第三章场效应管及其基本电路
第3章 场效应管及其基本放大电路 参考答案
第 3章 场效应管及其基本放大电路3.1填空题（1）按照结构，场效应管可分为 。
它属于 型器件，其最大的优点是 。
（2）在使用场效应管时，由于结型场效应管结构是对称的，所以 极和 极可互换。
MOS 管中如果衬底在管内不与 极预先接在一起，则 极和 极也可互换。
（3）当场效应管工作于恒流区时，其漏极电流D i 只受电压 的控制，而与电压 几乎无关。
耗尽型D i 的表达式为 ，增强型D i 的表达式为 。
（4）一个结型场效应管的电流方程为2GS D 161mA 4U I=×− ，则该管的DSS I = ，p U = 。
（5）某耗尽型MOS 管的转移曲线如习题3.1.5图所示，由图可知该管的DSS I = ，p U = 。
（6）N 沟道结型场效应管工作于放大状态时，要求GS 0u ≥≥ ，DS u > ；而N 沟道增强型MOS 管工作于放大状态时，要求GS u > ，DS u > 。
（7）耗尽型场效应管可采用 偏压电路，增强型场效应管只能采用 偏置电路。
（8）在共源放大电路中，若源极电阻s R 增大，则该电路的漏极电流D I ，跨导m g ，电压放大倍数 。
（9）源极跟随器的输出电阻与 和 有关。
答案：（1）结型和绝缘栅型，电压控制，输入电阻高。
（2）漏，源，源，漏，源。
（3）GS u ，DS u ，2GS D DSS P 1u i I U =− ，2GS D DO T 1u i I U=−。
（4）16mA ，4V 。
（5）习题3.1.5图4mA ，−3V 。
（6）p U ，GS p u U −，T U ，GS T u U −。
（7）自给，分压式。
（8）减小，减小，减小。
（9）m g ，s R 。
3.2试分别画出习题3.2图所示各输出特性曲线在恒流区所对应的转移特性曲线。
解：3.3在带有源极旁路电容s C 的场效应管放大电路如图3.5.6（a ）所示。
若图中的场效应管为N 沟道结型结构，且p 4V U =−，DSS 1mA I =。
第3章 场效应管及其放大电路习题解
3.2 内容提要
3.1.1 场效应晶体管
1．场效应管的结构及分类 场效应管是利用输入电压产生的电场效应来控制输出电流的，是电压控制型器件。工作 过程中起主要导电作用的只有一种载流子（多数载流子） ，故又称单极型晶体管。场效应管有 两个 PN 结，向外引出三个电极：漏极 D、栅极 G 和源极 S。 场效应管的分类如下： 结型场效应管(JFET) 场效应管(FET) 绝缘栅型场效应管(IGFET) 增强型 2．场效应管的工作原理 (1) 栅源控制电压的极性 对 JFET， 为保证栅极电流小， 输入电阻大的特点， 栅源电压应使 PN 结反偏。 N 沟道 JFET： N 沟道 P 沟道 N 沟道 耗尽型 P 沟道 N 沟道 P 沟道
1
UGS<0；P 沟道 JFET：UGS>0。 对增强性 MOS 管，N 沟道增强型 MOS 管，参加导电的是电子，栅源电压应吸引电子形 成反型层构成导电沟道，所以 UGS>0；同理，P 沟道增强型 MOS 管，UGS<0。 对耗尽型 MOS 管，因二氧化硅绝缘层里已经掺入大量的正离子（或负离子：N 沟道掺入 正离子；P 沟道掺入负离子） ，吸引衬底的电子（或空穴）形成反型层，即 UGS=0 时，已经存 在导电沟道，所以，栅源电压 UGS 可正可负。 (2) 夹断电压 UGS(off)和开启电压 UGS(th) 对 JFET 和耗尽型 MOS 管，当｜UGS｜增大到一定值时，导电沟道就消失（称为夹断） ， 此时的栅源电压称为夹断电压 UGS(off)。 N 沟道场效应管 UGS(off) <0； P 沟道场效应管 UGS(off) >0。 对增强型 MOS 管，当UGS增加到一定值时，才会形成导电沟道，把开始形成反型层的 栅源电压称为开启电压 UGS(th)。N 沟道增强型 MOS 管 UGS(th) >0；P 沟道增强型 MOS 管 UGS(th) <0。 (3) 栅源电压 uGS 对漏极电流 iD 的控制作用 场效应管的导电沟道是一个可变电阻， 栅源电压 uGS 可以改变导电沟道的尺寸和电阻的大 小。当 uDS=0 时，uGS 变化，导电沟道也变化但处处等宽，此时漏极电流 iD=0；当 uDS≠0 时， 产生漏极电流，iD≠0，沿沟道产生了电位梯度使导电沟道变得不等宽。 当 uGS 一定，uDS增大到一定大小时，在漏极一侧导电沟道被夹断，称为预夹断。 导电沟道预夹断前，uDS增大，iD增大，漏源间呈现电阻特性，但 uGS 不同，对应的电 阻不同。此时，场效应管可看成受 uGS 控制的可变电阻。 导电沟道预夹断后，uDS增大，iD 几乎不变。但是，随 uGS 变化，iD 也变化，对应不同 的 uGS，iD 的值不同。即 iD 几乎仅仅决定于 uGS，而与 uDS 无关。栅源电压 uGS 的变化，将有效 地控制漏极电流 iD 的变化，即体现了栅源电压 uGS 对漏极电流 iD 的控制作用。 3．效应管的伏安特性 效应管的伏安特性有输出特性和转移特性。 (1) 输出特性：指当栅源电压 uGS 为常量时，漏极电流 iD 与漏源电压 uDS 之间的关系，即
第三章 场效应管放大电路讲解
