模拟电子技术基础4场效应管及其放大电路
《模拟电子技术基础》目录
模拟电子技术根底主编：黄瑞祥副主编：周选昌、查丽斌、郑利君杨慧梅、肖铎、赵胜颖目录绪论第1章集成运算放大器1.1 抱负运算放大器的功能与特性抱负运算放大器的电路符号与端口抱负运算放大器的功能与特性1.2 运算放大器的反相输入阐发闭环增益输入、输出阻抗有限开环增益的影响加权加法器运算放大器的同相输入阐发闭环增益输入、输出阻抗有限开环增益的影响电压跟随器1.4 运算放大器的差分输入阐发1.5 仪表放大器1.6 积分器与微分器1.6.1 具有通用阻抗的反相输入方式1.6.2 反相积分器1.6.3 反相微分器1.7 运算放大器的电源供电1.7.1 运算放大器的双电源供电1.7.2 运算放大器的单电源供电本章小结习题第2章半导体二极管及其底子电路2.1 半导体根底常识2 本征半导体2 杂质半导体2 两种导电机理——扩散和漂移2.2 PN结的形成和特性2.2.1 PN结的形成2.2.2 PN结的单向导电性2.2.3 PN结的反向击穿2.2.4 PN结的电容特性2.3 半导体二极管的布局及指标参数2 半导体二极管的布局2 二极管的主要参数2 半导体器件型号定名方法2.4 二极管电路的阐发方法与应用2.4.1 二极管电路模型2.4.2 二极管电路的阐发方法2 二极管应用电路2.5 特殊二极管2.5.1 肖特基二极管2.5.2 光电子器件本章小结习题第3章三极管放大电路根底3.1 三极管的物理布局与工作模式3 物理布局与电路符号3 三极管的工作模式3.2 三极管放大模式的工作道理3.2.1 三极管内部载流子的传递3.2.2 三极管的各极电流3.3 三极管的实际布局与等效电路模型3.3.1 三极管的实际布局3.3.2 三极管的等效电路模型3.4 三极管的饱和与截止模式3.4.1 三极管的饱和模式3.4.2 三极管的截止模式3.5 三极管特性的图形暗示3.5.1 输入特性曲线3.5.2 输出特性曲线3.5.3 转移特性曲线3.6 三极管电路的直流阐发3.6.1 三极管直流电路的阐发方法3.6.2 三极管直流电路阐发实例3.7 三极管放大器的主要参数3.7.1 三极管放大器电路3.7.2 集电极电流与跨导3.7.3 基极电流与基极的输入电阻发射极电流与发射极的输入电阻电压放大倍数3.8 三极管的交流小信号等效模型3.8.1 混合∏型模型3.8.2 T型模型3.8.3 交流小信号等效模型应用3.9 放大器电路的图解阐发3.10 三极管放大器的直流偏置3.10.1 单电源供电的直流偏置3.10.2 双电源供电的偏置电路集电极与基极接电阻的偏置电路恒流源偏置电路3.11 三极管放大器电路3.11.1 放大器的性能指标3.11.2 三极管放大器的底子组态共发射极放大器发射极接有电阻的共发射极放大器共基极放大器共集电极放大器本章小结习题第4章场效应管及其放大电路4.1 MOS场效应管及其特性4 增强型MOSFET〔EMOSFET〕4 耗尽型MOSFET〔DMOSFET〕4 四种MOSFET的比较4 小信号等效电路模型4.2 结型场效应管及其特性4 工作道理4 伏安特性4 JFET的小信号模型4.3 场效应管放大电路中的偏置4 直流状态下的场效应管电路4 分立元件场效应管放大器的偏置4 集成电路中场效应管放大器的偏置4.4 场效应管放大电路阐发4 FET放大电路的三种底子组态4 共源放大电路4 共栅放大电路4 共漏放大电路4 有源电阻本章小结习题第5章差分放大器与多级放大器5.1 电流源5 镜像电流源5 微电流源比例电流源5.2 差分放大器差分放大器模型差分放大器电路差分放大器的主要指标差分放大器的传输特性5.2.5 FET差分放大器5.2.6 差分放大器的零点漂移5.3 多级放大器5 多级放大器的一般布局5 多级放大器级间耦合方式5 多级放大器的阐发计算5.4 模拟集成电路读图操练5.4.1 模拟集成电路内部布局框图5.4.2 