场效应管放大电路13912
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
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）。
第三章场效应管放大电路讲解
3.1 金属-氧化物-半导体(MOS)场效应管 3.2 MOSFET放大电路 3.3 结型场效应管(JFET)
3.1 金属-氧化物-半导体场效应管
场效应管是一种利用电场效应来控制其电流大小的 半导体器件。它不仅体积小、重量轻、耗电省、寿命 长，且输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能 力强、制造工艺简单，因而应用广泛。 场效应管按结构分为：MOSFET和JFET。 MOSFET从导电载流子的带电极性看，有N(电子 型)沟道和P(空穴型)沟道MOSFET； 按导电沟道形成机理不同，NMOS管和PMOS管又 各有增强型(E型)和耗尽型(D型)。 MOSFET有四种：E型NMOS管、 D型NMOS管、 E型PMOS、D型PMOS。
iD/mA 2 可变电阻区 D n GS Th DS DS
8
6
4 2
饱和区
A
B C D 5 E 10
7V 6V
在特性曲线原点附近，vDS很 小，则
5V 4V
vGS=3V
截止区
i 2 K v V v D n G S Th DS
O
15
20 vDS/V
当vGS一定时，原点附近的输出电阻为 d v 1 DS r dso v 常数 GS d i 2 K v V D n G S T h 显然rdso是一个受vGS控制的可变电阻。
③ 饱和区（恒流区、放大区） 当vGS≥VTh，且vDS≥vGS-VTh时，MOSFET已进入饱 和区。iD基本不随vDS变化。
2 i K 2 v V v v D n GS Th DS DS
v v V DS GS Th
vGS iD IDO V 1 Th
利用场效应管实现放大电路
利用场效应管实现放大电路一、设计题目设计一个场效应管放大器，要求电压增益大于40，输出阻抗小及500欧姆，电源电压15V，输出信号峰峰值不小于8 V，非线性失真度小于10%。
二、技术参数要求1, 要求电压增益大于402,输出阻抗小及500欧姆3,电源电压15V4,输出信号峰峰值不小于8 V5,非线性失真度小于10%三、所用设备、仪器及清单示波器一个、信号发生器一个、直流稳压电源一个、数字万用表一个、3DJ6F 场效应管三个、47μF电容五个、面包板一个、电阻若干。
四、电路图五、原理介绍(1)转移特性栅极电压对漏极电流的控制作用称为转移特性，若用曲线表示，该曲线就称为转移特性曲线。
它的定义是：漏极电压UDS恒定时，漏极电流ID同栅极电压UGS的关系，即结型场效应管的转移特性曲线如图所示。
图中的Up为夹断电压，此时源极及漏极间的电阻趋于无穷大，管子截止。
在UP电压之后，若继续增大UGS就可能会出现反向击穿现象而损坏管子。
(2)输出特性UDS及ID的关系称为输出特性，若用曲线表示，该曲线就称为输出特性曲线。
它的定义是：当栅极电压UGS恒定时，ID随UDS的变化关系，即结型场效应管的输出特性曲线如图所示。
结型场效应管的输出特性曲线分为三个区，即可变电阻区、饱和区及击穿区。
当UDS较小时，是曲线的上升部分，它基本上是通过原点的一条直线，这时可以把管子看成是一个可变电阻。
当UDS增加到一定程度后，就会产生预夹断，因此尽管UDS再增加，但IS基本不变。
因此预夹断点的轨迹就是两种工作状态的分界线。
把曲线上UDS=UGS-UP的点连接起来，便可得到预夹断时的轨迹。
轨迹左边对应不同UGS值的各条直线，通称为可变电阻区；轨迹右边的水平直线区称为饱和区，结型场效应管作放大用时，一般都工作在饱和区。
(3)结型场效应管的放大作用结型场效应管的放大作用一般指的是电压放大作用，可以通过图所示电路来说明这一作用。
当把变化的电压加入输入回路时，将引起漏极电流的变化。
场效应管放大电路
N 沟道 PN结
P沟道场效应管工作时， 极性相反，沟道中的多 子为空穴。
①栅源电压VGS对iD的控制作用
当VGS＜0时，PN结反 偏，耗尽层变厚，沟 道变窄，沟道电阻变 大，ID减小；
VGS更负，沟道更窄， ID更小；直至沟道被 耗尽层全部覆盖，沟 道被夹断， ID≈0。这 时所对应的栅源电压 VGS称为夹断电压VP。
JFET工作原理
（动画2-9)
(3)伏安特性曲线
①输出特性曲线 iD f (VDS ) VGS C （动画2-6）
恒流区：(又称饱和区或放大区）
v 特点:(1)受控性： 输入电压 GS控
i I v V 制输出电流 1
2
D
DSS
