场效应晶体管和基本放大电路
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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
场效应管原理及放大电路
图6-47 分压式偏置电路
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场效应管原理及放大电路
图6-47为分压式偏置电路，RG1和RG2为分压电阻。 栅-源电压为(电阻RG中并无电流通过) (6-24) 式中，UG为栅极电位。对N沟道耗尽型场效应管，UGS为负值，所以RSID＞UG；对N沟道增强型场效应管，UGS为正值，所以RSID＜UG。 当有信号输入时，我们对放大电路进行动态分析，主要是分析它的电压放大倍数及输入电阻与输出电阻。图6-48是图6-47所示分压式偏置放大电路的交流通 路，设输入信号为正弦量。 在图6-47的分压式偏置电路中，假如RG= 0，则放大电路的输入电阻为
故其输出电阻是很高的。在共源极放大电路中，漏极电阻RD和场效应管的输出电阻rDS是并联的，所以当rDS ro≈RD (6-26)
RD时，放大电路的输出电阻
这点和晶体管共发射极放大电路是类似的。 输出电压为 (6-27) 式中 ，由式(6-23)得出 。
电压放大倍数为
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场效应管原理及放大电路
图6-43 N沟道耗尽型场效应管的输出特性曲线
图6-44 N沟道耗尽型场效应管的转移特性曲线 以上介绍了N沟道绝缘栅场效应增强型和耗尽型管，实际上P沟道也有增强型和耗尽型，其符号如图6-45所示。
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场效应管原理及放大电路
(6-28) 式中的负号表示输出电压和输入电压反相。 【例6-7】 在图6-47所示的放大电路中，已知UDD=20 V，RD=10 kΩ，RS=10 kΩ，RG1=100 kΩ，RG2=51 kΩ，RG=1 MΩ，输出电阻为RL=10 kΩ。场效应管的 参数为IDSS=0.9 mA，UP= 4 V，gm=1.5 mA。试求：(1)静态值；(2)电压放大倍数。 解：(1) 由电路图可知
(完整word版)放大电路的工作原理和三种基本放大组态
放大电路的工作原理和三种基本放大组态放大电路里通常是晶体三极管、场效应管、集成运算放大器等，这些器件也称为有源器件。
共射放大电路如图所示。
V cc是集电极回路的直流电源，也是给放大电路提供能量的，一般在几伏到几十伏范围，以保证晶体三极管的发射结正向偏置、集电结反向偏置，使晶体三极管工作在放大区。
R c是集电极电阻，一般在几 K 至几十K 范围，它的作用是把集电极电流i C的变化变成集电极电压u CE的变化。
V BB是基极回路的直流电源，使发射结处于正向偏置，同时通过基极电阻R b提供给基极一个合适的基极电流I BQ，使三极管工作在放大区中适当的区域，这个电流I BQ常称为基极偏置电流，它决定着三极管的工作点，基极偏置电流I BQ是由V BB和基极电阻R b共同作用决定的，基极电阻R b一般在几十KΩ至几百KΩ范围。
如在输入端加上一个较小的正弦信号u i , 通过电容C1加到三极管的基极，从而引起基极电流i B在原来直流I BQ的基础上作相应的变化，由于u i是正弦信号，使i B随u i也相应地按正弦规律变化，这时的i B实际上是直流分流I BQ和交流分量i b迭加后的量。
同时i B的变化使集电极电流 i C 随之变化，因此i C也是直流分量I C和交流分量i c的迭加，但i C要比i B大得多（即β倍）。
电流i C在电阻R C上产生一个压降，集电极电压u CE =V CC－i C R L，这个集电极电压u CE也是由直流分量I C和交流分量 i C两部分迭加的。
