开启电压。
这种在VGS=0时没有沟道，只有VGS≥VT时才能 形成感生导电沟道的MOS管称为增强型MOS管。
第四章 场效应管放大电路
→形成由栅极指向P型
衬底的纵向电场
+
→将靠近栅极下方的空 穴向下排斥
-
→形成耗尽层。
第四章 场效应管放大电路
现假设vDS=0V，在s、g间加一电压vGS＞0V 当vGS增大时→耗尽层增宽，并且该大电场会 把衬底的自由电子吸引到
耗尽层与绝缘层之间，形
成一N型薄层，构成漏-源 之间的导电沟道，称为反
N沟道耗尽型 MOS管 与 N沟 道 增 强型MOS管基本相 似。
区别：耗尽型
MOS 管 在 vGS=0 时 ，漏－源极间已有 导电沟道产生；
增强型MOS管要
在vGS≥VT时才出现 导电沟道。
5.1.5
第四章 场效应管放大电路
N沟道耗尽型MOSFET 在栅极下方的SiO2 层中掺入了大量的金 属正离子。所以当 vGS=0 时 ， 这 些 正 离 子 已经感应出反型层， 形成了沟道。
夹断区
VT
2VT
第四章 场效应管放大电路
①截止区: vGS<vT
无导电沟道,iD=0,管子处于截止区.
②可变电阻区: vDS< vGS-vT
iD
K n [2(GS
T
)DS
2 DS
]
Kn
nCox
2
(W L
)
单位：mA V 2
N沟道MOS管，在VGS＜VT时，不能形成导电 沟道，管子处于截止状态；只有当VGS≥VT时，才有沟 道形成。 VT——开启电压。
这种在VGS=0时没有沟道，只有VGS≥VT时才能 形成感生导电沟道的MOS管称为增强型MOS管。
第四章 场效应管放大电路
→形成由栅极指向P型
衬底的纵向电场
+
→将靠近栅极下方的空 穴向下排斥
-
→形成耗尽层。
第四章 场效应管放大电路
现假设vDS=0V，在s、g间加一电压vGS＞0V 当vGS增大时→耗尽层增宽，并且该大电场会 把衬底的自由电子吸引到
耗尽层与绝缘层之间，形
成一N型薄层，构成漏-源 之间的导电沟道，称为反
N沟道耗尽型 MOS管 与 N沟 道 增 强型MOS管基本相 似。
区别：耗尽型
MOS 管 在 vGS=0 时 ，漏－源极间已有 导电沟道产生；
增强型MOS管要
在vGS≥VT时才出现 导电沟道。
5.1.5
第四章 场效应管放大电路
N沟道耗尽型MOSFET 在栅极下方的SiO2 层中掺入了大量的金 属正离子。所以当 vGS=0 时 ， 这 些 正 离 子 已经感应出反型层， 形成了沟道。
夹断区
VT
2VT
第四章 场效应管放大电路
①截止区: vGS<vT
无导电沟道,iD=0,管子处于截止区.
