场效应管放大电路
场效应管三种组态放大电路特点
场效应管三种组态放大电路特点
场效应管有三种组态放大电路，分别是共源放大电路、共漏放大电路和共栅放大电路。
它们的特点如下：
1. 共源放大电路：
- 输入电压是输入信号的电压变化，输出电压是负载电阻上的电压变化。
- 具有电压放大和电流放大的作用，电压增益较大。
- 输入电阻高，输出电阻低。
- 可以实现单端放大，但需要外部耦合电容。
2. 共漏放大电路：
- 输入电压是输入信号的电压变化，输出电压是源极电压的变化。
- 具有电压放大和电流放大的作用，电压增益较大。
- 输入电阻低，输出电阻高。
- 适用于低频信号放大，对高频信号响应较差。
3. 共栅放大电路：
- 输入电压是栅极电压的变化，输出电压是负载电阻上的电压变化。
- 具有电压放大和电流放大的作用，电压增益较小。
- 输入电阻低，输出电阻高。
- 适用于高频信号放大，对低频信号响应较差。
这三种组态放大电路根据不同的应用需求选择，能够满足不同频率
范围、电压增益和输入输出特性的要求。
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。
场效应管共源放大电路
54/734.2.3 场效应管三种基本放大电路场效应管放大电路的组成只能有三种连接方式：①共源极（CS, Common-Source）放大电路②共漏极（CD, Common-Drain）放大电路③共栅极（CG, Common-Gate ）放大电路1. 共源放大电路•直流分析U GS = U G -U S-ID R S2G S D D SS G S,th(1)UI I U =-U GSQ 和I DQU DSQ =E D -I DQ (R S +R D )D 212E R R R+=一般r ds 较大可忽略i d GR G R 1R 2R D R L D r ds R S S U gsU i U o未接C s 时io U U U A =- g m U gs (R D //R L )U gs + g m U gs R s =- g m R 'D 1+ g m R s R 'D =R D //R L •交流分析g m U gsI d G R G R 1R 2R D R L D r ds R S g m U gs U gs U i U o S 未接C s 时U A =- g m R 'D1+ g m R sr 'i r 'i =R G +(R 1//R 2)≈R Gr 'o r 'o ≈ R D接入C s 时A U = -g m (R D //R L )r 'i =R G +(R 1//R 2)≈R Gr 'o =R D R s 的作用是提供一个直流栅源电压、引入直流负反馈来稳定工作点。
但它同时对交流也起负反馈作用，使电路的放大倍数降低。
接入C S 可以消除R S 对交流的负反馈作用。
（详见反馈章节）57/73共源放大电路小结：共源放大电路特点：电压增益高，输入电阻高，输出电阻较高，输出电压与输入电压反相。
A U = -g m (R D //R L )r 'i =R G +(R 1//R 2)≈R G r 'o =RD58/73制作单位：北京交通大学电子信息工程学院 《模拟电子技术》课程组。
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。
52场效应管放大电路
解：由于IG=0,栅极和源极上的电压分别为
VG
VS
V V G VS G S V V G S 0 V V S S ID R (1 S 0 ( 4 I1 D )V 4 0 ID )VID IV D2 G .8 2S .m 1 844 m 或 4 0 A A 1 * .2 4 .8 m 1 4 A 1 .3 RV G 6 0 不合VR理SSS 设MOS管工作在饱和区，则 ID1.41mA
反相，电压放大倍数大于1；输出电阻=RD。 (3) 场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放
大倍数小于1且约等于1；输出电阻小。
例5.2.4：设 V D D 5 V ,R d 3 .9 k ,V G S 2 V场效应管的参数为
V T 1 V ,K n 0 .8 m A /V 2 , 0 .0 2 V 1当MOS管工作于饱和区时
VDS QVDD IDR QS
MOS场效应管放大电路分析（3）
3结、i论i共：漏放大电G 路动D态id参数计算
输出电阻Ro： Ro
G
vo
| vs 0
