五、场效应管放大电路
场效应管放大电路原理
场效应管放大电路原理场效应管放大电路原理1. 介绍场效应管（Field Effect Transistor，简称FET）是一种常用的电子器件，广泛应用于放大、开关和调节电路中。
作为一名文章写手，我将为您详细介绍场效应管放大电路的原理。
2. 场效应管概述场效应管是由源极、栅极和漏极三个主要部分组成的。
其中，栅极与源极之间的电压可以控制漏极电流的大小，从而实现信号的放大和调节。
和双极晶体管相比，场效应管具有输入电阻高、无需偏置电流等优点，因此在电子工程中得到广泛应用。
3. 场效应管放大电路的基本原理场效应管放大电路的基本原理是利用场效应管的特性来放大输入信号。
当输入信号施加在栅极上时，栅极源极间的电压将改变栅极-源极电流的大小，从而改变漏极电流。
根据场效应管工作状态的不同，可分为共源放大器、共漏放大器和共栅放大器三种。
3.1 共源放大器共源放大器是应用最广泛的一种场效应管放大电路。
在共源放大器中，输入信号通过耦合电容施加到栅极上，当信号施加后，栅极-源极电压发生变化，控制栅极-源极电流的大小，进而改变漏极电流。
共源放大器具有放大增益高、输入输出阻抗匹配等特点，适用于多种应用场景。
3.2 共漏放大器共漏放大器是场效应管放大电路的一种重要形式。
在共漏放大器中，漏极连接到电源，源极接地，输入信号通过漏极电阻耦合到栅极。
共漏放大器具有输入电阻高、输出电阻低等特点，适用于对电压放大和阻抗转换要求较高的场合。
3.3 共栅放大器共栅放大器是场效应管放大电路的另一种形式。
在共栅放大器中，信号通过源极电阻耦合到栅极，漏极连接到电源。
共栅放大器具有输入输出阻抗匹配、频率响应宽等特点，适用于高频放大和对输入频率响应要求较高的应用。
4. 实际应用案例场效应管放大电路广泛应用于各种电子设备中。
以音频放大器为例，通过合理选择场效应管的类型和工作点，可以实现对音频信号的放大和调节，保证音频设备的音质。
5. 个人观点和理解场效应管放大电路作为一种常见的放大器，具有输入电阻高、无需偏置电流、放大增益高等技术优点。
场效应管放大电路
这种偏置电路的特点是： 栅极直流偏压直接由电源UGG经电阻Rg供给，因为3DO1是耗 尽型MOS管，故 UGS = - UGG。由于场效应管输入电阻很大， 所以 Ig = 0 。栅偏压是由固定的外加电源供给的，故称为固 定偏置电路。此电路是共源极放大电路。
⑵ 自给栅偏压偏置电路
这种偏置电路的特点是： 在源极上接一个电阻RS，外加电压UDD产生的ID就会在RS 上产 生压降URS ，由于Ig = 0，所以可以得 ：UGS = - URS = - ID RS 。 这种电路栅 偏压是由漏极电流流过源极电阻产生的，故称为 自给偏压电路。增强型MOS管不采用此种这种方式。
（mA） ID UGS = 0 V
6
击穿区
rN小
可变电阻区
5
4 3 2
UGS = -1V 放 大 区 UGS = -2V UGS = -3V UGS = -4V
4 8 12 16 20 24
rN大
1 0
截止区
BUDSS
UDS（V）
⑶ 截止区 当|UGS|≥|UP|时，导电沟道完全夹断，电阻rn最大， 漏极电流 ID = 0，管子截止。
id
T2 T1 Id0
T3
Q0
ugso
ugs
从图可以看出当 UGS选在零工作 点，则温度变化时，漏极电流 ID 不变。T1，T2，T3为不同的温度 曲线。
4. 场效应管结构对称，应用灵活 ，方便。有时漏极和源极 可以互换使用，但是当衬底与源极相连在一起是不能互换使 用的。
5. 场效应管的制造工艺简单，有利于大规模集成。 6. 由于MOS场效应管输入电阻高达10¹² KΩ，故受外界静电 场感应产生的电荷不容易泄露，会在栅极上产生很高的电场 强度会引起 SiO2绝缘层击穿损坏管子。焊接时，应将电烙铁 外壳可靠接地。 7. 由于场效应管的跨导小，组成放大电路时，在相同负载 电阻的情况下，其电压放大倍数比三极管放大电路低。
场效应管及其放大电路(5)
氧化硅，故又称金属-氧化物-半导体场效应管，简
称MOS场效应管。
源极S 栅极G 漏极D
金属电极
SiO2绝缘层
符号： D
G
P型硅衬底
高掺杂N区
S 由于栅极是绝缘的，栅极电流几乎为零，输入电