d
结构图
B衬底 g
s
电路符号
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因此在栅源电压为零时，在正的vDS作用下，也有较 大的漏极电流iD由漏极流向源极。
当vGS>0时，由于绝缘层的存在，并不会产生栅极电 流 iG ，而是在沟道中感应出更多的负电荷，使沟道变 宽。在vDS作用下，iD将具有更大的数值。
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3.1.2 N沟道耗尽型MOSFET
⒈ 结构和工作原理简述 这种管子在制造时，
SiO2绝缘层 中掺有大量
正离子
由于二氧化硅绝缘层中掺
有大量的正离子，即使在
vGS= 0时，由于正离子的 作用，也和增强型接入正
N型沟道
栅源电压并使vGS>VTh时相 似，能在P型衬底上感应 出较多的电子，形成N型 沟道，将源区和漏区连通
② 可变电阻区 （vDS≤vGS-VTh ）
iD Kn 2 vGS VTh vDS vD2S
iD/mA
可变电阻区 饱和区
电导常数Kn单位是mA/V2。
8 6
在特性曲线原点附近，vDS很 4
7V A
6V B
5V C
4V
小，则
2
D
vGS=3V
iD 2Kn vGS VTh vDS
E 截止区
5 10 15 20 vDS/V
电压vGS对漏极电流iD的控制
特性，即 iD f vGS vDS常数
由于饱和区内，iD受vDS的影
iD/mA 8
A
B
6 VDS =10V C
4
D
响很小，因此饱和区内不同vDS 下的转移特性基本重合。
模拟电子技术(3)--场效应管及其基本放大电路
第3章 场效应管及其基本放大电路试卷3.1判断下列说法是否正确，用“√”和“ ”表示判断结果填入空内1. 结型场效应管外加栅源电压u GS应使栅源间的耗尽层承受反偏电压，才能保证其输入电阻R G大的特点。
（ ）2. 耗尽型MOS管在栅源电压u GS为正或为负时均能实现压控电流的作用。
（ ）3. 若耗尽型N沟道MOS管的栅源电压u GS大于零，则其输入电阻会明显变小。
（ ）4. 工作于恒流区的场效应管，低频跨导g m与漏极电流I DQ成正比。
（ ）5. 增强型MOS管采用自给偏压时，漏极电流i D必为零。
（ ）【解3.1】：1. √ 2.√ 3.× 4.× 5.√3.2选择填空1. 场效应管的栅-源之间的电阻比晶体管基-射之间的电阻 。
A．大 B．小 C．差不多2. 场效应管是通过改变 来改变漏极电流的。
所以是 控制型器件。
A．栅源电压 B．漏源电压 C．栅极电流D．电压 E．电流3. 用于放大时，场效应管工作在特性曲线的 。
A．可变电阻区 B．恒流区 C．截止区4. N沟道结型场效应管中参加导电的载流子是 。
A．自由电子和空穴 B．自由电子 C．空穴5. 对于结型场效应管，当︱u GS︱︱U GS(off)︱时，管子一定工作在 。
A．恒流区 B．可变电阻区 C．截止区 B．击穿区6. 当栅源电压u GS＝0V时，能够工作在恒流区的场效应管有 。
A．结型场效应管 B．增强型MOS管 C．耗尽型MOS管7. 某场效应管的开启电压U GS(th)=2V，则该管是 。
A．N沟道增强型MOS管 B．P沟道增强型MOS管C．N沟道耗尽型MOS管 D．P沟道耗尽型MOS管8. 共源极场效应管放大电路，其输出电压与输入电压 ；共漏极场效应管放大电路，其输出电压与输入电压 。
A．同相 B．反相【解3.2】：1.A 2.A,D 3.B 4.B 5.C 6.A C 7.A 8.B,A3.3判断图T3.3所示各电路能否进行正常放大？如果不能，指出其中错误，并加以改正。
电子技术基础第三章场效应管及其放大电路
• 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后， iD趋于 饱和。
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思考：为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？
场效应管的应用小结
• 一是当作压控可变电阻，即非线性电阻来使用， VGS的绝对值 越大，导电沟道就越窄，对应的导电沟道电阻越大，即电压 V电G阻S控使制用电时阻，的导大电小沟，道管还子没工有作出在现可预变夹电断阻；区，当作压控可变
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场效应管的分类
场效应管 FET
结型
JFET
IGFET ( MOSFET ) 绝缘栅型
N沟道 P沟道 增强型
耗尽型
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N沟道 P沟道
N沟道 P沟道
第二节 结型场效应管(JFET)的 结构和工作原理
一、结型场效应管的结构
二、结型场效应管的工作原理
三、结型场效应管的特性曲线 及参数
UDS（sat） ≤│Up│。
JFET的三个状态
• 恒流区（放大区、饱和区） • 可变电阻区 • 截止区
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小结
