场效应管及其基本电路详解(1)
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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
[实用参考]场效应管讲解.pptx
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vGS
S
结论： （1）因为栅源间加反向电压，故栅极几乎不取电流； （2）输出电流id受vGS控制，故场效应管是一种电压控制器件； （3）由于受电场梯度的影响，耗尽层呈上宽下窄的形式，故
总是沟道的上部先被夹断；
G
|vGS | < |Vp | ，vGD=VP时
D iD
N
vDS
PP
vGS S
此时，电流iD由未 被夹断区域中的载 流子形成，基本不 随vDS的增加而增 加，呈恒流特性。
G
|vGS | < |Vp |且vDS较大时 vGD<VP时耗尽区的形状
D iD
N
vDS
PP
vGS S
D iD
N
vDS
G PP
VGS IG
低频跨导：
极间电容：栅源电容CGS，栅漏电容CGD，漏源电容CDS （3）极限参数
最大漏极电流IDM，最大耗散功率P0M，漏源击穿电压V(BR)DS 栅源击穿电压VBR)GS
五、MOS管的有关问题
2、场效应管与三极管的比较
导电机构 导电方式 控制方式 类型 放大参数 输入电阻 抗辐射能力 噪声 热稳定性 制造工艺
gm
I D VGS
VDS
gm 2Kn (vGS VT ) (5.1.18)
五、MOS管的有关问题 1、主要参数 （1）直流参数
开启电压VT——指增强型的MOS管
夹断电压VP——指耗尽型的MOS管
零栅压漏极电流IDSS
直流输入电阻： 通常很大1010~1015Ω左右 （2）交流参数
RGS (DC )
符号
D漏极
G(栅极)
P NN
P沟道结型场效应管 D
场效应管放大电路图大全（五款场效应晶体管放大电路原理图详解）-全文
场效应管放大电路图大全（五款场效应晶体管放大电路原理图详解）-全文场效应管放大电路图（一）图3-26所示是一种超小型收音机电路，它采用两只晶体管，这种电路具有较高的灵敏度。
图3-26场效应管在袖珍收音机电路中的应用该电路中，电池作为直流电源通过负载电阻器R1为场效应管漏极提供偏置电压，使其工作在放大状态。
由外接天线接收天空中的各种信号，交流信号通过C1，进入LC谐振电路。
LC谐振电路是由磁棒线圈和电容器组成的，谐振电路选频后，经C4耦合至场效应管VT的栅极，与栅极负偏压叠加，加到场效应管栅极上，使场效应管的漏极电流ID相应变化，并在负载电阻器R1上产生压降，经C5隔离直流后输出，在输出端即得到放大了的信号电压。
放大后的信号送入三极管的基极，由三极管放大后输出较纯净的音频信号送到耳机。
图3-27所示是FM收音机调谐电路，它是由高频放大器VT1、混频器VT3和本机振荡器VT2等部分构成的。
天线感应的FM调频广播信号，经输入变压器L1加到VT1晶体管的栅极，VT1为高频放大器主要器件，它将FM高频信号放大后经变压器L2加到混频电路VT3的栅极，VT2和LC谐振电路构成本机振荡器，振荡信号由振荡变压器的次级送往混频电路VT3的源极。
混频电路VT3由漏极输出，经中频变压器IFT（L4）输出10.7MHz中频信号。
图3-27FM收音机电路（调谐器部分）场效应管放大电路图（二）与双极型晶体管一样，场效AM29LV017D-70EC应管也有三种基本接法：共源、共漏和共栅极接法，其中，共源相当于共发射极接法；共漏相当于共集电极接法；共栅相当于共基极接法。
共源极电路，如图4-19（a）所示，相当于双极晶体管的共发射极电路。
当交流信号Ui经C，加到栅一源极时，使栅极偏压随信号而变，于是控制了ID的变化，在RL上产生压降，通过C2将放大了的信号电压输出。
如果用Rc;表示场效应管的栅极偏置电阻，用R喁表示场效应管的栅一源间电阻，则共源电路的输入电阻R，=Rc／／Rcs≈Rc（因Rcs》Rc）。
场效应管及其基本电路