GS P
(2)恒流性：输出电流iD 基本上
不受输出电压vDS的影响。
用途:可做放大器和恒流源。
条件:(1)源端沟道未夹断
V V
GS
P
(2)源端沟道予夹断
V V V
DS
GS
P
可变电阻区
特点:(1)当vGS 为定值 时,iD 是 vDS 的线性函数，
管子的漏源间呈现为线
性电阻，且其阻值受 vGS
控制。
（2）管压降vDS 很小。
用途：做压控线性电阻 和无触点的、闭合状态 的电子开关。
场效应管放大电路
场效应管
场效应晶体三极管是由一
种载流子导电的、用输入电压控 制输出电流的半导体器件。从参 与导电的载流子来划分，它有自 由电子导电的N沟道器件和空穴 导电的P沟道器件。
结型场效应管 1.结构
按照场效应三极 管的结构划分，有结 型场效应管和绝缘栅 型场效应管两大类。
2.工作原理
场效应管放大电路
N沟道增强型绝缘栅场效晶体管 结构示意图及电路符号
P沟道增强型绝缘栅场效晶体管 结构示意图及电路符号
N沟道增强型绝缘栅场效晶体管是用一块杂质浓度较低的P型硅片作衬底， B 为衬底引线。在硅片上面扩散两个高浓度N型区(图中N+区)，各用金属线引出电极， 分别称为源极s和漏极d，在硅片表面生成一层薄薄的二氧化硅绝缘层，绝缘层上 再制作一层铝金属膜作为栅极g。
2. 输出特性曲线
结型场效晶体管的输出特性曲线与三极管相似，不同之处在于：三极管 是不同 I B 的曲线簇，而结型场效晶体管是不同的 V GS 的曲线簇。
10
第三节 场效应管放大电路
一、电路构成及元件作用
1.分压偏置共源放大电路
V—场效应管，电压控制元件，由输入电压vgs控制漏极电流id。 Rg1、Rg2—分压电阻，使栅极获得合适的工作电压，通常是改变RG1的阻值来 调整放大电路的静态工作点。 Rd—漏极负载电阻，可将漏极电流id转 换为输出电压vo。 Rs—源极电阻，稳定静态工作点。 Cs—源极旁路电容，消除RS对交流信号 的衰减作用。 Cl、C2—耦合电容，起隔直流、耦合交 流信号的作用。
处于截止状态。 当 V GS 增加至某个临界电压时，感应 电子层将两个分离的 N + 区接通，形成 N 型导
电沟道，于是产生漏极电流 I D ，管子开始导
通。 继续加大 V GS ，导电沟道就会愈宽， 输出电流 I D 也就愈大。
增强型场效晶体管的工作电路3 Nhomakorabea三、特性曲线
1. 转移特性
指漏源电压 V DS 为确定值时，漏极电 流 i D 与栅源电压 v GS 之间的关系曲线。 N 沟道增强型 MOS 管转移特性曲线 见右图。 在 v GS =0 时， i D =0 ； 当 v GS > V GS （ th ） 时， i D 随 v GS 的增大 而增大。
场效应管放大电路原理
场效应管放大电路原理场效应管（Field Effect Transistor，简称FET）是一种重要的电子元器件，广泛应用于各种电子设备中。
它具有高输入阻抗、低输出阻抗、低噪声、高增益等优点，因此在放大电路中得到了广泛的应用。
场效应管放大电路是一种利用场效应管进行信号放大的电路。
它通过控制场效应管的栅极电压来控制电流的流动，从而实现信号的放大。
下面将详细介绍场效应管放大电路的原理。
场效应管放大电路主要由场效应管、负载电阻、输入电容、输出电容等组成。
其中，场效应管是核心部件，起到放大信号的作用。
负载电阻用于提供输出端的负载，使得输出信号能够正常传递。
输入电容和输出电容则用于对输入信号和输出信号进行耦合。
在场效应管放大电路中，输入信号首先经过输入电容进入场效应管的栅极。
当栅极电压发生变化时，场效应管内部的通道将打开或关闭，从而控制电流的流动。
当栅极电压较低时，场效应管处于截止状态，电流无法通过。
当栅极电压较高时，场效应管处于导通状态，电流可以通过。
当输入信号经过场效应管后，会在负载电阻上产生一个较小的输出电压。
为了放大这个输出电压，需要通过负反馈来增加放大倍数。
具体来说，可以将输出信号通过输出电容耦合到放大器的输入端，然后再将输出信号与输入信号进行比较，从而调整栅极电压，使得输出信号得到放大。
在场效应管放大电路中，需要注意一些问题。
首先是输入阻抗和输出阻抗的匹配问题。
为了使得信号能够正常传递，输入阻抗和输出阻抗需要相互匹配。
其次是稳定性问题。
由于场效应管的工作点受到温度和其他因素的影响，因此需要采取一些措施来保持工作点的稳定性。
最后是频率响应问题。
由于场效应管本身具有一定的频率响应特性，因此在设计放大电路时需要考虑频率响应的影响。
总结起来，场效应管放大电路是一种利用场效应管进行信号放大的电路。
它通过控制场效应管的栅极电压来控制电流的流动，从而实现信号的放大。