简单集成运放电路道理通用型模拟集成电路读图操练集成运算放大器的主要技术指标集成运算放大器的分类正确选择集成运算放大器集成运算放大器的使用要点本章小结习题第6章滤波电路及放大电路的频率响应6.1 有源滤波电路6 滤波电路的底子概念与分类6 低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器6.2 放大电路的频率响应6 三极管的高频等效模型6 单管共射极放大电路的频率特性阐发多级放大电路的频率特性本章小结习题第7章反响放大电路7.1 反响的底子概念与判断方法7 反响的底子概念7 负反响放大电路的四种底子组态反响的判断方法7.2 负反响放大电路的方框图及一般表达式7.2.1 负反响放大电路的方框图7.2.2 负反响放大电路的一般表达式7.3 负反响对放大电路性能的影响7.3.1 提高增益的不变性7.3.2 改变输入电阻和输出电阻7.3.3 减小非线性掉真和扩展频带7.4 深度负反响放大电路的阐发深度负反响条件下增益的近似计算虚短路和虚断路7.5 负反响放大电路的不变性问题负反响放大电路自激振荡及不变工作的条件负反响放大电路不变性的阐发负反响放大电路自激振荡的消除方法本章小结习题第8章功率放大电路8.1 概述8 功率放大电路的主要特点8 功率放大电路的工作状态与效率的关系8.2 互补对称功率放大电路8.2.1 双电源互补对称电路〔OCL电路〕8.2.2 单电源互补对称功率放大器〔OTL〕8.2.3 甲乙类互补对称功率放大器8.2.4 复合管互补对称功率放大器8.2.5 实际功率放大电路举例8.3 集成功率放大器8.3.1 集成功率放大器概述8.3.2 集成功放应用简介8.4 功率放大器实际应用电路OCL功率放大器实际应用电路OTL功率放大器实际应用电路集成功率放大器实际应用电路功率放大器应用中的几个问题本章小结习题第9章信号发生电路9.1 正弦波发生电路9.1.1 正弦波发生电路的工作道理和条件9.1.2 RC正弦波振荡电路9.1.3 LC正弦波振荡电路9.1.4 石英晶体正弦波振荡电路9.2 电压比较器单门限电压比较器迟滞比较器窗口比较器集成电压比较器9.3 非正弦波发生电路9.3.1 方波发生电路9.3.2 三角波发生电路9.3.3 锯齿波发生电路集成函数发生器简介本章小结习题第10章直流稳压电源10.1 引言10.2 整流电路10.2.1 单相半波整流电路单相全波整流电路10.2.3 单相桥式整流电路10.3 滤波电路10.3.1 电容滤波电路10.3.2 电感滤波电路10.3.3 LC滤波电路Π型滤波电路10.4 线性稳压电路10.4.1 直流稳压电源的主要性能指标10.4.2 串联型三极管稳压电路10.4.3 提高稳压性能的办法和庇护电路10.4.4 三端集成稳压器10.5 开关式稳压电路10.5.1 开关电源的控制方式10.5.2 开关式稳压电路的工作道理及应用电路10.5.3 脉宽调制式开关电源的应用电路本章小结习题。
模拟电子技术第章场效应管及其放大电路
v O1
例在如图所示电路中，已知VDD=15V，Rg1=150kΩ， Rg2=300kΩ， Rg3=1MΩ， Rd= RL=5kΩ，Rs=0.5kΩ， MOS管的VT=2V， IDO=2mA 。 试求解：
（1）电路的静态工作点；R 2
（2）电路的电压放大倍数、输入
电阻和输出电阻;
解：（1）
vI vi
i
2．共源极放大电路的动态分析
R2
+
vO
vI vi
vo
vGS 2VT
fL
v2 R1 v2
vO1 /V
-
vGS 2
交流等效电路
VT1
Av
V T
VVo2i VT
vGS
g
mVGS (Rd VGS
// RL )
v GS1
g m RL vGS VT
f
Rivi
vI 2
Ro Rd
vO2 /V
第25页/共32页
5
0.15 0.3
Ri
Rg 3
Rg1
//
Rg 2
(2
)M 0.15 0.3
2.1M
vOR1o/
V
Rd
2k
vi
第28页/共32页
v GS1 vGS VT