ri RG R1 // R2
1.0375M
ro=RD=10k
Uo gm U gs (RD // RL )
Au g m R'L
2.6.3 源极输出器
一、静态分析
+UDD R1 150k
D
G S C2
R1 UG U DD 5V R1 R2
绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。
3.2 绝缘栅场效应管: 3.2.1N沟道增强型场效应管
一、结构和电路符号
S
G
D
金属铝
D
两个N区 N N G S
P
P型基底 SiO2绝缘层 导电沟道 N沟道增强型
S
G
D D
N P
予埋了导 电沟道
N
G
S
N 沟道耗尽型
D S
G
D
G
P N
P
S
P 沟道增强型
S
G
漏极输出电阻
场效应管的微变等效电路为：
iD D
G
uDS
ugs
D
gmugs rDS uds
G uGS
S
S G
ugs
D
gmugs uds
很大， 可忽略。
S
场效应管的分压式自偏压放大电路
UDD=20V R1 C1 G RG ui R2 1M 50k S RS 10k 10k RL uo 150k RD 10k C2 D
压VP）,耗 尽区碰到一起，DS 间被夹断，这时，即 使UDS 0V，漏极电 D 流ID=0A。
UDS=0时
ID P N UDS
G
N
UGS
S
越靠近漏端，PN 结反压越大
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5章 场效应管及其基本放大电路
)
UGS=0
UGS<0
O 转移特性
uGS
O 输出特性
uDS
5.1.3 场效应管的主要参数 1、直流参数 (1) 开启电压 UGS(th)：是增强型MOS管的参数 (2) 夹断电压 UGS(off)： 是结型管和耗尽型 (3) 饱和漏电流 IDSS： MOS管的参数 (4) 直流输入电阻 RGS(DC) 2、交流参数 (1) 低频跨导 gm：表示uGS对iD控制作用的强弱。 (2) 极间电容 3、极限参数 (1) 最大漏极电流 IDM (2) 击穿电压U(BR)DS (3) 最大耗散功率PDM= IDUDS
O
(2)恒流区(或称饱和区) iD基本不随uDS变化，仅取决于uGS 。
iD 可 变 电 阻 区 O 预夹断轨迹 UGS=0
利用场效应管作放大管时， 应工作在此区域。 (3)击穿区
击 穿 区
恒 流
-1V
-2V 区 -3V -4V 截止区
当uDS增大到一定程度时， 漏极电流骤然增大，管子 被击穿。 (4)夹断区(或称截止区)
g
N+
N+
以P型硅为衬底
B
(3) 当uGS>UGS(th)时，uDS加正向电压
s
uDS
+
+ iD d
uGS
g
N+
N+
在uDS>uGS－UGS(th)时， 沟道夹断区延长，iD达到 最大且恒定，管子进入 饱和区。
以P型硅为衬底
B
NMOS管工作过程的动画演示：
3、N沟道增强型的特性曲线和电流方程
iD IDO 可变 电阻 区 O 输出特性 预夹断轨迹 2UGS(th) 恒流区 IDO
UGS=0
UGS<0
O 转移特性
uGS
O 输出特性
uDS
5.1.3 场效应管的主要参数 1、直流参数 (1) 开启电压 UGS(th)：是增强型MOS管的参数 (2) 夹断电压 UGS(off)： 是结型管和耗尽型 (3) 饱和漏电流 IDSS： MOS管的参数 (4) 直流输入电阻 RGS(DC) 2、交流参数 (1) 低频跨导 gm：表示uGS对iD控制作用的强弱。 (2) 极间电容 3、极限参数 (1) 最大漏极电流 IDM (2) 击穿电压U(BR)DS (3) 最大耗散功率PDM= IDUDS
O
(2)恒流区(或称饱和区) iD基本不随uDS变化，仅取决于uGS 。
iD 可 变 电 阻 区 O 预夹断轨迹 UGS=0
利用场效应管作放大管时， 应工作在此区域。 (3)击穿区
击 穿 区
恒 流
-1V
-2V 区 -3V -4V 截止区