这里的 u CE和 i C相位相反，即当 i C增大时, u CE减少。
由于C 2的隔直作用，使只有 u CE的交流分量通过电容C2作为放大电路的输出电压u O。
如电路参数选择适当，u O要比 u I的幅值要大得多，同时 u I与 u O的相位正好相反。
电路中各点的电流、电压波形如图所示。
放大电路的图解法放大电路有三种主要分析方法：一是图解法，二是微变等效电路法，三是计算机辅助分析法。
基本放大电路的发展史
基本放大电路的发展史介绍基本放大电路是现代电子设备中常见的一种电路类型，它能够将输入信号放大到适当的幅度，以便驱动输出设备。
本文将从一级标题“背景”开始，分别介绍基本放大电路的起源、发展和应用，最后总结其发展历程。
背景在电子设备的发展历程中，基本放大电路扮演了重要角色。
它不仅可以放大音频信号，还被广泛应用于通信、放映和科学研究等领域。
下面将详细介绍基本放大电路的发展史。
早期放大器早期的放大器采用了真空管作为放大元件。
在二十世纪初，发明了第一种真空管放大器。
这种放大器由一个用于放大信号的真空管和一组用于控制真空管工作的电极组成。
真空管放大器具有放大范围广、功率较大等优点，因此被广泛应用于广播和音频设备。
晶体管放大器的出现20世纪50年代，晶体管的出现颠覆了真空管放大器的地位。
晶体管放大器采用半导体材料制造，具有尺寸小、功耗低、可靠性高等优点。
这使得晶体管放大器成为电子设备中更加理想的选择。
半导体晶体管的发展半导体晶体管最早在20世纪50年代由贝尔实验室的研究人员发明，这一发明为晶体管放大器的实现奠定了基础。
随着半导体材料技术的发展，晶体管的性能不断提升，从最初的硅晶体管到后来的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），晶体管的尺寸越来越小，性能越来越优越。
基本放大电路的类型基本放大电路根据其电路结构和应用场景的不同，可以分为多种类型。
接下来将介绍三种常见的基本放大电路类型。
电压放大器电压放大器是一种常见的基本放大电路，它的作用是将输入信号的电压放大到所需的幅度。
电压放大器一般由一个放大元件（如晶体管）和若干电阻、电容等辅助元件组成。
电压放大器广泛应用于音频放大，通信等领域。
电流放大器电流放大器是另一种基本放大电路类型，它的作用是将输入信号的电流放大到所需的幅度。
电流放大器一般由一个放大元件和若干电阻、电容等辅助元件组成。
电流放大器常见于传感器、放映设备等领域。
功率放大器功率放大器是输入信号的功率放大到所需的幅度。
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。
场效应晶体管及其放大电路
为同极性偏置
场 效 应 管 放 大
➢结型场效应管为
反极性偏置
电 路
C1 vI RG
TRL vO
➢耗尽型MOS场效
应管两者均可 自给偏压适用于结 型或耗尽型管
自给偏压式偏置(二)
VDD
C1
RD RCD 2 DT
vI RG RGS vs VGSO
B SCS
RL
VDD 在本集级成放大电电路RD中路的，VDD
截止区：vGS VGS (off )
第 一
可变电阻区：
节 ：
vGS VGS (off )
场
0 vDS (vGS VGS (off ) )
饱和(恒流)区：
效 应 管
vGS VGS (off ) vDS (vGS VGS (off ) )
iD
kp 2
W L
(vGS
VGS (off ) )2
饱和漏极电流
iD / mA
节 ：
结
变 I DSS 电
vGS 0V
恒 1 击
I DSS
型
场
效
阻 区
流 区
2 3
穿 夹断电压 区
应 管
4 vDS /V
VGS (off )
vGS /V 0
场效应管的微变信号模型
源极 栅极 漏极
SGD
g
SiO2
耗尽层
Vgs
N
N
P型衬底 B
g
Vgs
Cgb
s
gmVgs
sb
输入端直流偏置