②可变电阻区: vDS< vGS-vT
iD
K n [2(GS
T
)DS
2 DS
]
Kn
nCox
2
(W L
)
单位：mA V 2
第4章 场效应管及其电路
第4章
场效应管及其电路
场效应管(FET)是一种电压控制器件，它是利用输入电压 产生电场效应来控制输出电流的。它具有输入电阻高、噪声低、 热稳定性好、耗电省等优点，目前已被广泛应用于各种电子电 路中。 场效应管按其结构不同分为结型(JFET)和绝缘栅型(IGFET) 两种，其中绝缘栅型场效应管由于其制造工艺简单，便于大规 模集成，因此应用更为广泛。
求得ID和UGS后，再求
U DS VDD I D (Rd Rs )
第4章
场效应管及其电路
4.3 场效应管放大电路
(2) 动态分析
①FET的简化H参数等效电路
图4-14 FET简化H参数等效电路
第4章
场效应管及其电路
4.3 场效应管放大电路
图4-2
uGS 0 时的情况
第4章
场效应管及其电路
4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
2．工作原理 0 (2) 栅源电压 uGS 0 ，漏源电压 uDS 时的情况 如图4-3所示，由P型 半导体转化成的N型薄层， 被称为反型层。反型层使 漏源之间形成一条由半导 体N-N-N组成的导电沟道 。 若此时加入漏源电压 ， uDS i 就会有漏极电流 产生。D
D
第4章
场效应管及其电路
4.2 结型场效应管(JFET)
2．转移特性曲线
u 在N沟道JFET转移特性曲线上， GS 0处的 iD I DSS ,而 iD 0 i 处的 uGS U P 。在恒流区，D 与 uGS之间的关系可近似表示为
u iD I DSS 1 - GS UP
2
条件为： U P ≤ uDS ≤U (BR)DS
U P ≤ uGS ≤ 0
第四章 场效应晶体管及其放大电路
ID
IDSS(1源自U GS U GS(off)
)
2
3. 结型场效应管
结型场效应管的特性和耗尽型绝 缘栅场效应管类似。图4-7 a)、 b) 分别为Ｎ沟道和Ｐ沟道的结型场效 应管图形符号。
图4-7
使用结型场效应管时，应使栅极与源极间加反偏电压，漏 极与源极间加正向电压。对于Ｎ沟道的管子来说，栅源电压应 为负值，漏源电压为正值。
图4-1
（1）工作原理
增强型MOS管的源区(N+)、衬底(P型)和漏区(N+)三者之 间形成了两个背靠背的PN+结，漏区和源区被P型衬底隔开。
当栅-源之间的电压 uGS 0时，不管漏源之间的电源VDD 极 性如何，总有一个PN+结反向偏置，此时反向电阻很高，不能 形成导电通道。
若栅极悬空，即使漏源之间加上电压 uDS，也不会产生漏 极电流 iD ，MOS管处于截止状态。
2) 输出特性曲线 I D f (U DS ) UGS常数
图4-4b)是N沟道增强型MOS管的输出特性曲线，输出特性曲 线可分为下列几个区域。
① 可变电阻区
uDS很小时，可不考虑 uDS 对沟道的影响。于是 uGS一 定时，沟道电阻也一定， 故 iD 与 uDS 之间基本上是 线性关系。
uGS 越大，沟道电阻越
的变化而变化，iD 已趋于饱和， 具有恒流性质。所以这个区域 又称饱和区。
③ 截止区
uGS UGS(th)时以下的区域。
（夹断区）
当uDS增大一定值以后，漏源之间会发生击穿，漏极电流 iD急剧增大。
2. N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的结构
上述的增强型绝缘栅场效应管只有当 uGS U GS(th) 时才能形成导电沟道，如果在制造时就使它具有一个原始 导电沟道，这种绝缘栅场效应管称为耗尽型。
《模拟电子技术》课件第4章场效应管及其基本放大电路
iD(mA)
vGS=7V vGS=5V
vGS=3V
vDS/V
N沟道增强型MOSFET
3） V-I 特性曲线及大信号特性方程 （1）输出特性
N沟道增强型MOSFET
iD f (vDS ) vGSconst.