当uDS增大到一定程度时， 漏极电流骤然增大，管子 被击穿。 (4)夹断区(或称截止区)
g
N+
N+
以P型硅为衬底
B
(3) 当uGS>UGS(th)时，uDS加正向电压
s
uDS
+
+ iD d
uGS
g
N+
N+
在uDS>uGS－UGS(th)时， 沟道夹断区延长，iD达到 最大且恒定，管子进入 饱和区。
以P型硅为衬底
B
NMOS管工作过程的动画演示：
3、N沟道增强型的特性曲线和电流方程
iD IDO 可变 电阻 区 O 输出特性 预夹断轨迹 2UGS(th) 恒流区 IDO
场效应管及其基本电路详解
uGS uGSo(ufG f S)thuGS uGSo(ufG f S)th
P - F E TuGD uGSo (ufG f S)thuGD uGSo (ufG f S)thuGS uGSo(ufG f S)th
uDS
(a)输出特性
图3―8输出特性
01 恒流区
02 uGS>UGSth 预夹断后所对应的区域。
03
uGD<UGSth（或uDS>uGS-UGSth） ○ 曲线间隔均匀，uGS对iD控制能力强。 ○ uDS对iD的控制能力弱，曲线平坦。
三、转移特性
iD≥0
当uGS<UGSth时，iD=0。
01
P沟
UGS /V
结型 P沟
iD
结型
MOS N沟
N 沟 耗尽型 增强型
UGS /V
0 －1
3 2
9 8
－2 1 7
－3 0 6
－4 －1 5
－5 －2 4
－6 －3 3
0
uDS
线性可变电阻区
uDS uG SuGS(o uG ff S)th
(b)输出特性
图3―12各种场效应管的转移特性和输出特性对比
2024/8/28
一、简介
二、分类
0 1
MOSFE T
0 2
N沟道
0 7
增强型
0 8
耗尽型
0 3
P沟道
0 4
增强型
0 5
NEMOSF
ET
0 9
NDMOS
FET
1 0
PEMOSF
ET
1 1
DMOS FET
0 6
耗尽型
2024/8/28
场效应管驱动电路详解(一)
场效应管驱动电路详解(一)场效应管驱动电路详解什么是场效应管驱动电路？场效应管驱动电路是一种常用的电路，用于控制场效应管的工作状态。
场效应管是一种电子元件，具有高输入阻抗、低输出阻抗等特点，广泛应用于各种电子设备中。
为什么需要场效应管驱动电路？场效应管具有高输入阻抗，可以很好地隔离输入信号源和输出负载之间的电路，防止输入信号源的变化对输出负载产生干扰。
同时，场效应管的控制特性使得其能够根据输入信号的变化来调节输出信号的幅度和相位。
场效应管驱动电路的工作原理场效应管驱动电路通常由输入端、输出端和控制端组成。
输入端接收外部的控制信号，输出端控制输出负载的电流或电压，控制端用于调节场效应管的工作状态。
场效应管驱动电路中最常见的是共源极和共漏极配置。
共源极配置对应于控制端与驱动端之间存在一定的电阻，采用负反馈机制来调节输出信号。
共漏极配置则不需要电阻，输出信号直接由场效应管控制。
场效应管驱动电路的应用场效应管驱动电路广泛应用于各种电子设备中，例如功率放大器、无线通信设备、音视频处理器等。
它可以提供稳定的输出信号，并根据输入信号的变化进行调节，满足不同应用的需求。
场效应管驱动电路的设计与优化在设计场效应管驱动电路时，需要考虑如下因素：1.输入阻抗：合理选择输入阻抗，以保证输入信号源的驱动能力。
2.输出阻抗：合理选择输出阻抗，以适应不同负载的需求。
3.带宽：确定驱动电路的带宽，以保证信号传输的稳定和准确性。
4.控制电压：根据场效应管的特性确定控制电压的范围，以保证电路的正常工作。
通过合理设计和优化，如选取合适的电阻、电容值、调整电路的参数等，可以使得场效应管驱动电路的性能达到最佳状态。
总结场效应管驱动电路是一种常用的电路，它通过控制场效应管的工作状态来实现对输出信号的调节。
在设计和优化时，需要考虑输入阻抗、输出阻抗、带宽和控制电压等因素。
合理设计和优化场效应管驱动电路可以使其性能达到最佳状态，满足各种应用需求。
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2021/3/8