vO vo
通的必电常要输平CGR由时出移1 G提 动前 加DS供 单级 入B 电 直元，路 流vo v称i 这R种2 偏置RS方式
场 效 应 管 放 大
➢结型场效应管为
反极性偏置
电 路
C1 vI RG
TRL vO
➢耗尽型MOS场效
应管两者均可 自给偏压适用于结 型或耗尽型管
自给偏压式偏置(二)
VDD
C1
RD RCD 2 DT
vI RG RGS vs VGSO
B SCS
RL
VDD 在本集级成放大电电路RD中路的，VDD
截止区：vGS VGS (off )
第 一
可变电阻区：
节 ：
vGS VGS (off )
场
0 vDS (vGS VGS (off ) )
饱和(恒流)区：
效 应 管
vGS VGS (off ) vDS (vGS VGS (off ) )
iD
kp 2
W L
(vGS
VGS (off ) )2
饱和漏极电流
iD / mA
节 ：
结
变 I DSS 电
vGS 0V
恒 1 击
I DSS
型
场
效
阻 区
流 区
2 3
穿 夹断电压 区
应 管
4 vDS /V
VGS (off )
vGS /V 0
场效应管的微变信号模型
源极 栅极 漏极
SGD
g
SiO2
耗尽层
Vgs
N
N
P型衬底 B
g
Vgs
Cgb
s
gmVgs
sb
输入端直流偏置
vO vo
通的必电常要输平CGR由时出移1 G提 动前 加DS供 单级 入B 电 直元，路 流vo v称i 这R种2 偏置RS方式
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。
场效应晶体管及其放大电路PPT
（3） 在N沟道JFET中，uGS和UGS（off）均为负值。
在P沟道JFET中，uGS和UGS（off）均为正值。
3.1.3
结型场效应管的伏安特性
+ + – –
在正常情况下，iG =0，管子无输入特性。
1．输出特性（漏极特性）
+ +
6
4
2
可 变 电 阻 区
–
–
放大区
特性曲线
0
10
20
截止区
6
（2）当管子工作于恒流区时，转移特性曲线基本重合。
I DSS
当管子工作于恒流区时
uGS 2 iD I DSS (1 ) U GS(off)
I DSS iD uGS 0 V
uDS U GS(off)
称为零偏漏极电流
3.1.4
结型场效应管的主要电参数
1．直流参数
(1) 夹断电压UGS(off)
=0
G D
+ + P P
UGS(off)——
栅源截止电压 或夹断电压
N型导电沟
N
道
P+
当uDS=0时，uGS对沟道的控制作用动画演示
2．当uGS =0时，uDS对沟道的控制作用 – S =0 G + D
P+
N型导电沟
N
道
P+
a．0<uDS<|UGS(off)|
(a) 漏极电流iD≠0 uDS增大，iD增大。 (b) 沿沟道有电位梯度 (c)沿沟道PN结 反偏电压不同
– S =0 G
+ D
P+
N型导电沟
uDS 道
N
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第3章 场效应晶体管和基本放大 电路
3.1 场效应晶体管 3.2 场效应管放大电路
3.1 场效应晶体管
场效应管（FET）：是利用输入回路的电场 效应来控制输出回路电流的一种半导体器件。
仅靠多数载流子导电，又称单极型晶体管。
场效应管输入回路内阻很高(107~1015)，热稳定 性好，噪声低，比晶体管耗电小，应用广泛。
2）ｇ、ｓ间短路，ｄ、ｓ间加正向电压
当 UDS =0时，虽有导 电沟道，但ID为零。
当UDS 0时，产生ID， 但沟道中各点和栅极之 间电压不再相等，近漏 极电压最大，近源极电 压最小。
导电沟道宽度不再相 等，近漏极沟道窄，近 源极沟道宽。
d g
s
ID UDS
2）ｇ、ｓ间短路，ｄ、ｓ间加正向电压
s
此时的ID称为“饱和漏极 电流IDSS”
3）ｇ、ｓ间加负向电压，ｄ、ｓ间加正向电压