• 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 iG0，输入电阻很高。
• JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制。
第一节 场效应管概述 第二节 结型场效应管的结构和工作原理 第三节 绝缘栅场效应管的结构和工作原理 第四节 场效应管放大电路
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• 3-1 • 3-4 • 3-6 • 3-12
作业
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第三章场效应管及其放大电路
第三章 场效应管及其放大电路1. JEFT 有两种类型，分别是N 沟道结型场效应管和P 沟道结型场效应管2. 在JFET 中：（1） 沟道夹断：假设0=DS v ，如图所示。
由于 0=DS v ，漏极和源极间短路，使整个沟道内没有压降，即整个沟道内的电位与源极的相同。
令反偏的栅-源电压GS v 由零向负值增大，使PN 结处于反偏状态，此时，耗尽层将变宽；由于在结型场效应管制作中，P 区的浓度远大于N 区的浓度，所以，耗尽层主要在N 沟道内变宽，随着耗尽层宽度加大，沟道变窄，沟道内的电阻增大。
继续反响加大GS v ，耗尽层将在沟道内合拢，此时，沟道电阻將变的无穷大，这种现象成为沟道夹断（2）在DS v 较小时，DS v 的加大虽然会增大沟道内的电阻，但这种影响不是很明显，沟道仍处于比较宽的状态，即沟道的电阻在DS v 比较小的时候基本不变，此时加大DS v ，会使D i 迅速增加，D i 与DS v 近似为线性关系。
加大DS v ，沟道内的耗尽层会逐渐变宽，沟道电阻增加，D i 随DS v 的上升，速度会变缓。
当||P DSV v =时，楔形沟道会在A 点处合拢，这种现象称为预夹断。
3. 解：（1）（a ）为N 沟道场效应管 （b ）为P 沟道场效应管（2）（a ）V V P4-= （b ）V V P 4= （3）（a ）A I DSS 5= （b ）A I DSS 5-=（4）电压DS v 与电流D i 具有相同的极性且与GS v 极性相反，因而，电压DS v 的极性可根据D i 或GS v 的极性判断4.解：当JFET 工作在饱和区时，有关系式：2)1(PGS DSS D V V I i -= 5. 解：在P 沟道JFET 中，要求栅-源电压GS v 极性为正，漏源电压DS v 的极性为负，夹断电源P V 的极性为正6. 解：MOS 型场效应管的详细分类7. 解：耗尽型是指，当0=GS v 时，即形成沟道，加上正确的GS v 时，能使对数载流子流出沟道，因而“耗尽”了载流子，使管子转向截止。
场效应管及其应用
结构; (b) N沟道 结型场效应管符号;
g 栅极
d 漏极 耗尽层
P
P
g
N
s 源极 (a)
d s (b)
d g
s
(c)
P沟道结型场效应
图 3.1结型场效应管
(3. 1)
01 02 03
图3.2表示的是结型场效应管施加偏置电压后的 接线图。
场效应管的特性曲线分为转移特性曲线和输出特 性曲线。
在uDS一定时, 漏极电流iD与栅源电压uGS之间 的关系称为转移特性。 即
03 2 ）
场效应管放大电路的静态工作点可用式（3.4）或式 （3.5）与式（3.7）或式（3.8）联立求出UGSQ和IDQ, 漏源电压UDSQ由下式求得:
图3.12
场效应管 微变等效
id
d
电路
＋
g＋
uds
ugs
－
－
s
g＋ ugs
－ s
01
电压放大倍数:
02
(3. 10)
'03
输入电阻:
u iRR guR ( g od
iD d
－ UGG
＋
g
－
P
uGS ＋
P N
S
＋ Rd
＋
uDS
－ UDD
－
图3.2 N沟道结 型场效应管工作 原理
图3.3 N沟道结型场效 应管转移特性曲线
iD / m A
IDSS 5 4
3 u DS =1 2 V
2
1 U GS ( of f) －4 －3 －2 －1 0
u GS /V
单击此处添加小标题
u u g R u (1
') 壹
模拟电子技术课后习题答案第三章场效应管及其放大电路答案
习题3-1 场效应管沟道的预夹断和夹断有什么不同？ 解：当U DS 增加到U DS =U GS ，即U GD =U GS -U DS = U GS （th ）时，漏极附近的耗尽层将合拢，称为预夹断。
预夹断后，沟道仍然存在，夹断点的电场强度大，仍能使多数载流子(电子)作漂移运动，形成漏极电流I DSS 。
若U DS 继续增加，使U DS ＞U GS －U GS （th ），即U GD ＜U GS （th ）时，耗尽层合拢部分会增加，并自夹断点向源极方向延伸，此时夹断区的电阻越来越大，但漏极电流I D 却基本趋于饱和，不随U DS 的增加而增加。
3-2 如何从转移特性上求g m 值？ 解： 利用公式gsdm dU dI g求g m 值。
3-3 场效应管符号中，箭头背向沟道的是什么管？箭头朝向沟道的是什么管？ 解：箭头背向沟道的是P 沟道；箭头朝向沟道的是N 沟道。