① 截止区 当vGS＜VT时，导电沟道尚未形 成，iD＝0，为截止工作状态。 ② 可变电阻区
p+
p+p+ p+
沟道电阻增大。 3）当│vGS│↑到一定值时 ，
VGVGGG VGG
NN N
沟道夹断。
ss
s
当沟道夹断时，对应的栅源电压
vGS称为夹断电压VP 。
N沟道的JFET，VP <01。5
N沟道JFET工作原理
② vDS对iD的影响 （vGS =0）
1）当vDS=0时，iD=0。
2） vDS iD
短由线于表栅示极在未与加源适极当、栅漏压极前漏均极无与电源接极触之，间无故导称电绝沟缘道栅。极。
§4.1 场效应管
一、金属氧化物-半导体（MOS）场效应管 1.N沟道增强型MOSFET
1）结构（N沟道）L ：沟道长度 W ：沟道宽度 tox ：绝缘层厚度 通常 W > L
3
2）工作原理
s 二氧化硅
§4.1 场效应管
场效应管（Field Effect Transistor简称FET）是一
种电压控制器件，工作时，只有一种载流子参与导电，
因此它是单极型器件。
MOSFET 增强型
绝缘栅型场效应管 耗尽型
FET分类：
JFET
N沟道
结型场效应管 P沟道
N沟道 P沟道
N沟道 P沟道
第4章 场效应管及其基本放大电路
恒流区
IDSS/V
G
D S
+
-
VGG
+
V uGS
VDD
-
O
UGS = 0V -1 -2 -3 -4 -5 -6 夹断区 -7 U P 8V
击穿区
uDS /V
特性曲线测试电路
漏极特性
漏极特性也有三个区：可变电阻区、恒流区和夹断区。
各类场效应管的符号和特性曲线 种类 结型 耗 尽 N 沟道 型 结型 耗 尽 P 沟道 型 绝缘 增 栅型 强 N 沟道 型 符号
S
S
VGG
(c) UGS ＜UGS(off)
(b) UGS(off) < UGS < 0
（2） 漏源电压uDS 对漏极电流iD的控制作用
uGD ＝ uGS －uDS (a)
P+
D
iD
(b)
D
iD
G
N
P+
VDD
+ P+ GP N
P+
VDD
S iS uGS = 0，uGD > UGS（Off) ，iD 较大。
uDS /V
O
UT 2UT
uGS /V
二、N 沟道耗尽型 MOSFET
制造过程中预先在二氧化硅的绝缘层中掺入正离子， 这些正离子电场在 P 型衬底中“感应”负电荷，形成“反 型层”。即使 UGS = 0 也会形成 N 型导电沟道。 UGS = 0，UDS > 0，产生 较大的漏极电流； UGS < 0，绝缘层中正离 子感应的负电荷减少，导电 沟道变窄，iD 减小； UGS = UP , 感应电荷被 “耗尽”，iD 0。
导电沟道是 N 型的， 称 N 沟道结型场效应管。
第四章_MOSFET及其放大电路
GSQ
)则
TN
i K V V K V V v D
(
)2 2
n
GSQ
TN
(
)
n
GSQ
TN
gs
=IDQ
i K V V v 2 d
(
)
n
GSQ
TN
gs
g 2K V V 令
(
)
m
n
GSQ
TN
则
i g v d
m gs
跨导也可以通过求微分得到:
g i
2K V V m
D
vV
const
GS
GS Q
vGS
VGG
S
•在栅极和衬底之间施加的电压VGB>0，
形成自上而下的电场，该电场随电压的增
N+
大而加强。
G
D
N+ N型沟道
• 在电场的作用下， P区中的多子（空穴） 向衬底下部移动，少子（电子）被吸引到 G极并在sio2表面积累。
P型衬底
B
•若增大VGS ，则电子积累得越多，直到感应的电子能在漏极和源极
之间形成可测电流（即VGS增加到足够大），此时N型导电沟道形成，
U GQ
U AQ
Rg1 Rg1 Rg2
VDD
USQ I DQ Rs
IDQ Kn (UGSQ UTN )2
U DSQ VDD I DQ (Rd Rs )
为什么加Rg3?其数值应大些小些？
二、场效应管工作状态分析
[分析指南] MOSFET电路的直流分析
求VGS，VGS>VTN?