UGS 增加，使导电沟道
d
ID
变窄，ｄ、ｓ间的正电压使
沟道不等宽。
g
UDS
导电沟道夹断后，ID几乎
仅仅决定于UGS而与UDS 基 UGS 本无关。
s
3）ｇ、ｓ间加负向电压，ｄ、ｓ间加正向电压
当UGS一定时，ID表现出
当UGS=0时， 耗尽层很窄, 导电沟道宽。
随| UGS |增大， 耗尽层增宽，沟
道变窄，电阻增 大。
| UGS |增加到某一数 值,耗尽层闭和,沟道 消失,沟道电阻趋于无 穷大。
1)当UDS=0时，UGS对导电沟道的控制 | UGS |增加到某一数值，耗尽层闭和，沟道 消失，沟道电阻趋于无穷大。定义此时UGS的 值为夹断电压UGS（off） 由于PN结反偏，栅极电流基本为0，消耗很小。
2. 工作原理－－电压控制作用
d
g N
导电沟道
耗尽层 P+
正常工作时： 在栅-源之间加负向电压， (保证耗尽层承受反向电压) 漏-源之间加正向电压，(以 形成漏极电流）
s 结构示意图
这样既保证了栅-源之间
的电阻很高，又实现了UGS 对沟道电流ID的控制。
1)当UDS=0时，UGS对导电沟道的控制
分类：结型(JFET) 绝缘栅型(IGFET)
3.1.1 结型场效应管
1. 结型场效应管的结构
源极S 栅极G 漏极D SiO2
NP N N P
N沟道结构示意图
N沟道结型场效应管是 在同一块N型半导体上制 作两个高掺杂的P区。
将它们连接在一起引出 电极栅极G。N型半导体 分别引出漏极D、源极S。
P区和N区的交界面形成 耗尽层。源极和漏极之间 的非耗尽层称为导电沟。
பைடு நூலகம்
d
ID
恒流特性。此时可以把ID近
似看成UGS控制的电流源。
g
UDS
称场效应管为电压控制
元件。
UGS
s
通过以上分析有：
1）UGD> UGS（off） 时（未出现夹断前），对于不 同的UGS ，漏源之间等效成不同阻值的电阻， ID随UDS 的增加 线性增加。（对应可变电组区）
2）UGD= UGS（off） 时，漏源之间预夹断。 3）UGD< UGS（off） 时， ID几乎只决定于UGS，而与
UDS 无关，可以把ID近似看成UGS控制的电流源。 （对应恒流区，即放大区）
3.结型场效应管的特性（输出特性 和转移特性）
（因场效应管栅极电流几乎 ID 为零，不讨论输入特性。）
（1）输出特性曲线
ID = f (UDS ) UGS = 常数
场效应管工作区域：
可变电阻区（非饱和区）
UDS
恒流区（电流饱和区、放大区）
UDS
3)夹断区（截止区）
导电沟道全部夹断。
ID
条件：｜UGS ｜ UGS（off） 特点： ID 0
4)击穿区
UDS增加到一定程度，电流
UDS
急剧增大。
(2)转移特性曲线
ID = f (uGS ) UDS = 常数
ID /mA
IDSS
由半导体物理分析可得恒
流区ID近似表达式为：
ID IDS(S1UG uG S(oSff) )2 UGS(off)
夹断区（截止区）
击穿区（电流突然增大）
1)可变电阻区
ID
条件： UGD> UGS（off）。 特点：可通过改变UGS 来改变漏源间电阻值。
（预夹断轨迹：通过连接
UDS
各曲线上UGD= UGS（off）的 点而成。）
2)恒流区
ID
条件： UGD< UGS（off） 特点： ID只受UGS 控制。
ID为UGS 控制的电流源。
IDSS UGS=0时产 3 生预夹断时 的漏极电流
2
1
–4 –3 –2 –1 0
(2)转移特性曲线
N沟结型场效应管，栅源之 间加反向电压。
ID /mA
P沟结型场效应管，栅源之
IDSS
间加正向电压。
（管子工作在可变电阻区 时，不同的uDS ，转移特性 曲线有很大差别。）
3
UGS(off)
2
1
–4 –3 –2 –1 0
结型场效应管的符号
结型场效应管有N沟道和P沟道两种类型。
d
d
g
s N沟道符号
g
s P沟道符号
2. 工作原理－－电压控制作用
d
在N型硅材料两端加上