io
D
idRL
+VDD
（相+似1），共性漏能R电G也2路相与似V+共g。s 集电路g结mV构gs
+ RG2RG1 vgs
D gmvgs
（V2i）因为Av≈1，S-共漏电路电+ 路 也（的-称3R）O源小共极。R漏跟G电1随路器的。RRSO比共R源L 电-路Vo
5.2 场效应管放大电路
场效应管的三个电极g、s、d和三极管的 三个电极b、e、c的作用相对应。用场效应管 组成的放大电路也有相应的共源、共漏、共栅 三种不同的接法，为使场效应管放大电路能够 正常工作，也应建立合适的静态工作点，并使 静态工作点稳定，所不同的是场效应管是电压 控制器件，需要建立合适的栅源电压，也叫栅 极偏置电压（栅偏压）。
MOS场效应管放大电路解读
2.67K
五、应用举例
•
• 3、计算电压放大倍数 Au 。
•
Au
gmRS // RL
0.258 //1000
1 gmRS // RL 1 0.258 //1000
0.67
注意事项
(1)在使用场效应管时，要注意漏源电压 UDS、漏源电流ID、栅源电压UGS及耗散功率等 值不能超过最大允许值。
• 从表中可以看出，rgs和rds数值很大，可以忽略；跨 接在g~d之间的电容Cgd可以用与晶体管分析相同的方法 折合到输入和输出回路：
•
•
Cgs Cgs (1 K )Cgd , (K gm RL )
•
Cds
Cds
K
•
1
C
gd
,
K
•
(K gm RL )
场效应管的高频等效模型
• 由于输出回路的时间常数比输入回路小得多，可忽
1.08
0
解之，得：ID1 1.52mA, ID2 0.535mA
由于I D1
1.52mA
I
，
DSS
不合
题意，舍去。故：
IDQ 0.535mA
UGSQ 1.08V
U DSQ VDD I DQ (RD RS )
16 0.535 (10 8) 6.37V
五、应用举例
• 2、计算输入电阻Ri和输出电阻RO Ri RG RG1 // RG2 1 0.16 // 0.04 1.03M RO RD 10K
(2)场效应管从结构上看漏源两极是对称 的，可以互相调用，但有些产品制作时已将衬 底和源极在内部连在一起，这时漏源两极不能 对换用。
(3)结型场效应管的栅源电压UGS不能加 正向电压，因为它工作在反偏状态。通常各极 在开路状态下保存。
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第四章场效应管放大电路本章内容简介场效应管是利用改变外加电压产生的电场强度来控制其导电能力的半导体器件。
它具有双极型三极管的体积小、重量轻、耗电少、寿命长等优点，还具有输入电阻高、热稳定性好、抗辐射能力强、噪声低、制造工艺简单、便于集成等特点。
在大规模及超大规模集成电路中得到了广泛的应用。
场效应管的分类根据结构和工作原理的不同，场效应管可分为两大类：结型场效应管(JFET)和绝缘栅型场效应管(IGFET)。
4.1 结型场效应管4.1.1 JFET的结构和工作原理1. 结构在一块N型半导体材料的两边各扩散一个高杂质浓度的P+ 区,就形成两个不对称的PN结，即耗尽层。
把两个P+区并联在一起，引出一个电极g，称为栅极，在N型半导体的两端各引出一个电极，分别称为源极s和漏极d。
场效应管的与三极管的三个电极的对应关系：栅极g—基极b；源极s—发射极e；漏极d—集电极c夹在两个PN结中间的区域称为导电沟道（简称沟道）。
如果在一块P型半导体的两边各扩散一个高杂质浓度的N+区，就可以制成一个P沟道的结型场效应管。
P沟道结型场效应管的结构示意图和它在电路中的代表符号如图所示。
2. 工作原理v GS对i D的控制作用为便于讨论，先假设漏－源极间所加的电压v DS=0。
(a) 当v GS=0时，沟道较宽，其电阻较小。
(b) 当v GS<0，且其大小增加时，在这个反偏电压的作用下，两个PN结耗尽层将加宽。
由于N 区掺杂浓度小于P+区，因此，随着|v GS| 的增加，耗尽层将主要向N沟道中扩展，使沟道变窄，沟道电阻增大。
当|v GS| 进一步增大到一定值|V P| 时，两侧的耗尽层将在沟道中央合拢，沟道全部被夹断。
由于耗尽层中没有载流子，因此这时漏－源极间的电阻将趋于无穷大，即使加上一定的电压v DS，漏极电流i D也将为零。
这时的栅－源电压v GS称为夹断电压，用V P表示。
在预夹断处：V GD=V GS－V DS =V P上述分析表明:(a)改变栅源电压v GS的大小，可以有效地控制沟道电阻的大小。
