第四章 场效应管及基本放大电路

iD gm = vGS
2）漏极内阻rds： ）漏极内阻
VQ
vDS rds = iD
VQ
4.4.2
FET的小信号模型 的小信号模型
iD D G uDS S
G
ugs
D
gmugs rDS uds
uGS
S G
ugs
D
gmugs uds
很大， 很大， 可忽略。 可忽略。
S
场效应管放大电路小结
(1) 场效应管放大器输入电阻出 场效应管共源极放大器(漏极输出 漏极输出) 输入输出反相， 输入输出反相，电压放大倍数大于 1；输出电阻 D。 ；输出电阻=R (3) 场效应管源极跟随器输入输出同相， 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 且约等于1； 电压放大倍数小于 且约等于 ；输 出电阻小。 出电阻小。
v GS 2 i D = I DSS (1 ) VP
可解出Q点的 可解出 点的VGS 、 ID 、 VDS 点的
3. 主要参数
夹断电压V 或 ① 夹断电压 P (或VGS(off))： 漏极电流约为零时的 GS值 。 ： 漏极电流约为零时的V 饱和漏极电流I 时对应的漏极电流。 ② 饱和漏极电流 DSS： VGS=0时对应的漏极电流。 时对应的漏极电流 ③ 低频跨导gm： 低频跨导反映了 GS对iD的控制作用。gm 低频跨导 低频跨导反映了v 的控制作用。 可以在转移特性曲线上求得，单位是 毫西门子)。 可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子 。 毫西门子 iD gm = V vGS DS 或
分类： 分类：
JFET 结型 MOSFET (IGFET) 绝缘栅型
N沟道 沟道 P沟道 沟道
（耗尽型） 耗尽型） N沟道 沟道
FET 场效应管
增强型
P沟道 沟道 N沟道 沟道 P沟道 沟道
耗尽型
4.1 结型场效应管
4.1.1 JFET的结构和工作原理 的结构和工作原理
结构 工作原理
4.1.2 JFET的特性曲线及参数 的特性曲线及参数
三种基本放大电路的性能比较
组态对应关系： 组态对应关系： BJT CE CC CB BJT CE： ：
电压增益： 电压增益：
FET CS CD CG FET CS： gm ( Rd // RL ) ：
gm ( R // RL ) CD： 1 g ( R // R ) ： + m L
β ( Rc // RL )
(VP ≤ vGS ≤ 0 )
VP
# JFET有正常放大作用时，沟道处于什么状态？ JFET有正常放大作用时 沟道处于什么状态？ 有正常放大作用时，
iD = f (uGS ) U DS =常量
iD = f (uDS ) U GS =常量
夹断 电压
在恒流区时 uGS 2 iD = I DSS (1 ) U GS(off)
iD gm = uGS
U DS =常量
uGD=UGS(off)时 称为预夹断
iD = f (uGS ) U DS =常量
iD = f (uDS ) U GS =常量
夹断 电压
在恒流区时 i D = I DSS u GS 2 (1 ) U p
uGD=UGS(off)时称为 预夹断
3. 主要参数
夹断电压V 或 ① 夹断电压 P (或VGS(off))： 漏极电流约为零时的 GS值 。 ： 漏极电流约为零时的V 饱和漏极电流I 时对应的漏极电流。 ② 饱和漏极电流 DSS： VGS=0时对应的漏极电流。 时对应的漏极电流 ③ 低频跨导gm： 低频跨导反映了 GS对iD的控制作用。gm 低频跨导 低频跨导反映了v 的控制作用。 可以在转移特性曲线上求得，单位是 毫西门子)。 可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子 。 毫西门子 iD gm = V vGS DS 或
rbe
(1 + β ) ( Re // RL ) CC： r + (1 + β )( R // R ) ： be e L
CB： ：
β ( Rc // RL )
rbe
CG： gm ( Rd // RL ) ：
三种基本放大电路的性能比较
输入电阻： 输入电阻： CE： ： BJT Rb // rbe FET CS： Rg3 + ( Rg1 // Rg2 ) ： CD： Rg3 + ( Rg1 // Rg2 ) ： CG： R // ：
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， 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。 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 JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的， 栅极与沟道间的PN结是反向偏置的 输入电阻很高。 此iG≈0，输入电阻很高。 JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制 JFET是电压控制电流器件， 是电压控制电流器件 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后， 呈近似线性关系；预夹断后， iD趋于饱和。 趋于饱和。