是
否
假设工作在放大区 ID=Kn(VGS-VTN)2
(整理)第4章场效应管放大电路
第四章 场效应管放大电路4.1 结型场效应管4．11 结构结型场效应管有两种结构形式：N 型沟道结型场效应管和P 型沟道结型场效应管。
如图（1）图（1）结型场效应管的结构示意图和符号4．12 工作原理在D 、S 间加上电压U DS ，则源极和漏极之间形成电流I D ，我们通过改变栅极和源极的反向电压U GS ，就可以改变两个PN 结阻挡层的（耗尽层）的宽度，这样就改变了沟道电阻，因此就改变了漏极电流I D 。
1. UGS 对导电沟道的影响 假设Uds=0：当Ugs 由零向负值增大时，PN 结的阻挡层加厚，沟道变厚，电阻增大。
如图（2）中（a ）（b ）所示。
若Ugs 的负值再进一步增大，当Ugs=Up 时两个PN 结的阻挡层相遇，沟道消失，我们称为沟道被“夹断“了，Up 称为夹断电压，此时Id=0，如图（2）中（c ）所示。
图（2）当UDS=0时UGS 对导电沟道的影响示意2. I D 与U DS 、U GS 之间的关系假定栅，源电压|Ugs|〈|Up|，如Ugs=-1V ，而Up=-4V ，当漏，源之间加上电压Uds=2V 时，沟道中将所有的电流Id 通过。
此电流将沿着沟道的方向产生一个电压降，这样沟道上各点的电位就不同，因而沟道内各点的栅极之间的电位差也就各不相等。
漏电端与栅极之间的反(a ) N 型沟道＋(b ) P 型沟道＋DS(c ) N 沟道(d ) P 沟道(a ) U GS ＝0＝0(b ) U GS ＜0＝0(c ) U GS ＝ －U P＝0向电压最高，如Udg=Uds-Ugs=2 -（-1）=3V ，沿着沟道向下逐渐降低，使源极端沟道较宽，而靠近漏极端的沟道较窄。
如图（3）中（a ）。
此时，若增大Uds ，由于沟道电阻增大较慢，所以Id 随之增加。
当Uds 进一步怎家到使栅，漏间电压Ugd 等于Up 时，即 Ugd=Ugs-Uds=Up则在D 极附近，两个PN 结的阻挡层相遇，如图（3）（b ）所示，我们称为预夹断。
第四章 场效应管(FET)及基本放大电路
第四章 场效应管（FET ）及基本放大电路§4.1 知识点归纳一、场效应管（FET ）原理·FET 分别为JFET 和MOSFET 两大类。
每类都有两种沟道类型，而MOSFET 又分为增强型和耗尽型（JFET 属耗尽型），故共有6种类型FET （图4-1）。
·JFET 和MOSFET 内部结构有较大差别，但内部的沟道电流都是多子漂移电流。
一般情况下，该电流与GS v 、DS v 都有关。
·沟道未夹断时，FET 的D-S 口等效为一个压控电阻（GS v 控制电阻的大小），沟道全夹断时，沟道电流D i 为零；沟道在靠近漏端局部断时称部分夹断，此时D i 主要受控于GS v ，而DS v 影响较小。
这就是FET 放大偏置状态；部分夹断与未夹断的临界点为预夹断。
·在预夹断点，GS v 与DS v 满足预夹断方程：耗尽型FET 的预夹断方程：P GS DS V v v -=（P V ——夹断电压） 增强型FET 的预夹断方程：T GS DS V v v -=（T V ——开启电压）·各种类型的FET ，偏置在放大区（沟道部分夹断）的条件由表4-4总结。
表4-4 FET 放大偏置时GS v 与DS v 应满足的关系·偏置在放大区的FET ，GS v ~D i 满足平方律关系：耗尽型：2)1(P GS DSS D V v I i -=（DSS I ——零偏饱和漏电流）增强型：2)(T GS D V v k i -=*· FET 输出特性曲线反映关系参变量GS VDS D v f i )(=，该曲线将伏安平面分为可变电阻区（沟道未夹断），放大区（沟道部分夹断）和截止区（沟道全夹断）；FET 转移特性曲线反映在放大区的关系)(GS D v f i =（此时参变量DS V 影响很小），图4-17画出以漏极流向源极的沟道电流为参考方向的6种FET 的转移特性曲线，这组曲线对表4-4是一个很好映证。