3-4 结型场效应管的U GS 为什么是反偏电压？ 解：若为正偏电压，则在正偏电压作用下，两个PN 结耗尽层将变窄，I D 的大小将不受栅-源电压U GS 控制。
3-5如图3-20所示转移特性曲线，指出场效应管类型。
对于耗尽型管，求U GS （off ）、I DSS ；对于增强型管，求U GS （th ）。
解：a P 沟道增强型。
U GS （th ）=－2Vb P 沟道结型。
U GS （off ）=3V 、I DSS =4mA3-6如图3-21所示输出特性曲线，指出场效应管类型。
对于耗尽型管，求U GS （off ）、I DSS ；对于增强型管，求U GS （th ）。
解：a N 沟道增强型。
U GS （th ）=1Vb P 沟道结型。
U GS （off ）=1V 、I DSS =1.2mAGS /Va－2 －1 图3-20 习题3-5图 U GS /Vb3-7 如图3-22所示电路，场效应管的U GS （off ）=－4V ，I DSS =4mA ；计算静态工作点。
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绝缘体一般为二氧化硅（SiO2），这种IGFET称 为 金 属 —— 氧 化 物 —— 半 导 体 场 效 应 管 ， 用 符 号
MOSFET表示（Metal Oxide Semiconductor Field
Effect Transistor）。此外，还有以氮化硅为绝缘
体的MNSFET等。
2020年6月17日星期三
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
S 栅极电流的实际 流动方向
(a)N沟道JFET
结型场效应三极管的结构.avi
图3―1结型场效应管的结构示意图及其表示符号
－2 －1 0 uGS /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
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模拟电子技术
20
iD/mA
iD/mA 可
转移特性曲线.avi
IDSS
5
变 uDS＝uGS－UGSoff
电
4
4阻
UGS＝0V
区
恒 －0.5V
击
3
3
穿
2
2
流 －1V
区
区 －1.5V
1
1
－2V
模拟电子技术
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
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模拟电子技术
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
一、直流参数
二、极限参数
三、交流参数
3―3―2 场效应管的低频小信号模型
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模拟电子技术
3
3―4 场效应管放大器 3―4―1 场效应管偏置电路 一、图解法 二、解析法 3―4―2 场效应管放大器分析 一、共源放大器 二、共漏放大器
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4
第三章 场效应管及其基本电路
uGS≤0， uDS≥0 1. 可变电阻区
预夹断前所对应的区域。 uGS>UGSoff uGD>UGSoff（或uDS<uGS-UGSoff）
iD的大小同时受uGS 和uDS的Βιβλιοθήκη 制。2020年6月17日星期三
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14
iD /mA
漏极输出特性曲线.avi
可 变 u DS ＝ u G S－UGSoff
uGS
FET
iD
D 输出 电流
S
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。
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N沟道：iD 0
iD MOS
耗尽型 增强型 N沟 N沟 IDSS
结型N 沟
ID0 UGSth
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
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40
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
电流（输出电流）的控制。
G
输入 电压
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)
绝缘栅场效应管IGFET (Insulated Gate FET)
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6
3―1 结型场效应管