输出特性 转移特性 主要参数
1.结构（以N沟道 结构 沟道JFET为例） 为例） 沟道 为例
2. 工作原理
沟道JFET为例） 为例） （以N沟道 沟道 为例
① VGS对沟道的控制作用 ③ DS ② VGS和VDS同时作用时
当VV ＜0时 VDS，→ ID ↑ 时 时 GS <VGS<0 当 GS=0时， 时 ↑ 导电沟 P PN结反偏 → 耗尽层加厚 结反偏 G、D间PN结的反向电 、 间 结的反向电 道更容易夹断，对于同样 道更容易夹断， 压增加， 。 压增加，使靠近漏极处的 → 沟道变窄 VDS ， ID的值比 GS=0时 的值比V 的沟道变窄。 时 耗尽层加宽，沟道变窄， 耗尽层加宽，沟道变窄， VGS继续减小，沟道 继续减小， 的值要小。 的值要小。 从上至下呈楔形分布。 从上至下呈楔形分布。 继续变窄 在预夹断处 当VDS增加到使VGD=VP 增加到使 当沟道夹断时， 当沟道夹断时，对应 时，在紧靠漏极处出现预 VGD=VGS-VDS =VP 的栅源电压V 称为夹断 的栅源电压 GS称为夹断 夹断。 夹断。 电压V 电压 P （ 或VGS(off) ）。 此时V 此时 DS ↑ → 夹断区延长 对于N沟道的 沟道的JFET，VP <0。 对于 沟道的 →I 基本不变 ， 。 → 沟道电阻↑ 沟道电阻↑ D
FET放大电路组成原则及分析方法 放大电路组成原则及分析方法
组成原则： 组成原则：
(1) 静态：适当的静态工作点，使场效应管工作 静态：适当的静态工作点， 在恒流区， 的偏置电路相对简单。 在恒流区，FET的偏置电路相对简单。 的偏置电路相对简单 (2) 动态：能为交流信号提供通路。 动态：能为交流信号提供通路。
vGS 2 I DSS (1 ) VP gm = VP （当VP ≤ vGS ≤ 0 时）
输出电阻r ④ 输出电阻 d：
rd =
vDS iD
VGS
4.2 绝缘栅型场效应管MOSFET 绝缘栅型场效应管MOSFET
1. N沟道增强型管 沟道增强型管 沟道
反型层 uDS 不变，uGS增大，反型层（导 电沟道）将变厚。当反型层将两个N 区相接时，管子导通。
1 gm
3. 主要参数
夹断电压V 或 ① 夹断电压 P (或VGS(off))： 漏极电流约为零时的 GS值 。 ： 漏极电流约为零时的V 饱和漏极电流I 时对应的漏极电流。 ② 饱和漏极电流 DSS： VGS=0时对应的漏极电流。 时对应的漏极电流 ③ 低频跨导gm： 低频跨导反映了 GS对iD的控制作用。gm 低频跨导 低频跨导反映了v 的控制作用。 可以在转移特性曲线上求得，单位是 毫西门子)。 可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子 。 毫西门子 iD gm = V vGS DS 或
1 gm
CC： Rb // [rbe + (1 + β )( Re // RL )] ： rbe Re // CB： ： 1+ β 输出电阻： 输出电阻： CE： ： Rc
CS： ： CD： ： CG： ：
Rd R //
Rd
( Rs // Rb ) + rbe CC：Re // ： 1+ β Rc CB： ：
4.3 FET的直流偏置电路及静态分析 的直流偏置电路及静态分析
1. 直流偏置电路
（1）自给偏压电路 ）自给偏压电路
vGS
vGS = - iDR
（2）混合偏压电路 ）混合偏压电路
VGS = VG VS Rg2 VDD I D R = Rg1 + Rg2
2. 静态工作点
Q点： VGS 、 ID 、 VDS 点 已知V 已知 P ，由 vGS = - iDR VDS = VDD - ID (Rd + R )
# 为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？ 为什么JFET的输入电阻比 的输入电阻比BJT高得多 高得多？
4.1.2 JFET的特性曲线及参数 的特性曲线及参数
1. 输出特性 2. 转移特性
iD = f ( vDS ) vGS = const. iD = f ( vGS ) vDS = const. vGS 2 iD = I DSS (1 ) VP
VGS = VG VS Rg2 VDD I D R = Rg1 + Rg2
2. 静态工作点
Q点： VGS 、 ID 、 VDS 点 已知V 已知 P ，由 vGS = - iDR VDS = VDD - ID (Rd + R )
v GS 2 i D = I DSS (1 ) VP
可解出Q点的 可解出 点的VGS 、 ID 、 VDS 点的
FET的交流参数和小信号模型 4.4 FET的交流参数和小信号模型 4.4.1 FET的主要交流参数 FET的主要交流参数