fL
f vI 2
3．共漏极放大电路的动态分析
R2 vi
vI
V i vO
VGS g mVGS
v2 R1
VGG VGSQ I DQ RS
（1）
vGD VT
iD几乎仅仅受控于vGS
vGS的增大几乎全部用 来克服夹断区的电阻
第12页/共32页
R2 vI
（2）特性曲线和电流方程
场效应管放大电路模拟电子技术基础半导体二极管及其基本电路
• 关心输出电 流与输入电流的 关系
++ VVs s
––
RsIi
+
Rs
+ VVii
––
Ro
Io
+
+
+
放Ri大电路 AVOVi Vo Vo RRLL
–
––
•电 压 放 大 模 型
•电 流 放 大 模 型
1.2.2 放大电路模型
•2. 电流放大模型
A IS •——负载短路时的
• 电流增益
•由输出回路得
•随号角 的频频满率谱足变。狄化利的克分雷布条，件称，为展该开信成 傅里叶级数
T = 0
Vs O
v(t) VS 2
2VS
(sin0t
1 3
s
in3
0
t
1 5
s
in5
0
t
)
•其中
VS 2
0
2
T
•——直流分量
2VS •——基波分量
Vs
2Vs
Vs
2Vs
end
1.2 放大电路的基本知识
1.2.1 模拟信号的放大
1.2.2 放大电路模型
电压放大模型
电流放大模型
互阻放大模型
互导放大模型
隔离放大电路模型
1.2.3 放大电路的主要性能指标
输入电阻
输出电阻
增益
频率响应及带宽 非线性失真
1.2.1 模拟信号的放大
信号源
Io
=
AIS Ii
Ro Ro + RL
《电子技术基础》第四章-场效应管及其放大电路
(4) 极间电容 ：漏源电容CDS约为 0.1~1pF，栅源电容CGS和栅 漏极电容CGD约为1~3pF。
场效应管的主要参数
(5) 低频跨导 gm ：表示vGS对iD的控制作用。
gm
=
d iD d vGS
N沟道结型场效 应管的结构动画
2. 工作原理
结型场效应管没有绝缘层，只
能工作在反偏的条件下。N沟道结
型场效应管只能工作在负栅压区，
P沟道的只能工作在正栅压区，否
ID
则将会出现栅流。
N沟道结型场效应管工作原理：
（1）VGS对导电沟道的影响： (a) VGS=0，VDS=0，ID=0 VP(VGS(OFF) )：夹断电压
ID
ID=IDSS基本不变。
J型场效应管的 工作原理动画
3. 特性曲线 VDS=10V时的 转移特性曲线
当|vGS - vDS | | vP |后，管子工作在恒流区，vDS对iD的影响 很小。实验证明，当|vGS - vDS | | VP | 时，iD可近似表示为：
iD
IDSS(1-
vGS) VP
2
IDSS是在VGS = 0， VDS > |VP | 时的漏极电流
场效应管总结
PMOS 耗尽 PMOS 增强 NMOS 耗尽 NMOS 增强
结型 P 结型 N
VGS<VP 时工作 VGS 可正可负
VGS>VP 时工作 VGS 可正可负
VGS<VP 时工作 VP>0
VGS>VP 时工作 VP<0 VP
产生夹断后，VDS增大，ID不变的 区域，VGS -VDS VP
模电第四版习题解答
模电第四版习题解答 YUKI was compiled on the morning of December 16, 2020模拟电子技术基础第四版清华大学电子学教研组编童诗白华成英主编自测题与习题解答目录第1章常用半导体器件‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3第2章基本放大电路‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥14 第3章多级放大电路‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥31 第4章集成运算放大电路‥‥‥‥‥‥‥‥‥41 第5章放大电路的频率响应‥‥‥‥‥‥‥‥50 第6章放大电路中的反馈‥‥‥‥‥‥‥‥‥60 第7章信号的运算和处理‥‥‥‥‥‥‥‥‥74 第8章波形的发生和信号的转换‥‥‥‥‥‥90 第9章功率放大电路‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥114 第10章直流电源‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥126第1章常用半导体器件自测题一、判断下列说法是否正确，用“×”和“√”表示判断结果填入空内。
