Chapter 4 场效应管放大电路
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04 FET放大电路student自学.
输入电阻很大
+ Ii
g +
d
•
Rg3
Vi
•
V gs
_
Rg1 Rg2 _
s
•
gm V gs
Rd
+
•
RL V o
_
输出电阻： VT
R o IT Vs 0 RL Rs保留
Ro Rd 10K
+
g +
d
IT
+
•
•
Rg3
Vi
•
V gs
_
Rg1 Rg2 _
gm V gs
Rd
+ RL_
VTV• o
_
s
输出电阻较大、带负载能力差
本章小结：（注意与第四章分析方法进行对比）
重点： MOSFET 、JFET特点及外特性。 用小信号模型分析法估算FET放大电路的动态指标。
难点： JFET、MOSFET工作原理。(了解)
《end》
作业
电路如图， 试求： 电压增益 、输入电阻、输出电阻表 示式。
+VDD
C1 + vi -
Rd C2 +
开启 电压
A
IDO
A
B
B
C
C
D
D
4.1.2 N沟道耗尽型MOSFET
一、结构及工作原理 1. 结构特点：
SiO2中掺入大量正离子
SiO2
垂直电场
＞0
vGS ＝0
＜0
导电沟道
2. 符号
D
G
B
S
N沟道耗尽型 MOSFET
D
G
B
S
P沟道耗尽型 MOSFET
第四章场效应管放大器
4 3
=5 V
2 △ iD 1
△ uGS
=3 V u
DS
2 1
(V )
△ iD △ uGS
u
10 V
2
GS
(V )
4
6
2.N沟道耗尽型MOSFET
在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以当 uGS=0时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。
特点：
当uGS=0时，就有沟道， 加入uDS，就有iD。 当uGS＞0时，沟道增宽， iD进一步增加。 当uGS＜0时，沟道变窄， iD减小。 定义：
RS
+ +
g
d
+
Rg3 ui
-
u gs
—
g mu gs
+
1
（3）输入电阻
R i R g3 ( R g1 // R g2 )
uS -
s
+
Rg1
Rg2
R
RL
uo -
Ri
（4）输出电阻
由图有 i i R g m u gs
u R
1 1 R gm
g d
g m u gs
ugs u
u
DS
2 1
(V ) u
GS
(V )
10 V
2
4
6
UT
一个重要参数——跨导gm：
gm=iD/uGS u
DS=const
(单位mS)
gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。 在转移特性曲线上， gm为的曲线的斜率。 在输出特性曲线上也可求出gm。
i
D
(m A)
i
D
第四章总结 场效应管(FET)及基本放大电路
第四章 场效应管（FET ）及基本放大电路§4.1 知识点归纳一、场效应管（FET ）原理·FET 分别为JFET 和MOSFET 两大类。
每类都有两种沟道类型，而MOSFET 又分为增强型和耗尽型（JFET 属耗尽型），故共有6种类型FET （图4-1）。
·JFET 和MOSFET 内部结构有较大差别，但内部的沟道电流都是多子漂移电流。
一般情况下，该电流与GS v 、DS v 都有关。
·沟道未夹断时，FET 的D-S 口等效为一个压控电阻（GS v 控制电阻的大小），沟道全夹断时，沟道电流D i 为零；沟道在靠近漏端局部断时称部分夹断，此时D i 主要受控于GS v ，而DS v 影响较小。
这就是FET 放大偏置状态；部分夹断与未夹断的临界点为预夹断。
·在预夹断点，GS v 与DS v 满足预夹断方程：耗尽型FET 的预夹断方程：P GS DS V v v -=（P V ——夹断电压） 增强型FET 的预夹断方程：T GS DS V v v -=（T V ——开启电压）·各种类型的FET ，偏置在放大区（沟道部分夹断）的条件由表4-4总结。