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2
VGS I D I DS 1 V PG
VGS I D I D0 1 VT
2
线性电子
22
§4.2 耗尽型MOSFET
JFET、EMOS与DMOS对比
相同点：各器件工作原理与伏安特性曲线形态相似 不同点： 导电沟道形成机制各不相同
uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必须加负电压？
线性电子
4.1、漏-源电压对漏极电流的影响
UGS(off) <uGS<0
uGD>UGS（off）
uGD＝UGS（off）
预夹断
uGD<UGS（off）
0>uGS＞UGS（off）且不变，VDD增大，iD增大。 VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的 电阻，iD几乎不变，进入饱和电流区，iD几 乎仅仅决定于UGS。
漏极输出伏安特性与转移特性：
预夹断电压VP
ID
I DS
N+ P B N+
可 变VP VGS VPG 电 饱和电流区 VGS 0 阻 VGS 0 区 VGS VPG
夹断 电压
ID I DS
VPG 0
VGS
0
VPG 截止区 VDS
VDS VP 饱和电流区： VPG VGS VDS VP 可变电阻区： VPG VGS
线性电子
§4.2 . 输出特性
漏极伏安特性
VDS VGS S G D
预夹断电压VP
ID
N+ P B
N+
0
VP
VDS
VP VGS VT
16
线性电子
§4.2. 输出特性
三个工作区
可 变VP VGS VT 电 饱和电流区 阻 区 V V
GS 1
ID
VDS VP 饱和电流区： VT VGS VDS VP 可变电阻区： VT VGS
线性电子
S
4.1 输出特性
漏极输出伏安特性
情况-1:
D
iD f (uDS ) U GS 常量
ID
ID
VGS 0
G
N P+ P+ P+
P+ P+
N 沟 道
P+
VDS
I DSS
VGS
0
VP 0
S
VDS
7
线性电子
4.1 输出特性
ID
情况-2:
-VP0 <VGS 0
N P+ P+
截止区：VGS VT
GS 2
VGS 2 VT
0
截止区
三种工作状态
饱和态：工作于饱和电流区
VDS
非饱和态：工作于可变电阻区 截止态：工作于截止区
线性电子
17
§4.2.转移特性
I D f VDS ,VGS I D f VGS VDS VP
饱和区
ID
I D0
为什么加Rg3?其数值应大些小些？ 哪种场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？
因IG恒为0 ，分压式偏置电路可提供精确固定的栅压，通过RS的合理 配置，可获得可正可负的栅源控制电压VGS，因而适用于各种FET； 线性电子
举例：FET直流偏置
已知N JFET 夹断电压VP 0 3.5V，I DSS 18mA， 求VGS 及VDS .
FET基本放
大电路结构
VDD
RG1
RD
C2
分压式直流偏置电路
C1
G
D S
RL CS Vo
交流输入端
交流输出端
Vi RG 2
RS
耦合电容
旁路电容
线性电子
1. 低频交流小信号混合h模型
器件参数各不相同
偏置要求（工作前提条件）各不相同
对N/P型器件而言，两者的栅源控制电压VGS反相，漏极电
流ID反相 线性电子
23
4.2 场效应管的分类
工作在饱和区时g-s、d-s间的电压极性
N沟道(uGS＜0，uDS＞0) 结型 P沟道(uGS＞0，uDS＜0) N沟道(uGS＞0，uDS＞0) 场效应管 增强型 P沟道(uGS＜0，uDS＜0) 绝缘栅型 N沟道(uGS极性任意，uDS＞0) 耗尽型 P沟道(uGS极性任意，uDS＜0)
D
P+ P+
VDS
ID
G
VGS 0
VGS VP 0
VGS
I DSS