(1)在N 型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P 型半导体。
( √ )(2)因为N 型半导体的多子是自由电子，所以它带负电。
( ×)(3)PN 结在无光照、无外加电压时，结电流为零。
( √ )(4)处于放大状态的晶体管，集电极电流是多子漂移运动形成的。
( ×)(5)结型场效应管外加的栅一源电压应使栅一源间的耗尽层承受反向电压，才能保证其R大的特点。
( √)GSU大于零，则其输入电阻会明显变小。
(6)若耗尽型N 沟道MOS 管的GS( ×)二、选择正确答案填入空内。
(l) PN 结加正向电压时，空间电荷区将 A 。
A.变窄B.基本不变C.变宽(2)稳压管的稳压区是其工作在 C 。
A.正向导通B.反向截止C.反向击穿(3)当晶体管工作在放大区时，发射结电压和集电结电压应为 B 。
A.前者反偏、后者也反偏B.前者正偏、后者反偏C.前者正偏、后者也正偏(4) U GS=0V时，能够工作在恒流区的场效应管有 A 、C 。
模拟电子技术基本第四版课后答案解析第二章
.第 2 章基本放大电路自测题一．在括号内用“√”和“×”表明下列说法是否正确。
1.只有电路既放大电流又放大电压 ,才称其有放大作用。
(×)2.可以说任何放大电路都有功率放大作用。
(√)3. 放大电路中输出的电流和电压都是有源元件提供的。
(×)4.电路中各电量的交流成分是交流信号源提供的。
(×)5. 放大电路必须加上合适的直流电源才能正常工作。
(√)6.由于放大的对象是变化量，所以当输入直流信号时，任何放大电路的输出都毫无变化。
(×)7. 只要是共射放大电路，输出电压的底部失真都是饱和失真。
(×)二．试分析图 T2.2 各电路是否能放大正弦交流信号，简述理由。
设图中所有电容对交流信号均可视为短路。
(a)(b)(c).(d)(e)(f)(g)(h)(i)图 T2.2解：图 (a) 不能。
V BB将输入信号短路。
图(b) 可以。
图(c) 不能。
输入信号与基极偏置是并联关系而非串联关系。
图(d) 不能。
晶体管基极回路因无限流电阻而烧毁。
图(e) 不能。
输入信号被电容C2短路。
图(f) 不能。
输出始终为零。
图(g) 可能。
图(h) 不合理。
因为G- S间电压将大于零。
图(i) 不能。
因为T 截止。
.三．在图T2.3所示电路中，已知VCC12V ,晶体管=100b100k。
填空：要求β， R'先填文字表达式后填得数。
(1)当U V时，测得 UBEQ 0.7V ，若要基极电流 IBQ20A,则 R'和R W之和i0b R b=((V CC U BEQ)/I BQ) k≈( 565 ) k；而若测得U CEQ6V，则R c=((V UCEQ) /IBQ≈。
CC) ( 3 ) k(2)若测得输入电压有效值 U i 5mV 时，输出电压有效值 U o' 0.6V ，则电压放大倍数A u(U o /U i) ≈( -120 ) 。
《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
模拟电路场效应管及其基本放大电路
UGS(off)
信息技术学院
3. 特性
（1）转移特性
在恒流区
uGS 2 iD I DSS (1 ) U GS(off)
漏极饱 和电流