阻很高，最高可达1014 。
2021/4/3
3
(2) N沟道增强型管的工作原理 由结构图可见，N+型漏区和N+型源区之间被P型
当UGS UGS(th）后，场效 应管才形成导电沟道，
开始导通，若漏–源之间 加上一定的电压UDS，则 有漏极电流ID产生。在 一定的UDS下漏极电流ID 的大小与栅源电压UGS有 关。所以，场效应管是
一种电压控制电流的器
件。
–ED +
S
EG
–UG+S G
D
N+
N+
P型硅衬底
N型导电沟道
在一定的漏–源电压UDS下，使管子由不导通变 为导通的临界栅源电压称为开启电压UGS(th）。
输出电阻
ri RG ( RG1 // RG2) rO RD
RG是为了提 高输入电阻ri 而设置的。
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由于晶体管的输出特性具有恒流输出特性，漏
源电阻(即场效晶体管的输出电阻)：
rds
ID/mA
ΔU DS ΔI D
uGS C
rds是很高的，在共源极放 大电路中，漏级电阻RD与 管子的输出电阻rds并联。
增尽强 型型 ：： 当当UGUS＝GS＝0时0时，，存没在有导导电电沟沟道道，，IDI0D＝。0。耗
2021/4/3
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3. 场效应管的主要参数
(1) 开启电压 UGS(th)：是增强型MOS管的参数
场效应管放大电路
场效应管放大电路
一、实验要求
(1)建立场效应管放大电路。
(2)分析场效应管放大电路的性能
二、实验内容
(1)建立结型场效应管共源放大电路。
结型场效应管取理想模式。
用信号发生器产生频率为lkHz、幅值为10mV的正弦信号。
(2)打开仿真开关，用示波器观察场效应管放大电路的输入波形和输出波形。
测量输出波形的幅值，计算电压放大倍数。
(3)建立如图3-3所示的场效应管放大电路的直流通路。
打开仿真开关，利用电压表和电流表测量电路静态参数。
三、实验电路原理图
结型场效应管共源放大电路
场效应管放大电路的直流通路
四、实验结果及分析
1、函数信号发生器
输入信号输出信号波形：
分析：
共源放大电路的电压放大倍数为10。
输出波形的幅值为100mv。
2、场效应管放大电路的直流通路大电路的直流通路
分析：
根据实验数据可得，场效应管的漏源电压为15.076V，栅源电压为0.411V，漏极电流为0。
.05mA。
电压表和电流表测到的栅源电压，漏源电压，漏极电流。
五、实验结论
与双极型晶体管放大电路的共发射极、共集电极和共基极电路相对应，场效应管放大电路也有三种基本组态：共源电路、共漏电路、共栅电路。
其电路结构与分析方法与双极型晶体管放大电路类似。
场效应管共源放大器电路
场效应管共源放大器电路场效应管共源放大器是一种常用的放大电路，它具有放大电压的功能。
本文将介绍场效应管共源放大器的原理、特点和应用。
一、场效应管共源放大器的原理场效应管是一种三极管，由栅极、漏极和源极构成。
在共源放大器中，源极是电压信号的输入端，漏极是电压信号的输出端，栅极用于控制场效应管的工作状态。
当在栅极施加一个恒定的直流电压时，栅极和源极之间形成一道正向偏置电压，使得场效应管进入饱和区。
在饱和区，源极电流基本上不受栅极电压的影响，因此可以实现电流信号的放大。
二、场效应管共源放大器的特点1. 输入电阻高：由于场效应管的栅极与源极之间存在一道反向偏置电压，使得输入电阻较大，可以减小输入信号对电路的负载影响。
2. 输出电阻低：场效应管的漏极与源极之间形成一道正向偏置电压，使得输出电阻较低，可以提供较大的输出电流。
3. 放大系数大：场效应管共源放大器的放大系数由栅极电压和源极电压决定，可以通过调节栅极电压来改变放大倍数。
4. 频率响应好：由于场效应管的输入和输出电容较小，因此具有较好的高频响应特性。
三、场效应管共源放大器的应用场效应管共源放大器广泛应用于各种电子设备中，如音频放大器、射频放大器等。
在音频放大器中，场效应管共源放大器可以将微弱的音频信号放大，使得音频信号能够驱动扬声器发出声音。
在射频放大器中，场效应管共源放大器可以将微弱的射频信号放大，使得射频信号能够被传输或接收设备处理。