(b)若同时在漏源-极间加上固定的正向电压v DS，则漏极电流i D将受v GS的控制，|v GS|增大时，沟道电阻增大，i D减小。
(c)上述效应也可以看作是栅－源极间的偏置电压在沟道两边建立了电场，电场强度的大小控制了沟道的宽度，即控制了沟道电阻的大小，从而控制了漏极电流i D的大小。
v DS对i D的影响设v GS值固定，且V P<v GS<0。
(a)当漏-源电压v GS从零开始增大时，沟道中有电流i D流过。
(b)在v DS的作用下,导电沟道呈楔形由于沟道存在一定的电阻，因此，i D沿沟道产生的电压降使沟道内各点的电位不再相等，漏极端电位最高，源极端电位最低。
这就使栅极与沟道内各点间的电位差不再相等，其绝对值沿沟道从漏极到源极逐渐减小，在漏极端最大(为 |V GD| )，即加到该处PN结上的反偏电压最大，这使得沟道两侧的耗尽层从源极到漏极逐渐加宽，沟道宽度不再均匀，而呈楔形。
(c)在v DS较小时，i D随v DS增加而几乎呈线性地增加它对i D的影响应从两个角度来分析：一方面v DS增加时，沟道的电场强度增大，i D随着增加；另一方面，随着v DS的增加，沟道的不均匀性增大，即沟道电阻增加，i D应该下降，但是在v DS 较小时，沟道的不均匀性不明显，在漏极附近的区域内沟道仍然较宽，即v DS对沟道电阻影响不大，故i D随v DS增加而几乎呈线性地增加。
随着v DS的进一步增加，靠近漏极一端的PN结上承受的反向电压增大，这里的耗尽层相应变宽，沟道电阻相应增加，i D随v DS上升的速度趋缓。
(d)当v DS增加到v DS=v GS-V P，即V GD=v GS -v DS=V P(夹断电压)时，沟道预夹断此时,漏极附近的耗尽层即在A点处合拢，这种状态称为预夹断。
与前面讲过的整个沟道全被夹断不同，预夹断后，漏极电流i D≠0。
因为这时沟道仍然存在，沟道内的电场仍能使多数载流子(电子)作漂移运动，并被强电场拉向漏极。
(e)若v DS继续增加，使v DS＞v GS－V P,即V GD＜V P时，耗尽层合拢部分会有增加，即自A点向源极方向延伸，夹断区的电阻越来越大，但漏极电流i D不随v DS的增加而增加,基本上趋于饱和，因为这时夹断区电阻很大，v DS的增加量主要降落在夹断区电阻上，沟道电场强度增加不多，因而i D基本不变。
但当v DS增加到大于某一极限值(用v(BR)DS表示)后，漏极一端PN结上反向电压将使PN结发生雪崩击穿，i D会急剧增加，正常工作时v DS不能超过v(BR)DS。
综上分析可知：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。
JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因此i G>>0，输入电阻很高。
JFET是电压控制电流器件，i D受v GS控制。
预夹断前i D与v DS，呈近似线性关系；预夹断后，i D趋于饱和。
P沟道结型场效应管工作时，电源的极性与N沟道结型场效应管的电源极性相反。
4.1.2 JFET的特性曲线及参数1. 输出特性；2. 转移特性3. 主要参数① 夹断电压V P (或V GS(off))：② 饱和漏极电流I DSS：③ 低频跨导g m：④ 输出电阻r d：⑤ 直流输入电阻R GS：⑥ 最大漏源电压V(BR)DS：⑦ 最大栅源电压V(BR)GS：⑧ 最大漏极功耗P DM：小结：本节主要介绍了结型场效应管的简单工作原理。
作业：4.1.1,4.1.34.3 金属-氧化物-半导体场效应管结型场效应管的输入电阻虽然可达106～109W，但在要求输入电阻更高的场合，还是不能满足要求。
本节介绍的金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）具有更高的输入电阻，可1015欧姆。
并具有是制造工艺简单、适于集成电路的优点。
MOS管也有N沟道和P沟道之分，而且每一类又分为增强型和耗尽型两种。
增强型MOS管在v GS=0时，没有导电沟道存在。
而耗尽型MOS管在v GS=0时，就有导电沟道存在。
4.3.1 N沟道增强型MOS管的结构在一块掺杂浓度较低的P型硅衬底上，制作两个高掺杂浓度的N+区，并用金属铝引出两)绝缘层，个电极，分别作漏极d和源极s。
然后在半导体表面复盖一层很薄的二氧化硅(SiO2在漏-源极间的绝缘层上再装上一个铝电极,作为栅极g。
在衬底上也引出一个电极B，这就构成了一个N沟道增强型MOS管。