耗尽层 一定极性的电压，多子在
g N
P+
电场力的作用下形成电流
ID。
导电沟道
s 结构示意图
若将G、S间加上不同的 反偏电压，即可改变导电 沟道的宽度，便实现了利 用电压所产生的电场控制 导电沟道中电流强弱的目 的。
随着UDS增加，栅-漏电 压|UGD|增加，近漏端沟 道进一步变窄。
只要漏极附近的耗尽区 不出现相接，沟道电阻基 本决定于UGS。
随着UDS 的增加， ID线 性增加。
d—s间呈电阻特性。
d g
s
ID UDS
2）ｇ、ｓ间短路，ｄ、ｓ间加正向电压
d
ID
随着UDS增加，当UGD
A
= UGS - UDS = UGS（off）时,
g
靠近漏极出现夹断点。
UDS
称UGD= UGS（off）为预 夹断。
预夹断时，导电沟道
s
内仍有电流ID 。
2）ｇ、ｓ间短路，ｄ、ｓ间加正向电压
d
ID
预夹断之后，UDS 再增加，
预夹断延伸,夹断区长度增
A
加（AA'）。夹断区的阻
g
UDS
力增大。
A'
由于UDS的增加几乎全部 落在夹断区，漏极电流ID基 本保持不变。
IDSS UGS=0时产 生预夹断时
的漏极电流
转移特性曲线与输出特性曲线有严格的对应关系
4 iD /mA UGS =0V
– 1V
3
2
–2
1
–3V
–4V
0
4
8
12
输出特性
iD /mA
4 3
2 1
–4–3–2 –1 0 UGs(off)
转移特性
3.1.2 绝缘栅型场效应管（MOS管)
绝缘栅型场效应管采用sio2绝缘层隔离，栅极为 金属铝，又称为MOS管。 MOS管分类：
3.1 场效应晶体管 3.2 场效应管放大电路
3.1 场效应晶体管
场效应管（FET）：是利用输入回路的电场 效应来控制输出回路电流的一种半导体器件。
仅靠多数载流子导电，又称单极型晶体管。
场效应管输入回路内阻很高(107~1015)，热稳定 性好，噪声低，比晶体管耗电小，应用广泛。
2）ｇ、ｓ间短路，ｄ、ｓ间加正向电压
当 UDS =0时，虽有导 电沟道，但ID为零。
当UDS 0时，产生ID， 但沟道中各点和栅极之 间电压不再相等，近漏 极电压最大，近源极电 压最小。
导电沟道宽度不再相 等，近漏极沟道窄，近 源极沟道宽。
d g
s
ID UDS
2）ｇ、ｓ间短路，ｄ、ｓ间加正向电压
s
此时的ID称为“饱和漏极 电流IDSS”
3）ｇ、ｓ间加负向电压，ｄ、ｓ间加正向电压
UGS 增加，使导电沟道
d
ID
变窄，ｄ、ｓ间的正电压使
沟道不等宽。
g
UDS
导电沟道夹断后，ID几乎
仅仅决定于UGS而与UDS 基 UGS 本无关。
s
3）ｇ、ｓ间加负向电压，ｄ、ｓ间加正向电压
当UGS一定时，ID表现出
当UGS=0时， 耗尽层很窄, 导电沟道宽。
随| UGS |增大， 耗尽层增宽，沟
道变窄，电阻增 大。
| UGS |增加到某一数 值,耗尽层闭和,沟道 消失,沟道电阻趋于无 穷大。
1)当UDS=0时，UGS对导电沟道的控制 | UGS |增加到某一数值，耗尽层闭和，沟道 消失，沟道电阻趋于无穷大。定义此时UGS的 值为夹断电压UGS（off） 由于PN结反偏，栅极电流基本为0，消耗很小。
2. 工作原理－－电压控制作用
d
g N
导电沟道
耗尽层 P+
正常工作时： 在栅-源之间加负向电压， (保证耗尽层承受反向电压) 漏-源之间加正向电压，(以 形成漏极电流）
s 结构示意图
这样既保证了栅-源之间
的电阻很高，又实现了UGS 对沟道电流ID的控制。
1)当UDS=0时，UGS对导电沟道的控制
分类：结型(JFET) 绝缘栅型(IGFET)
3.1.1 结型场效应管
1. 结型场效应管的结构
源极S 栅极G 漏极D SiO2
NP N N P
N沟道结构示意图
N沟道结型场效应管是 在同一块N型半导体上制 作两个高掺杂的P区。
将它们连接在一起引出 电极栅极G。N型半导体 分别引出漏极D、源极S。
P区和N区的交界面形成 耗尽层。源极和漏极之间 的非耗尽层称为导电沟。