(U GS (off ) uGS 0)
夹断 电压
信息技术学院
（2）输出特性
iD f (uDS ) U GS 常量
IDSS g-s电压 控制d-s的 等效电阻
信息技术学院
P 沟道场效应管 D
P 沟道场效应管是在 P 型 硅棒的两侧做成高掺杂的 N 型区(N+)，导电沟道为 P 型， 多数载流子为空穴。 d
P G
N+ 型 沟 道 N+
g
S
s 符号
信息技术学院
2. 工作原理
（1）栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用
uDS=0
UGS（off）
沟道最宽 (a)uGS = 0
2)耗尽型MOS管
夹断 电压
信息技术学院
各类场效应管的符号和特性曲线
种类 结型 N 沟 道 符号 D 转移特性 ID /mA IDSS 漏极特性 UGS= 0V
ID
-
G
S D
UGS(off) O
UGS
O + + + ID O
o
UDS
ID
结型
P 沟 道
O UGS(off) UGS
G
IDSS
S D B
iD f (uGS ) U DS 常量
当场效应管工作在恒流区时，由于输出特性曲线可近似为横轴的一组平行 线，所以可用一条转移特性曲线代替恒流区的所有曲线。输出特性曲线的 恒流区中做横轴的垂线，读出垂线与各曲线交点的坐标值，建立uGS，iD坐 标系，连接各点所得的曲线就是转移特性曲线。
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FET 特点
BJT工作在放大区时，输入回路的PN结(BE结)加正向偏压，输入 阻抗小，且属于电流控制电流器件。场效应管(FET)虽然也是一种具 有PN结的半导体器件，但它是利用器件内部的电场效应控制输出电 流的大小，其输入回路的PN结通常工作在反偏压或绝缘状态，输入 阻抗很高(107～1012)。FET具有体积小、耗电少、寿命长、内部噪声 小、热稳定性好、抗辐射能力强、制造工艺简单以及便于集成等特 点。
沟道变窄
U GG uGS
iD 趋 于 饱 和
A
U DD uDS U GG
uGS
iD 饱 和
U DD
A
u DS
(c) uDS uGS U GS(off)
沟道预夹断
3/31/2020 2:35:36 AM
(d) uDS uGS U GS(off)
沟道夹断
当 uGS 为某一固定值，且UGS(off) uGS 0 时，若 uDS 0 则 iD 0 。当 uDS 从 零逐渐增大时，沟道中产生电位梯度，在电场的作用下导电沟道中形 成沟道电流 iD 。 iD 从漏极流向源极。
极和源极之间加一个负电压( uGS 0 )，使栅极与 N 沟道间的 PN 结反
偏，栅极电流 iG 0 ，JFET 呈现出高达 109Ω 的输入电阻。在漏极和
源极间加一个正电压( uDS 0 )，则使 N 沟道中的多数载流子(电子)在
电场作用下由源极向漏极运动，形成漏极电流 iD 。应注意到，iD 的大 小受 uDS 的影响，同时也受 uGS 的控制。因此，讨论 JFET 的工作原理 实际上就是分析 uGS 对 iD 的控制作用和 uDS 对 iD 的影响。
间完全合拢，导电沟道被夹断，如图 4-2c 所示。此时漏－源极之间 的电阻趋于无穷大，相应的栅－源极之间的电压称为夹断电压
U G S ( o f 。f ) N 沟道 JFET 的U GS(off) 0 。 由上述分析可见，改变 uGS 的大小可以有效控制导电沟道电阻的
大小。但由于 uDS 0 ，漏极电流 iD 0 。
3/31/2020 2:35:35 AM
4.1 结型场效应管(JFET)
4.1 N沟道结型场效应管
4.1.1 N沟道结型场效应管的结构
(Drain)
(Drain)
d
g s
N 沟道
d
(Gate)
(Gate)
(Source)
(Source)
(a) N沟道JFET的结构
(b) P沟道JFET的结构
图4-1 结型场效应管的结构及符号
g
s