四、场效应管共源放大器的优缺点场效应管共源放大器具有以下优点：1. 输入电阻高，输出电阻低，适合与其他电路连接；2. 放大系数大，可以放大微弱的信号；3. 频率响应好，适用于高频信号的放大。
然而，场效应管共源放大器也存在一些缺点：1. 由于场效应管的栅极与源极之间存在一道反向偏置电压，输入电压有一定的限制范围；2. 由于场效应管的漏极与源极之间形成一道正向偏置电压，输出电压也有一定的限制范围。
五、总结场效应管共源放大器是一种常用的放大电路，具有输入电阻高、输出电阻低、放大系数大和频率响应好等特点。
场效应管放大电路
场效应管放大电路
场效应管放大电路是一种重要的净化信号，广泛应用于消声、信号加强和纠正输入和输出信号的应用之中。
场效应管放大电路具有较高的稳定性，施加在输入和输出端的电压可以产生不同的放大倍数，可以增强信号的稳定性，并且有过载保护的功能，可以有效的减少输出噪声。
另外，场效应管放大电路的另一个重要优点是低失真率。
场效应管放大电路的输出电流和最大允许电压有直接的关系，当电压变化时，输出也会相应发生变化，这就可以很好的减少信号传输中的失真率，同时保证输出电流的稳定性。
此外，场效应管放大电路的功耗很低，因为放大电路的输出电压可以由输入端得到调节，这就可以有效的减少电源的功耗，大大改善节电效果。
总之，场效应管放大电路具有低失真率、低功耗和高稳定性等优点，广泛应用于各类电子设备中，提高了得到净化信号的效果。
场效应管共源放大器电路
场效应管共源放大器电路场效应管共源放大器是一种常见的放大器电路，常用于音频放大器、射频放大器等应用中。
本文将详细介绍场效应管共源放大器的基本原理、特点、工作原理以及优缺点等内容。
场效应管（Field Effect Transistor，简称FET）是一种三端器件，由栅(Gate)、漏极(Drain)和源极(Source)组成。
栅极的电压控制漏极与源极之间的电导，通过改变栅极电压可以控制场效应管的工作状态和电流流动。
共源放大器是场效应管最常用的放大器电路之一，其基本构成由一个场效应管、输入电阻、输出电阻和负载电阻组成。
首先，我们来看一下场效应管共源放大器的工作原理。
当输入信号电压为正时，栅极电压增大，导致场效应管通道的电阻减小，电流增大，漏极电压下降；当输入信号电压为负时，栅极电压降低，导致场效应管通道的电阻增大，电流减小，漏极电压上升。
这样就实现了输入电压与输出电流的正向线性关系，实现了信号放大。
场效应管共源放大器具有以下几个特点：1.高输入电阻：由于场效应管的栅极与漏极之间是绝缘层隔离的，所以输入电阻很高，可以减小外部电路和信号源对放大器的影响。
2.低输出电阻：输出电阻由场效应管的漏极电压-漏极电流特性决定，通常较低，可以保持输出端电压的稳定性。
3.电压放大倍数高：由于场效应管的增益较高，可以实现较大的电压放大倍数。
4.频率响应宽：场效应管具有较宽的频率响应范围，可以适应不同频率范围的信号放大需求。
接下来，我们来详细分析场效应管共源放大器的工作原理。
为了方便分析，我们假设输入信号源的内阻很小，输出负载阻抗足够大，以及漏极电阻和负载电阻之间的电压下降忽略不计。
在静态工作点时，输入电压为0时，场效应管的栅极电压为Vgs0，漏极电流为Id0，漏极电压为Vdd。
这时电路的总电压可以表示为Vdd = Vds + Vgs，其中Vds为漏极电压，Vgs为栅极电压。
当有输入信号Vin时，由于输入电阻很高，可以忽略输入电流的影响，那么输入电路的总电流可近似为Id = Id0 + id，其中Id为静态工作点的漏极电流，id为输入信号引起的微小漏极电流变化。
电子电工学——模拟电子技术 第五章 场效应管放大电路
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
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1mA / V
3. 小信号模型分析
（2）放大电路分析（例5.2.5）
vo gm vgs Rd
vi vgs ( gmvgs )R vgs (1 gm R)
Av
vo vi
gm Rd 1 gmR
Ri Rg1 // Rg2
Ro Rd
Avs