表4-4 FET 放大偏置时GS v 与DS v 应满足的关系极 性放大区条件 V DSN 沟道管：正极性(V DS >0) V DS >V GS －V P (或V T )>0 P 沟道管：负极性(V DS <0) V DS <V GS －V P (或V T )<0 V GS结型管： 反极性 增强型MOS 管：同极性 耗尽型MOS 管：双极型N 沟道管：V GS >V P (或V T ) P 沟道管：V GS <V P (或V T )·偏置在放大区的FET ，GS v ~D i 满足平方律关系：耗尽型：2)1(P GS DSS D V vI i -=（DSS I ——零偏饱和漏电流） 增强型：2)(T GS D V v k i -=*· FET 输出特性曲线反映关系参变量G S VDS D v f i )(=，该曲线将伏安平面分为可变电阻区（沟道未夹断），放大区（沟道部分夹断）和截止区（沟道全夹断）；FET 转移特性曲线反映在放大区的关系)(GS D v f i =（此时参变量DS V 影响很小），图4-17画出以漏极流向源极的沟道电流为参考方向的6种FET 的转移特性曲线，这组曲线对表4-4是一个很好映证。
第四章场效应管放大电路2
a．输出特性
6
输出特性曲线
4
2
可 变 电 阻 区
放大区
0
10
20
截止区
各区的特点： (1) 可变电阻区
6
可 变 4 电 阻 区 2
a. uDS较小
0
10
20
D
b.管子相当于受uGS控制的压控电阻
G S
(2) 放大区(饱和区、恒流区)
6
uGS>UT形成导电沟道 iD几乎与uDS无关,只受 uGS的控制
增强型与耗尽型管子的区别：
增强型：
当 时，没有导电沟道
耗尽型： 当 时，导电沟道消失
MOSFET符号
N沟道 D
G G
P沟道
D
耗尽型
S D
增强型
S
D GLeabharlann GSS4.3 场效应管的主要电参数
1．直流参数
(1) 夹断电压Up
(2) 零偏漏极电流IDSS （也称为饱和漏极电流）
(3)开启电压UT 是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的 绝对值, 场效应管不能导通。 (4) 直流输入电阻RGS
绝缘栅型场效应管的类别 N沟道 增强型 IGFET 耗尽型 P沟道
P沟道
N沟道
一、N沟道增强型MOS管
1. 结构示意图
s
Al
g
d
N+
SiO2保护层
N+
P b
SiO2保护层
S
Al
引出两个电极
引出栅极
G
D
N+
两边扩散两个高 浓度的N区
N+
形成两个PN结
P 以P型半导体作衬底
从衬底引出电极
6
输出特性曲线
4
2
可 变 电 阻 区
放大区
0
10
20
截止区
各区的特点： (1) 可变电阻区
6
可 变 4 电 阻 区 2
a. uDS较小
0
10
20
D
b.管子相当于受uGS控制的压控电阻
G S
(2) 放大区(饱和区、恒流区)
6
uGS>UT形成导电沟道 iD几乎与uDS无关,只受 uGS的控制
增强型与耗尽型管子的区别：
增强型：
当 时，没有导电沟道
耗尽型： 当 时，导电沟道消失
MOSFET符号
N沟道 D
G G
P沟道
D
耗尽型
S D
增强型
S
D GLeabharlann GSS4.3 场效应管的主要电参数
1．直流参数
(1) 夹断电压Up
(2) 零偏漏极电流IDSS （也称为饱和漏极电流）
(3)开启电压UT 是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的 绝对值, 场效应管不能导通。 (4) 直流输入电阻RGS
绝缘栅型场效应管的类别 N沟道 增强型 IGFET 耗尽型 P沟道
P沟道
N沟道
一、N沟道增强型MOS管
1. 结构示意图
s
Al
g
d
N+
SiO2保护层
N+
P b
SiO2保护层
S
Al
引出两个电极
引出栅极
G
D
N+
两边扩散两个高 浓度的N区
N+
形成两个PN结
P 以P型半导体作衬底
从衬底引出电极
第四章：场效应管及放大电路讲解
iD
vGS 0 VT
(1-34)
模拟电子
输出特性曲线 iD
vGS>0
0
v DS
(1-35)
耗尽型N沟道MOS管的特性曲线
模拟电子
耗尽型的MOS管VGS=0时就有导电沟道， 加反向电压才能夹断。
iD
转移特性曲线
vGS VT 0
(1-36)
模拟电子
输出特性曲线 iD
vGS>0
vGS=0
vGS<0
P NN
P沟道结型场效应管 D
G
S源极
S
(1-6)
模拟电子
（2）工作原理（以P沟道为例） VDS=0时
PN结反偏，
VGS越大则耗
D
尽区越宽，导 电沟道越窄。G
P
VDS
NN
VGS S
(1-7)
VGS越大耗尽区越 宽，沟道越窄， 电阻越大。
G