N 沟 道
0
VP 0
VDS
S
与BJT输出特性类似，漏极伏安特性将形成一族曲线。
线性电子
8
4.1 输出特性
情况-3:
ID
VGS -VP0
N P+ G
D
-JFET截止，即
-VP0 <VGS 0
VDSQ VP =VP0 +VGSQ
转移 特性
基本放大电路、 静态、动态 频率
V I D I D 0 GS 1 VT
2
V 重要 I D I DSS (1 GS ) 2 公式 V
线性电子
P0
V I D I DS 1 GS VPG
ID
VP 0
ID VP 0
0
VDS
VGS VP 0
VGS 2 VP 0 VGS 1 VGS 2
VGS 0
0
I DSS
VGS
I DSS
VP VP 0 VGS
S
VGS I D I DSS 1 V P0
2
P-JFET与N-JFET工作原理相同，区别仅在于栅源控制电压VGS以及漏极电流
VGS
P+
VDS
N 沟 道
ID 0
线性电子
S
9
4.1 输出特性
N-JFET正常工作的前提条件
iD f (uDS ) U GS 常量
IDSS
g-s电压控 制d-s的等 效电阻
VDSQ VP =VP0 +VGSQ
可 变 电 阻 区
-VP0 <VGS 0
与BJT类似，漏极伏安特 性将形成一族曲线
第四章 场效应管及其基本放大电路
4.1 结型场效应管
4.2 绝缘栅型场效应管
4.3 直流偏置电路 4.4 场效应管的交流小信号模型
4.5 三种组态场效应管放大器的中频特性
4.6 单级共源放大器的频率特性
线性电子
1
§4.1 结型场效应管（N沟道为例）
单极型管∶输入阻抗特别大，噪声小、抗辐射能力强、低电压工作
•uGS=0可工作在电流饱和区的场效应管有哪几种？ •uGS＞0才可能工作在电流饱和区的场效应管有哪几种？ •uGS＜0才可能工作在电流饱和区的场效应管有哪几种？
线性电子
§4.3 直流偏置电路
1. 基本共源放大电路
根据场效应管工作在饱和电流区的条件，在g-s、 d-s间加极性合适的电源
U GSQ VGG I DQ VGG I DO ( 1) 2 VT
开启 电压
转移特性方程：
形式1
0 VT 2VT VGS
2
VGS I D I D0 1 VT
形式2
线性电子
18
§4.2. 耗尽型 MOS管
夹断电压VPG:
栅源电压模值。 小到一定 值才夹断
uGS=0时就存在 导电沟道
加正离子
VGS控制特点:耗尽型MOS管在 VGS＞0、 VGS ＜0、 VGS ＝0
VGS VPG
•饱和电流区，电流方程
截止区：VGS VPG
V I D I DS 1 GS VPG
20
2
线性电子
回顾：场效应管结构、工作原理与伏安特性
电压 控制型
结构 原理
导电沟道 反型层 反型层
结型FET
增强型MOSFET
耗尽型MOSFET
外部 条件 输出 特性
1. 结型场效应管
漏极D :Drain
结构示意图
栅极G :Gate
符号
导电 沟道
源极S: Source
场效应管三个极：对应 于晶体管e、b、c；
三个工作区域：截止区、饱和区、可变电阻区， 对应于晶体管截止区、放大区、饱和区。
线性电子
§4.1 结型场效应管
漏极（D）
结构要素
一条导电沟道 两个PN结 三个电极
-2V
-1V
O
uGS
转移特性方程： 在饱和区：
VGS 2 I D I DSS (1 ) 线性电子 VP0
uDG＞ VP0 VDS＞VGS VP 0
形式2
形式1
I D KVp2 K VGS VP 0
11
2
4. 1转移特性
P-JFET的漏极伏安特性及其转移特性
ID D P N+ G P 沟 道 VGS N+ VDS
线性电子
13
§4.2 MOSFET工作过程的动画演示
线性电子
4.2 增强型MOS管uDS对iD的影响
VGS VT
刚出现夹断
iD随uDS的增大而增
大，可变电阻区
uGD＝UGS(th),预夹断
服夹断区的电阻
iD几乎仅仅受控于 uGS，饱和电流区
uGS的增大几乎全部用来克