P 沟道
(c) (c) JFET的符号
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如图4-1a所示，在一块N型半导体材料的各分别扩散一个 高参杂浓度的P型区(用P+表示)，两侧P+区与N沟道交界处形成 两个PN结，由于P+区内侧耗尽层非常窄，可见这两个PN结都 是非对称PN结。
两边P+区各引出一个欧姆接触电极并连接在一起，称为 栅极G(Gate)；在N型半导体的两端各引出一个欧姆接触电极， 分别称为源极S(Source)和漏极D(Drain)。两个PN结之间的N型 区域称为N型导电沟道，简称N沟道。N沟道JFET的符号如图41c所示，其中，箭头所指方向表示栅极和源极之间的PN结加 正向偏压时，栅极电流的方向是从P指向N。
由于沟道中的电位梯度从源极到漏极，沿导电沟道的电位差从靠
近源极端的零电位逐渐升高到靠近漏极端的＋ uDS ，因此，从源极端
到漏极端的不同位置上，栅极与导电沟道之间的电位差在逐渐变化， 即距离源极越远电位差越大，施加到 PN 结的反偏压也越大，耗尽层 越向沟道中心扩展，使导电沟道形成楔形，如图 4-3b 所示。
3/31/2020 2:35:35 AM
4.1.2.1 uGS对导电沟道和 iD 的控制作用
d
d
d
g
g
U GG
g
U GG
suGSs源自(a)(b)uGS
s
(c)
图4－2 uDS 0时uGS 对沟道的控制作用
(a) uGS 0 (b) uGS 0 (c) uGS UGS(off)
导电沟道
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沟道变窄
沟道夹断
首先假定 uDS 0 。当 uGS 0 时，导电沟道未受任何电场的作用，
PN 结处于平衡状态，导电沟道最宽，如图 4-2a 所示。
当 uGS 由零向负值增大时，在 uGS 的反向偏置电压作用下，两个
PN 结反偏，耗尽层将加宽，导电沟道变窄，沟道电阻增大，如图 4-2b 所示。
u 当 GS 增大到一定值，使 uGS ＝U GS(off) 时 ，两侧的耗尽层在中
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4.1.2.2 uDS 对导电沟道和 iD 的控制作用
iD=0
iD 迅 速 增 大
U GG uGS
U DD u DS
(a) uGS 0 uDS 0
沟道最宽但电 流为零
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(b) u DS u GS U GS(off)
场效应管根据结构和工作原理的不同，分为两大类：结型场效 应管(Junction Field Effect Transistor, JFET)和金属－氧化物－半导体场 效应管（MOSFET） ，其中包括耗尽型和增强型。本章先介绍JFET 和MOSFET的结构、工作原理、特性曲线及主要参数，再讨论场效 应管放大电路的3种组态：共源极、共漏极和共栅极放大电路。
第4章 场效应管放 大电路
3/31/2020 2:35:35 AM
基本要求
• 了解场效应管的分类、结型场效应管 （JFET）和金属－氧化物－半导体场效应 管（MOSFET）的结构、工作原理；
• 熟悉输出特性曲线和转移特性曲线，以 及场效应管的主要参数；
• 掌握场效应管放大电路的组成、分析方 法和应用。
如图4-1b所示为P型沟道JFET的结构示意图，其符号如图 4-1c所示。对于P沟道JFET，在使用过程中，除了直流电源电 压极性和漏极电流的方向与N型沟道JFET相反外，两者的工作 原理完全一样。
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4.1.2 N沟道结型场效应管的工作原理
从 N 沟道 JFET 的结构上看，当 N 沟道 JFET 工作时，需要在栅