vo vS
vo vi
•
vi vS
Av
•
Ri Ri RS
增强型
N沟道
P沟道
耗尽型
N沟道 P沟道
N沟道 （耗尽型）
P沟道
耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在 增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道
CH5 场效应管放大电路
5.1 金属-氧化物-半导体 （MOS）场效应管
5.1.1 N沟道增强型MOSFET 5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET 5.1.3 P沟道MOSFET 5.1.4 沟道长度调制效应 5.1.5 MOSFET的主要参数
1)2 (1 vDS )
0.1 V1
L的单位为m
L
当不考虑沟道调制效应时，＝0，曲线是平坦的。
5.1.5 MOSFET的主要参数 CH5 场效应管放大电路
一、直流参数
1. 开启电压VT （增强型参数） 2. 夹断电压VP （耗尽型参数） 3. 饱和漏电流IDSS （耗尽型参数） 4. 直流输入电阻RGS （109Ω～1015Ω ）
2. 图解分析
CH5 场效应管放大电路
由于负载开路，交流负 载线与直流负载线相同
5.2.1 MOSFET放大电路 CH5 场效应管放大电路
3. 小信号模型分析 （1）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
当vDS增加到使vGD=VT 时， 在紧靠漏极处出现预夹断。
在预夹断处：vGD=vGS-vDS =VT
CH5 场效应管放大电路
2. 工作原理
（2）vDS对沟道的控制作用 预夹断后，vDS 夹断区延长 沟道电阻 ID基本不变
CH5 场效应管放大电路
2. 工作原理
（3） vDS和vGS同时作用时 vDS一定，vGS变化时
CH5 场效应管放大电路
s
3. 小信号模型分析
（2）放大电路分析（例5.2.6）
Av
vo vi
( gm vgs )(R // rds ) vgs gm vgs (R // rds )
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
(vGS VT )
iD Kn
则
gm
iD vGS
VDS
[Kn (vGS VT )]2 vGS
VDS
2Kn (vGS VT ) 2 KniD
其中
Kn
n Cox 2
W L
5.1.5 MOSFET的主要参数 CH5 场效应管放大电路
三、极限参数
1. 最大漏极电流IDM 2. 最大耗散功率PDM 3. 最大漏源电压V（BR）DS 4. 最大栅源电压V（BR）GS
解：VGSQ
Rg2 Rg1 Rg2
VDD
40 60 40
5V
2V
假设工作在饱和区
IDQ Kn (VGS VT )2 (0.2)(2 1)2 mA 0.2mA
VDSQ VDD IDRd [5 (0.2)(15)]V 2V
满足 VDS (VGS VT ) 假设成立，结果即为所求。
CH5 场效应管放大电路
5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET CH5 场效应管放大电路
1. 结构和工作原理（N沟道）
二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子 可以在正或负的栅源电压下工作，而且基本上无栅流
5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET CH5 场效应管放大电路
2. V-I 特性曲线及大信号特性方程
L 2 L
n ：反型层中电子迁移率
Cox ：栅极（与衬底间）氧 化层单位面积电容
Kn' nCox 本征电导因子 Kn为电导常数，单位：mA/V2
3. V-I 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 ③ 饱和区
（恒流区又称放大区）
vGS >VT ，且vDS≥（vGS－VT） V-I 特性：
直流通路
5.2.1 MOSFET放大电路 CH5 场效应管放大电路