用场效应管组成放大电路时应使之工作在饱和区。N沟道增 强型MOS管工作在饱和电流区的条件是什么？
VGS I D I DS 1 V PG
VGS I D I D0 1 VT
2
线性电子
22
§4.2 耗尽型MOSFET
JFET、EMOS与DMOS对比
相同点：各器件工作原理与伏安特性曲线形态相似 不同点： 导电沟道形成机制各不相同
uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必须加负电压？
线性电子
4.1、漏-源电压对漏极电流的影响
UGS(off) <uGS<0
uGD>UGS（off）
uGD＝UGS（off）
预夹断
uGD<UGS（off）
0>uGS＞UGS（off）且不变，VDD增大，iD增大。 VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的 电阻，iD几乎不变，进入饱和电流区，iD几 乎仅仅决定于UGS。
漏极输出伏安特性与转移特性：
预夹断电压VP
ID
I DS
N+ P B N+
可 变VP VGS VPG 电 饱和电流区 VGS 0 阻 VGS 0 区 VGS VPG
夹断 电压
ID I DS
VPG 0
VGS
0
VPG 截止区 VDS
VDS VP 饱和电流区： VPG VGS VDS VP 可变电阻区： VPG VGS
线性电子
§4.2 . 输出特性
漏极伏安特性
VDS VGS S G D
预夹断电压VP
ID
N+ P B
N+
0
VP
VDS
VP VGS VT
16
线性电子
§4.2. 输出特性
三个工作区
可 变VP VGS VT 电 饱和电流区 阻 区 V V
GS 1
ID
VDS VP 饱和电流区： VT VGS VDS VP 可变电阻区： VT VGS
线性电子
S
4.1 输出特性
漏极输出伏安特性
情况-1:
D
iD f (uDS ) U GS 常量
ID
ID
VGS 0
G
N P+ P+ P+
P+ P+
N 沟 道
P+
VDS
I DSS
VGS
0
VP 0
S
VDS
7
线性电子
4.1 输出特性
ID
情况-2:
-VP0 <VGS 0
N P+ P+
截止区：VGS VT
GS 2
VGS 2 VT
0
截止区
三种工作状态
饱和态：工作于饱和电流区
VDS
非饱和态：工作于可变电阻区 截止态：工作于截止区
线性电子
17
§4.2.转移特性
I D f VDS ,VGS I D f VGS VDS VP
饱和区
ID
I D0
为什么加Rg3?其数值应大些小些？ 哪种场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？
因IG恒为0 ，分压式偏置电路可提供精确固定的栅压，通过RS的合理 配置，可获得可正可负的栅源控制电压VGS，因而适用于各种FET； 线性电子
举例：FET直流偏置
已知N JFET 夹断电压VP 0 3.5V，I DSS 18mA， 求VGS 及VDS .
FET基本放
大电路结构
VDD
RG1
RD
C2
分压式直流偏置电路
C1
G
D S
RL CS Vo
交流输入端
交流输出端
Vi RG 2
RS
耦合电容
旁路电容
线性电子
1. 低频交流小信号混合h模型
器件参数各不相同
偏置要求（工作前提条件）各不相同
对N/P型器件而言，两者的栅源控制电压VGS反相，漏极电
流ID反相 线性电子
23
4.2 场效应管的分类
工作在饱和区时g-s、d-s间的电压极性
N沟道(uGS＜0，uDS＞0) 结型 P沟道(uGS＞0，uDS＜0) N沟道(uGS＞0，uDS＞0) 场效应管 增强型 P沟道(uGS＜0，uDS＜0) 绝缘栅型 N沟道(uGS极性任意，uDS＞0) 耗尽型 P沟道(uGS极性任意，uDS＜0)
D
P+ P+
VDS
ID
G
VGS 0
VGS VP 0
VGS
I DSS
N 沟 道
0
VP 0
VDS
S
与BJT输出特性类似，漏极伏安特性将形成一族曲线。