但 尽区当宽VG度S较有V小限DS时=，0，时模存耗拟电子 在导电沟道。DS间 D 相当于线性电阻。
Vgs
-
gmVgs
s
+
Rg2
R RL Vo -
(1-56)
中频电压增益
模拟电子
Vo gmVgs (R // RL )
Vgs Vi Vo
Vo gm (Vi Vo )( R // RL )
A Vm
Vo Vi
gm (R // RL ) 1 gm (R // RL )
Rg2 47k
Rg1 2M
Rd 30k
d
g
Rg3
s
10M
R
2k
最新模拟电路第4章场效应管放大电路
10
(2) 转移特性曲线 iD= f (vGS)|vDS= 常数
表征栅源电压vGS对漏极电流的控制作用， 场效应管是电压控制器件。
在饱和区内，FET可看
作压控电流源。
IDSS
转移特性方程：
iD=IDSS(1-vGS/VP)2
vGS VP - 0.8 –0.4 vGS 11
（3）主要参数
夹断电压：VP 当导电沟道刚好完全被关闭时，栅源所对应的电
s
gd
N+ N+
P
18
3 、特性曲线
4区：击穿区
3区 截止区
vGS<VT vGD<VT iD=0
VT
2区：恒流区(线性放大区）
1区：可变电阻区:
vGS>VT vGD>VT 沟的道增呈大电而阻线性性，增iD随大v。DS
vGS>VT vGD<VT iD=IDO｛(vGS/VT)-1｝2 IDO是vGS=2VT时，iD的值。
增强型MOS管：vGS单极性，总与vDS一致（N沟道正，P沟道负）。
模拟电路第4章场效应管放大电 路
4.1 结型场效应管 4.1.1 JFET的结构和工作原理
1. 结构: d 高搀杂
的P型区.
d g
符号 s
g
N
g—栅极，s—源极，d—漏极
N型导电 沟道
s
N沟道JEFT的示意图
对于N沟道JEFT 工作于放大状态， vGS<0. vDS>0
2
2区 ：饱和区 （恒流区，线性放大区 ） 0≤ vGS >Vp, vGD<Vp
电阻值随vGS增加而减小。 iD 受 vGS 的控制。
19
CMOS电路
(2) 转移特性曲线 iD= f (vGS)|vDS= 常数
表征栅源电压vGS对漏极电流的控制作用， 场效应管是电压控制器件。
在饱和区内，FET可看
作压控电流源。
IDSS
转移特性方程：
iD=IDSS(1-vGS/VP)2
vGS VP - 0.8 –0.4 vGS 11
（3）主要参数
夹断电压：VP 当导电沟道刚好完全被关闭时，栅源所对应的电
s
gd
N+ N+
P
18
3 、特性曲线
4区：击穿区
3区 截止区
vGS<VT vGD<VT iD=0
VT
2区：恒流区(线性放大区）
1区：可变电阻区:
vGS>VT vGD>VT 沟的道增呈大电而阻线性性，增iD随大v。DS
vGS>VT vGD<VT iD=IDO｛(vGS/VT)-1｝2 IDO是vGS=2VT时，iD的值。
增强型MOS管：vGS单极性，总与vDS一致（N沟道正，P沟道负）。
模拟电路第4章场效应管放大电 路
4.1 结型场效应管 4.1.1 JFET的结构和工作原理
1. 结构: d 高搀杂
的P型区.
d g
符号 s
g
N
g—栅极，s—源极，d—漏极
N型导电 沟道
s
N沟道JEFT的示意图
对于N沟道JEFT 工作于放大状态， vGS<0. vDS>0
2
2区 ：饱和区 （恒流区，线性放大区 ） 0≤ vGS >Vp, vGD<Vp
电阻值随vGS增加而减小。 iD 受 vGS 的控制。
19
CMOS电路
第四章 场效应管及其放大电路自测题-题
(1) 试画出该电路的直流通路和交流通路。 (2) 计算该电路的输入电阻、输出电阻和电压增益 AV VO Vi 。
图8
模拟电子技术基础自测题
6
9、图 9 为某共源极 MOS 管放大电路， RG1 1M , RG2 47k ， RG 10M，
RS 2k ， RD 20k ,电源VDD 12V ，其中场效应管为 N 沟道耗尽型，参数为
穷大。 (1) 试画出该电路的直流通路和交流通路。 (2) 计算该电路的输入电阻、输出电阻和电压增益 AV i VO Vi 。
图7
8 、 下 图 为 共 漏 极 MOS 管 放 大 电 路 ， RG1 RG2 100k ， RG 200k ，
RS RL 20k ，电源VDD 12V ， FET 参数 gm 2mS ， rd s 视为无穷大。
为何种类型的场效应晶体
管
，它对应的开启（阈值）
6
电压VGSth =
种类型的场效应晶体管