MOS管的源极和衬底通常是接在一起的(大多数管子在出厂前已连接好)。
它的栅极与其它电极间是绝缘的。
图 (a)、(b)分别是它的结构示意图和代表符号。
代表符号中的箭头方向表示由P(衬底)指向N(沟道)。
P沟道增强型MOS管的箭头方向与上述相反，如图 (c)所示。
N沟道增强型MOS管的工作原理v GS对i D及沟道的控制作用v GS=0 的情况从图1(a)可以看出，增强型MOS管的漏极d和源极s之间有两个背靠背的PN结。
当栅-源电压v GS=0时，即使加上漏-源电压v DS，而且不论v DS的极性如何，总有一个PN结处于反偏状态，漏-源极间没有导电沟道，所以这时漏极电流i D≈0。
v GS>0 的情况若v GS＞0，则栅极和衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个电场。
电场方向：垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场。
电场的作用：这个电场能排斥空穴而吸引电子。
排斥空穴：使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥，剩下不能移动的受主离子(负离子)，形成耗尽层。
吸引电子：将 P型衬底中的电子（少子）被吸引到衬底表面。
导电沟道的形成：当v GS数值较小，吸引电子的能力不强时，漏-源极之间仍无导电沟道出现，如图1(b)所示。
v GS增加时，吸引到P衬底表面层的电子就增多，当v GS达到某一数值时，这些电子在栅极附近的P衬底表面便形成一个N型薄层，且与两个N+区相连通，在漏-源极间形成N型导电沟道，其导电类型与P衬底相反，故又称为反型层，如图1(c)所示。
（ 1. N型半导体因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。
在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。
提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子（因为其中1个电子变成自由电子移动脱离原子）v GS越大，作用于半导体表面的电场就越强，吸引到P衬底表面的电子就越多，导电沟道越厚，沟道电阻越小。
开始形成沟道时的栅—源极电压称为开启电压，用V T表示。
结论：上面讨论的N沟道MOS管在v GS＜V T时，不能形成导电沟道，管子处于截止状态。
只有当v GS≥V T时，才有沟道形成。
这种必须在v GS≥V T时才能形成导电沟道的MOS管称为增强型MOS 管。
沟道形成以后，在漏-源极间加上正向电压v DS，就有漏极电流产生。
v DS对i D的影响如图(a)所示，当v GS>V T且为一确定值时，漏-源电压v DS对导电沟道及电流i D的影响与结型场效应管相似。
漏极电流i D沿沟道产生的电压降使沟道内各点与栅极间的电压不再相等，靠近源极一端的电压最大，这里沟道最厚，而漏极一端电压最小，其值为V GD=v GS－v DS，因而这里沟道最薄。
但当v DS较小（v DS<v GS–V T）时，它对沟道的影响不大，这时只要v GS一定，沟道电阻几乎也是一定的，所以i D随v DS近似呈线性变化。
随着v DS的增大，靠近漏极的沟道越来越薄，当v DS增加到使V GD=v GS－v DS=VT(或v DS=v GS－V T)时，沟道在漏极一端出现预夹断，如图2(b)所示。
再继续增大v DS，夹断点将向源极方向移动，如图2(c)所示。
由于v DS的增加部分几乎全部降落在夹断区，故i D几乎不随v DS增大而增加，管子进入饱和区，i D几乎仅由v GS决定。
4.3.2 N沟道增强型MOS管的特性曲线、电流方程及参数1．特性曲线和电流方程输出特性曲线N沟道增强型MOS管的输出特性曲线如图1(a)所示。
与结型场效应管一样,其输出特性曲线也可分为可变电阻区、饱和区、截止区和击穿区几部分。
转移特性曲线转移特性曲线如图1(b)所示,由于场效应管作放大器件使用时是工作在饱和区(恒流区),此时i D几乎不随v DS而变化,即不同的v DS所对应的转移特性曲线几乎是重合的,所以可用v DS大于某一数值(v DS＞v GS-V T)后的一条转移特性曲线代替饱和区的所有转移特性曲线.i D与v GS的近似关系与结型场效应管相类似。
在饱和区内,i D与v GS的近似关系式为( vGS＞VT )式中I DO是v GS=2V T时的漏极电流i D。