线性电子
8
4.1 输出特性
情况-3:
ID
VGS -VP0
N P+ G
D
-JFET截止，即
-VP0 <VGS 0
VDSQ VP =VP0 +VGSQ
转移 特性
基本放大电路、 静态、动态 频率
V I D I D 0 GS 1 VT
2
V 重要 I D I DSS (1 GS ) 2 公式 V
线性电子
P0
V I D I DS 1 GS VPG
ID
VP 0
ID VP 0
0
VDS
VGS VP 0
VGS 2 VP 0 VGS 1 VGS 2
VGS 0
0
I DSS
VGS
I DSS
VP VP 0 VGS
S
VGS I D I DSS 1 V P0
2
P-JFET与N-JFET工作原理相同，区别仅在于栅源控制电压VGS以及漏极电流
VGS
P+
VDS
N 沟 道
ID 0
线性电子
S
9
4.1 输出特性
N-JFET正常工作的前提条件
iD f (uDS ) U GS 常量
IDSS
g-s电压控 制d-s的等 效电阻
VDSQ VP =VP0 +VGSQ
可 变 电 阻 区
-VP0 <VGS 0
与BJT类似，漏极伏安特 性将形成一族曲线
第四章 场效应管及其基本放大电路
4.1 结型场效应管
4.2 绝缘栅型场效应管
4.3 直流偏置电路 4.4 场效应管的交流小信号模型
4.5 三种组态场效应管放大器的中频特性
4.6 单级共源放大器的频率特性
线性电子
1
§4.1 结型场效应管（N沟道为例）
单极型管∶输入阻抗特别大，噪声小、抗辐射能力强、低电压工作
•uGS=0可工作在电流饱和区的场效应管有哪几种？ •uGS＞0才可能工作在电流饱和区的场效应管有哪几种？ •uGS＜0才可能工作在电流饱和区的场效应管有哪几种？
线性电子
§4.3 直流偏置电路
1. 基本共源放大电路
根据场效应管工作在饱和电流区的条件，在g-s、 d-s间加极性合适的电源
U GSQ VGG I DQ VGG I DO ( 1) 2 VT
开启 电压
转移特性方程：
形式1
0 VT 2VT VGS
2
VGS I D I D0 1 VT
形式2
线性电子
18
§4.2. 耗尽型 MOS管
夹断电压VPG:
栅源电压模值。 小到一定 值才夹断
uGS=0时就存在 导电沟道
加正离子
VGS控制特点:耗尽型MOS管在 VGS＞0、 VGS ＜0、 VGS ＝0
VGS VPG
•饱和电流区，电流方程
截止区：VGS VPG
V I D I DS 1 GS VPG
20
2
线性电子
回顾：场效应管结构、工作原理与伏安特性
电压 控制型
结构 原理
导电沟道 反型层 反型层
结型FET
增强型MOSFET
耗尽型MOSFET
外部 条件 输出 特性
1. 结型场效应管
漏极D :Drain
结构示意图
栅极G :Gate
符号
导电 沟道
源极S: Source
场效应管三个极：对应 于晶体管e、b、c；
三个工作区域：截止区、饱和区、可变电阻区， 对应于晶体管截止区、放大区、饱和区。
线性电子
§4.1 结型场效应管
漏极（D）
结构要素
一条导电沟道 两个PN结 三个电极
-2V
-1V
O
uGS
转移特性方程： 在饱和区：
VGS 2 I D I DSS (1 ) 线性电子 VP0
uDG＞ VP0 VDS＞VGS VP 0
形式2
形式1
I D KVp2 K VGS VP 0
11
2
4. 1转移特性
P-JFET的漏极伏安特性及其转移特性
ID D P N+ G P 沟 道 VGS N+ VDS
线性电子
13
§4.2 MOSFET工作过程的动画演示
线性电子
4.2 增强型MOS管uDS对iD的影响
VGS VT
刚出现夹断
iD随uDS的增大而增
大，可变电阻区
uGD＝UGS(th),预夹断
服夹断区的电阻
iD几乎仅仅受控于 uGS，饱和电流区
uGS的增大几乎全部用来克
用场效应管组成放大电路时应使之工作在饱和区。N沟道增 强型MOS管工作在饱和电流区的条件是什么？