17
3. 截止区
当UGS<UGSoff时，沟道被全部夹断，iD=0，故 此区为截止区。
4.击穿区 随着uDS增大，靠近漏区的PN结反偏电压
uDG(=uDS-uGS)也随之增大。
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18
二、转移特性曲线
uGS≤0， iD≥0
iD f (uGS ) uDS C
恒流区中：
Au、Ri、Ro、U）om 的分析方法。
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5
双极型晶体管主要是利用基区非平衡少数载流子 的扩散运动形成电流。
场效应晶体管（场效应管）利用多数载流子的 漂移运动形成电流。
场效应管FET (Field Effect Transistor)
结型场效应管JFET (Junction FET)
iD
I
DSS
(1
uGS UGSof
f
)2
式中：IDSS——饱和电流，表示uGS=0时的iD值； UGSoff——夹断电压，表示uGS=UGSoff时iD为零。
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19
iD /mA
I DSS
5
4 为保证场效应管正
3 常工作，PN结必须加 反向偏置电压
2
1
－3 UGSoff
－2 －1 0 uGS /V
2021/3/8
30
iD
uDS uGS U GSth
可
变
恒
电
阻
流
区 区
0 截止区
U GS ＝ 6V 5V 4V 3V 2V
击 穿 区
uDS
(a)输出特性 图3―8输出特性
2021/3/8
31
(3)恒流区 预夹断后所对应的区域。 uGS>UGSth uGD<UGSth（或uDS>uGS-UGSth）
绝缘栅场效应管IGFET (Insulated Gate FET)
2021/3/8
6
3―1 结型场效应管
3―1―1 结型场效应管的结构及工作原理
一、结型场效应管的结构
Drain 漏极
D
Gate栅极
G
N
P
型 沟
P
道
Source源极 S
ID
实际 G 流向
D 箭头方向表示栅 源间PN结若加正 向偏置电压时栅
2021/3/8
23
3―2―1 绝缘栅场效应管的结构 3―2―2 N沟道增强型MOSFET
(Enhancement NMOSFET) 一、导电沟道的形成及工作原理
S
N＋
GD
N＋
PN结(耗尽层)
P型衬底
UGS=0，导电沟道未形成
2021/3/8
24
S UGS
N＋
G
D
N＋
PN 结(耗尽层) P 型衬底
3―2―2 N沟道增强型MOSFET
一、导电沟道的形成及工作原理
二、转移特性
三、输出特性
(1)截止区
(2)恒流区
(3)可变电阻区
2021/3/8
2
3―2―3 N沟道耗尽型 MOSFET
3―2―4各种类型MOS管的符号及特性对比
3―3 场效应管的参数和小信号模型 3―3―1场效应管的主要参数
一、直流参数
电流（输出电流）的控制。
G
输入 电压
uGS
FET
S
iD
D 输出 电流
S
MOSFET：利用栅源电压（ 输入电压）对半导体表
面感生电荷量的控制来改变导电沟道的宽度，从而
实现对漏极电流（输出电流）的控制。
2021/3/8
42
N沟道： iD 0
iD
MOS
耗尽型 增强型 N沟 N沟
I DSS
结型N 沟
I D0 UG Sth
JFET
N 沟道 D
P 沟道 D
G
G
S
S
图3―11各种场效应管的符号对比
2021/3/8
39
MOSFET
增强型
耗尽型
N沟道 D
G
B
P沟道 D
B G
N沟道 D
B G
P沟道 D
B G
S
S
S
S
图3―11各种场效应管的符号对比
2021/3/8
40
么么么么方面
• Sds绝对是假的
JFET：利用栅源电压（ 输入电压）对耗尽层厚度 的控制来改变导电沟道的宽度，从而实现对漏极
PN结若加正向电压时 的电流方向
图3―6 N沟道增强型MOS场效应管的沟道形成及符号