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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
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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
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10
D
P
P
UGSoff——夹断电压
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
k(uGS UGSth)2
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iD/mA 5 4 3 2 1
0
12 3
uGS /V
UGS th
图3―7 NMOSFET的转移特性曲线
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3―2―3 N沟道耗尽型 MOSFET (Depletion NMOSFET)
iD
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7
D
ID
P
D
G
型
N
N
沟
道
实际
G
流向
S
S
(b)P沟道JFET
图3―1结型场效应管的结构示意图及其表示符号
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8
二、结型场效应管的工作原理
iD f (uGS, uDS)
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
I
D
0
(1
uGS U GSoff
)2
ID0表示uGS=0时所对应的漏极电流。
ID0
unCox 2
W L
(U
2 GSoff
)
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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
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当uDS较大时， uDS对沟道的影响就不能忽略， 致使输出特性曲线呈弯曲状。
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2.恒流区 预夹断后所对应的区域。
uGS>UGSoff uGD<UGSoff（或uDS>uGS-UGSoff）
iD的大小几乎不受uDS的控制。
(1)当UGSoff<uGS<0时，uGS变化，曲线平移，iD与uGS 符合平方律关系， uGS对iD的控制能力很强。 (2) uGS固定，uDS增大，iD增大极小。
（1）了解场效应管内部工作原理及性能特点。 （2）掌握场效应管的外部特性、主要参数。 （3）了解场效应管基本放大电路的组成、工作原 理及性能特点。 （4）掌握放大电路静态工作点和动态参数（
Au、Ri、Ro、Uom）的分析方法。
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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。
30
iD
uDS uGS UGSth
可
变
恒
电
阻
流
区 区
0 截止区
UGS ＝ 6V 5V 4V 3V 2V
击 穿 区
uDS
(a)输出特性 图3―8输出特性
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(3)恒流区 预夹断后所对应的区域。 uGS>UGSth uGD<UGSth（或uDS>uGS-UGSth）
I D 几乎不变 沟道局部夹断
D
G P
P UDS
UGS S
(b) uGD<UGSoff（预夹断后）
由于夹断点与源极间的沟道长度略有缩短，呈现
的沟道电阻值也就略有减小，且夹断点与源极间的电
压不变。
结型场效应三极管漏源电压对沟道的控制作用.avi
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3―1―2 结型场效应管的特性曲线 一、输出特性曲线
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
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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
电 4阻
UGS ＝0V
区 3
恒
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击 穿
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流
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