1. 直流偏置及静态工作点的计算
（1）简单的共源极放大电路（N沟道）
VG S
Rg2 Rg1 Rg2
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 )
ID Kn (VGS VT )2 VDS VDD IDRd
二、交流参数
1. 输出电阻rds
rds
vDS iD
VG S
NMOS增强型rds
[Kn (vGS
VT )2 ]1
1
iD
当不考虑沟道调制效应时，＝0，rds→∞
5.1.5 MOSFET的主要参数 CH5 场效应管放大电路
二、交流参数
2. 低频互导gm
gm
iD vGS
VDS
考虑到 iD Kn (vGS VT )2
5.1.1 N沟道增强型MOSFET CH5 场效应管放大电路
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
5.1.1 N沟道增强型MOSFET CH5 场效应管放大电路
1. 结构（N沟道）
剖面图
符号
5.1.1 N沟道增强型MOSFET CH5 场效应管放大电路
场效应管的特点：
具有输入阻抗高、热稳定性好、噪声低、抗辐射能 力强、制造工艺简单等优点。 兼有体积小、重量轻、耗电省寿命长等特点。
场效应管的工作原理：
将控制电压转换为漏极电流——互导放大器件。
场效应管的分类：
FET 场效应管
MOSFET (IGFET) 绝缘栅型
JFET 结型
CH5 场效应管放大电路
2. 工作原理 （1）vGS对沟道的控制作用
当vGS≤0时 无导电沟道， d、s间加电压时，也
无电流产生。
当0<vGS <VT 时 产生电场，但未形成导电沟道（感生沟
道），d、s间加电压后，没有电流产生。
当vGS >VT 时
在电场作用下产生导电沟道，d、s间加 电压后，将有电流产生。
vGS越大，导电沟道越厚
iD Kn (vGS VT )2
KnVT2
(
vG S VT
1)2
I DO (
vG S VT
1)2
IDO KnVT2 是vGS＝2VT时的iD
CH5 场效应管放大电路
3. V-I 特性曲线及大信号特性方程
（2）转移特性
iD f (vGS) vDS const.
iD
IDO
(
vG S VT
1)2
CH5 场效应管放大电路
0时
高频小信号模型
3. 小信号模型分析
（2）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
CH5 场效应管放大电路
s
gm 2Kn (VGSQ VT )
2 0.5 (2 1)mA / V
5.2.1 MOSFET放大电路 CH5 场效应管放大电路
1. 直流偏置及静态工作点的计算
（2）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 2VDD ID(Rd R)
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
5.2.1 MOSFET放大电路
3. 小信号模型分析 （1）模型 iD IDQ gm vgs IDQ id
id gmvgs
CH5 场效应管放大电路
5.1 金属-氧化物-半导体（MOS）场效应管 5.2 MOSFET放大电路 5.3 结型场效应管（JFET） *5.4 砷化镓金属-半导体场效应管 5.5 各种放大器件电路性能比较
CH5 场效应管放大电路
场效应管的定义：
场效应管是一种利用电场效应来控制其电流大小 的半导体器件。
VT 称为开启电压
2. 工作原理
（2）vDS对沟道的控制作用 当vGS一定（vGS >VT ）时， vDS ID 沟道电位梯度 靠近漏极d处的电位升高 电场强度减小 沟道变薄
整个沟道呈楔形分布
CH5 场效应管放大电路
2. 工作原理
（2）vDS对沟道的控制作用 当vGS一定（vGS >VT ）时， vDS ID 沟道电位梯度
CH5 场效应管放大电路
（1）输出特性及大信号特性方程
iD f (vDS ) vGSconst.
② 可变电阻区 vDS≤（vGS－VT）
iD Kn [2(vGS VT ) vDS vD2 S ]
由于vDS较小，可近似为
iD 2Kn (vGS VT ) vDS