。②号曲线对应为何 ，
iD / mA
3
①
2 ②
1
它对应的电流 I DSS =
。（注： I DSS 为
VGS 0且VGD VGSoff 时的漏极电流）。
-1 0 1 2 vGS / V
ID/mA VGS/V
模拟电子技术基础自测题
(2) 设漏极与栅极间电阻 rd s 可忽略,求出该电路中频段的电压增益、输入电阻及
输出电阻。
图6
模拟电子技术基础自测题
5
7、图 7 为共栅极 MOS 管放大电路，RG 1k ，RD RL 10k ，电源VDD 12V ，
其中场效应管为 N 沟道 DMOSFET，参数为 gm 2mS ，漏极与栅极间电阻 rd s 无
图8
模拟电子技术基础自测题
6
9、图 9 为某共源极 MOS 管放大电路， RG1 1M , RG2 47k ， RG 10M，
RS 2k ， RD 20k ,电源VDD 12V ，其中场效应管为 N 沟道耗尽型，参数为
穷大。 (1) 试画出该电路的直流通路和交流通路。 (2) 计算该电路的输入电阻、输出电阻和电压增益 AV i VO Vi 。
图7
8 、 下 图 为 共 漏 极 MOS 管 放 大 电 路 ， RG1 RG2 100k ， RG 200k ，
RS RL 20k ，电源VDD 12V ， FET 参数 gm 2mS ， rd s 视为无穷大。
为何种类型的场效应晶体
管
，它对应的开启（阈值）
6
电压VGSth =
种类型的场效应晶体管
。②号曲线对应为何 ，
iD / mA
3
①
2 ②
1
它对应的电流 I DSS =
。（注： I DSS 为
VGS 0且VGD VGSoff 时的漏极电流）。
-1 0 1 2 vGS / V
ID/mA VGS/V
模拟电子技术基础自测题
(2) 设漏极与栅极间电阻 rd s 可忽略,求出该电路中频段的电压增益、输入电阻及
输出电阻。
图6
模拟电子技术基础自测题
5
7、图 7 为共栅极 MOS 管放大电路，RG 1k ，RD RL 10k ，电源VDD 12V ，
其中场效应管为 N 沟道 DMOSFET，参数为 gm 2mS ，漏极与栅极间电阻 rd s 无
第四章 场效应晶体管及其放大电路
图4-5
u 当 u GS 0 时，即加反向电压时，导电沟道变窄，i D 减小； GS 负值愈高、沟道愈窄，D 也就愈小。 i 当 u GS达到一定负值时，导电沟道被夹断，iD 0 ，这时的 u GS 称为夹断电压，用表示 U GS(off)。
图4-6
可见，耗尽型绝缘栅场效应管不论栅－源电压是 u GS 正是 负或零，都能控制漏极电流 i D ，这个特点使它的应用具有较 大的灵活性。 一般情况下，这类管子还是工作在负栅－源电压的状态。 实验表明，在 U GS(off) u GS 0 范围内，耗尽型场效应管的转 移特性可近似用下式表示
1) 导电沟道的形成
当பைடு நூலகம்u GS 足够大时，由于静电场作用，管子的漏极和源极之 间将产生一个导电通道(称为沟道)，极间等效电阻较小。 u GS 越大，导电沟道宽度越宽，等效电阻越小。 产生导电沟道所需的最小栅源电压我们称为开启电压 U GS(th) 。 改变栅源电压，就可以改变导电沟道的宽度。
上述这种在时没有导电沟道，因而必须在时才形 成导电沟道的场效应管称为增强型场效应管。
u GS 越大，沟道电阻越
小，故曲线越陡。在这个 区域中，沟道电阻由 u GS 决定，故称为可变电阻区。
图4-4
2) 输出特性曲线 I D f (U DS ) U
② 恒流区 图中所示曲线近似水平的 部分即是恒流区，它表示当 u DS u GS U GS(th) 时，DS u 与漏极电流 I D 间的关系。 该区的特点是 i D几乎不随 u DS 的变化而变化，i D 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
图4-2
2）漏源间电压好栅源电压 u DS 对漏极电流 i D 的影响 当 u GS U GS(th) 时，若在漏-源之间加上正向电压时，则将产生 一定的漏极电流。此时， u DS 的变化会对导电沟道产生影响。 即当 u DS 较小时， u DS 的增大使 i D 线性增大，沟道沿源-漏 方向逐渐变窄，如图4-3 a)所示。 一旦 u DS 增大到使 u DS u GS U GS(th) 时，沟道在漏极一侧出现 夹断点，称为预夹断，如果 u DS 继续增大，夹断区随之延长， 如图(b)所示。