பைடு நூலகம்
d
ID
恒流特性。此时可以把ID近
似看成UGS控制的电流源。
g
UDS
称场效应管为电压控制
元件。
UGS
s
通过以上分析有：
1）UGD> UGS（off） 时（未出现夹断前），对于不 同的UGS ，漏源之间等效成不同阻值的电阻， ID随UDS 的增加 线性增加。（对应可变电组区）
2）UGD= UGS（off） 时，漏源之间预夹断。 3）UGD< UGS（off） 时， ID几乎只决定于UGS，而与
UDS 无关，可以把ID近似看成UGS控制的电流源。 （对应恒流区，即放大区）
3.结型场效应管的特性（输出特性 和转移特性）
（因场效应管栅极电流几乎 ID 为零，不讨论输入特性。）
（1）输出特性曲线
ID = f (UDS ) UGS = 常数
场效应管工作区域：
可变电阻区（非饱和区）
UDS
恒流区（电流饱和区、放大区）
UDS
3)夹断区（截止区）
导电沟道全部夹断。
ID
条件：｜UGS ｜ UGS（off） 特点： ID 0
4)击穿区
UDS增加到一定程度，电流
UDS
急剧增大。
(2)转移特性曲线
ID = f (uGS ) UDS = 常数
ID /mA
IDSS
由半导体物理分析可得恒
流区ID近似表达式为：
ID IDS(S1UG uG S(oSff) )2 UGS(off)
夹断区（截止区）
击穿区（电流突然增大）
1)可变电阻区
ID
条件： UGD> UGS（off）。 特点：可通过改变UGS 来改变漏源间电阻值。
（预夹断轨迹：通过连接
UDS
各曲线上UGD= UGS（off）的 点而成。）
2)恒流区
ID
条件： UGD< UGS（off） 特点： ID只受UGS 控制。
ID为UGS 控制的电流源。
IDSS UGS=0时产 3 生预夹断时 的漏极电流
2
1
–4 –3 –2 –1 0
(2)转移特性曲线
N沟结型场效应管，栅源之 间加反向电压。
ID /mA
P沟结型场效应管，栅源之
IDSS
间加正向电压。
（管子工作在可变电阻区 时，不同的uDS ，转移特性 曲线有很大差别。）
3
UGS(off)
2
1
–4 –3 –2 –1 0
结型场效应管的符号
结型场效应管有N沟道和P沟道两种类型。
d
d
g
s N沟道符号
g
s P沟道符号
2. 工作原理－－电压控制作用
d
在N型硅材料两端加上
耗尽层 一定极性的电压，多子在
g N
P+
电场力的作用下形成电流
ID。
导电沟道
s 结构示意图
若将G、S间加上不同的 反偏电压，即可改变导电 沟道的宽度，便实现了利 用电压所产生的电场控制 导电沟道中电流强弱的目 的。
随着UDS增加，栅-漏电 压|UGD|增加，近漏端沟 道进一步变窄。
只要漏极附近的耗尽区 不出现相接，沟道电阻基 本决定于UGS。
随着UDS 的增加， ID线 性增加。
d—s间呈电阻特性。
d g
s
ID UDS
2）ｇ、ｓ间短路，ｄ、ｓ间加正向电压
d
ID
随着UDS增加，当UGD
A
= UGS - UDS = UGS（off）时,
g
靠近漏极出现夹断点。
UDS
称UGD= UGS（off）为预 夹断。
预夹断时，导电沟道
s
内仍有电流ID 。
2）ｇ、ｓ间短路，ｄ、ｓ间加正向电压
d
ID
预夹断之后，UDS 再增加，
预夹断延伸,夹断区长度增
A
加（AA'）。夹断区的阻
g
UDS
力增大。
A'
由于UDS的增加几乎全部 落在夹断区，漏极电流ID基 本保持不变。
IDSS UGS=0时产 生预夹断时
的漏极电流
转移特性曲线与输出特性曲线有严格的对应关系
4 iD /mA UGS =0V
– 1V
3
2
–2
1
–3V
–4V
0
4
8
12
输出特性
iD /mA
4 3
2 1
–4–3–2 –1 0 UGs(off)
转移特性
3.1.2 绝缘栅型场效应管（MOS管)
绝缘栅型场效应管采用sio2绝缘层隔离，栅极为 金属铝，又称为MOS管。 MOS管分类：