2021/3/8
26
U DS U GS
N+
N+
P 型衬底 B
图 uDS增大，沟道预夹断前情况
2021/3/8
27
U DS U GS
N+
N+
预夹断
P 型衬底 B
图3―9 uDS增大，沟道预夹断时情况
2021/3/8
D
N
G
P
P
S
(a) UGS =0，沟道最宽 图3―2栅源电压UGS对沟道的控制作用示意图
2021/3/8
9
D
P
P
横向电场作用： ︱UGS︱↑ → PN结耗尽层宽度 ↑
→沟道宽度↓
UGS S
(b) UGS负压增大，沟道变窄 图3―2栅源电压UGS对沟道的控制作用示意图
2021/3/8
10
D
P
P
UGSoff——夹断电压
MOSFET表示（Metal Oxide Semiconductor Field
Effect Transistor）。此外，还有以氮化硅为绝缘
体的MNSFET等。
2021/3/8
22
二、分类 MOSFET
N沟道 P沟道
增强型 N-EMOSFET 耗尽型 N-DMOSFET 增强型 P-EMOSFET 耗尽型 P-DMOSFET
28
U DS U GS
N+
N+
P 型衬底
B
漏源电压VDS对沟道的影响.avi
图 uDS增大，沟道预夹断后情况
2021/3/8
29
二、输出特性
uDS≥0 (1)截止区
uGS<UGSth
导电沟道未形成，iD=0。
(2)可变电阻区
预夹断前所对应的区域。
uGS>UGSth uGD>UGSth（或uDS<uGS-UGSth）
2021/3/8
33
iD /mA 5 4 3 2 1
0
12 3
U GS th
uG S /V
图3―7 NMOSFET的转移特性曲线
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34
3―2―3 N沟道耗尽型 MOSFET (Depletion NMOSFET)
iD
I
D0
(1
uGS U GSof
f
)2
ID0表示uGS=0时所对应的漏极电流。
B
(a) UGS<UGSth，导电沟道未形成
开启电压：UGSth 图3―6 N沟道增强型MOS场效应管的沟道形成及符号
2021/3/8
25
栅源电压VGS对沟道的影响.avi
D
U GS
N＋
N＋
G
B
导电沟道（反型层）
P 型衬底 B
(b) UGS>UGSth，导电沟道已形成
S (c )符号
衬底的箭头方向表示
可 变 u DS ＝ u G S－U GSoff
电 4阻
U GS ＝ 0V
区 3
恒
－0.5V
击 穿
2
流
－1V
区
区
－1.5V
1
－2 V
U GSoff
0
5
10
15
20 uD S /V
截止区
(b)输出特性曲线
图3―3JFET的转移特性曲线和输出特性曲线
2021/3/8
15
当uDS很小时， uDS对沟道的影响可以忽略， 沟道的宽度及相应的电阻值仅受uGS的控制。输出 特性可近似为一组直线，此时，JFET可看成一个 受uGS控制的可变线性电阻器（称为JFET的输出电 阻）；
UGS
S
(c) UGS负压进一步增大，沟道夹断 图3―2栅源电压UGS对沟道的控制作用示意图
2021/3/8
11
ID＞0 D
沟道预夹断
ID >0 D
G P
P U DS
G P
P UDS
U GS
S
UGS S
(a)uGD>UGSoff（预夹断前）
uGD=UGSoff（预夹断时）
纵向电场作用：在沟道造成楔型结构（上宽下窄）
ID0
unCox 2
W L
(U
2 GSoff
)
2021/3/8
35
N＋
N＋
导电沟道（反型层）
P 型衬底
B
UGS=0，导电沟道已形成
图 N沟道耗尽型MOS场效应管的沟道形成
2021/3/8
36
iD/mA
uDS uGS UGSoff ＋ 6V
4 UGS＝＋ 3V
3 0V
2 －3V
1
0
5
10
15
20 uDS/V
(a)转移特性曲线
图3―3JFET的转移特性曲线和输出特性曲线
2021/3/8
20
iD /mA
iD /mA 可
转移特性曲线.avi
IDSS