在实际应用中，需要注意输入阻抗和输出阻抗的匹配、工作点的稳定性以及频率响应等问题。
(整理)场效应管放大电路13912
场效应管放大电路一、选择填空（只填①、②…字样）1．晶体管是依靠 ⑤ 导电来工作的 ⑦ 器件；场效应管是依靠 ① 导电来工作的 ⑥ 器件（①多数载流子，②少数载流子，③电子，④空穴，⑤多数载流子和少数载流子，⑥单极型，⑦双极型，⑧无极型）。
2．晶体管是 ② ；场效应管是 ① （①电压控制器件；②电流控制器件） 3．晶体管的输入电阻比场效应管的输入电阻 ③ （①大得多；②差不多；③小得多）。
4．晶体管的集电极电流 ② ；场效应管的漏极电流 ① （①穿过一个PN 结，② 穿过两个PN 结，③不穿过PN 结）5．放大电路中的晶体管应工作在 ② ；场效应管应工作在 ① （①饱和区，②放大区，③截止区，④夹断区，⑤可变电阻区）。
6．绝缘栅型场效应管是利用改变 栅源两极 的大小来改变 沟道电阻 的大小，从而达到控制 漏极电流 的目的；根据 栅源两极电压为零 时，有无 漏极电流 的差别，MOS 管可分为 耗尽 型和 增强 型两种类型。
7．NMOS 管最大的优点是 输入电阻较大 ；其栅—源电压的极性 为负 ，漏—源电压的极性 为正 ；对于增强型NMOS 管，这两种电压的极性 为正 ，对增强型PMOS 管这两种电压的极性为 负 。
8．耗尽型场效应管在恒流区的转移特性方程为()D GS DSi f u u==常数，它们都是反映栅源两端电压 对 漏极电流 控制特性的。
9、当场效应管的漏极直流电流I D 从2mA 变为4mA 时，它的低频跨导g m 将 。
A.增大B.不变C.减小答案：A 二、解答题2.已知场效应管的输出特性曲线如图P1.22所示，画出它在恒流区的转移特性曲线。
图P1.22解：在场效应管的恒流区作横坐标的垂线〔如解图P1.22（a ）所示〕，读出其与各条曲线交点的纵坐标值及U GS 值，建立i D ＝f （u GS ）坐标系，描点，连线，即可得到转移特性曲线，如解图P1.22（b ）所示。
解图P1.223.结型场效应管外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压，才能保证其R GS 大的特点。
第9讲 场效应管放大电路
2.7.2 共源极放大电路
图示电路为 N 沟道增强型 MOS 场效应管组成的放 大电路。 与双极型三极管对应关系 bG, eS, cD 为了使场效应管 工作在恒流区实现放 大作用，应满足：
uI ~
iD
RG +
G
RD
D
+
VT
S
uO
VDD
VGG 图 2.7.3
uGS U GS (th) uDS uGS U GS(th)即 uGD uGS uDS U GS(th)
特点：输入电阻可达 109 以上。 N 沟道 类型 P 沟道 增强型 耗尽型 增强型 耗尽型
UGS = 0 时漏源间存在导电沟道称耗尽型场效应管；
UGS = 0 时漏源间不存在导电沟道称增强型场效应管。
绝缘栅型场效应管
增强型管
大到一定 值才开启
高掺杂 耗尽层
空穴
衬底 SiO2绝缘层 反型层
uGS增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当 反型层将两个N区相接时，形成导电沟道。
ID /mA (当 uGS > UGS(th) 时)
IDO O UT 2UT
O
UDS /V
UGS /V
图 1.4.12 (a)
图 1.4.12 (b)
二、N 沟道耗尽型 MOS 场效应管
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 = UGS(off) , 感应电 荷被“耗尽”，iD 0。
场效应管放大电路
2) uDS 对 iD的影响(uGS > UGS(th)) iD DS 间的电位差使沟道呈 楔形， uDS ，靠近漏极 D 端的沟道厚度变薄。
预夹断(UGD = UGS(th))：漏极附近反型层消失。 预夹断发生之前： uDS iD。 预夹断发生之后：uDS iD 不变。
电工电子教学部
列出静态时的关系式 UGS = – RSID
+UDD RD d
U GS 2 I D I DSS (1 ) U GS(OFF)
g
T + UGS _ s RS IS _
)
2
电工电子教学部
三、P 沟道 MOSFET
P沟道增强型 结构 SiO2绝缘层 符号： D
P+ N型衬底
P+
G
S
加电压才形成 P型导电沟道
增强型场效应管只有当UGS UGS(th）时才形成导电沟道。
电工电子教学部
P 沟道耗尽型管
SiO2绝缘层中 掺有负离子 符号：
D
G
予埋了P型 导电沟道 S
3. 转移特性曲线
i D f ( uGS ) UiD /mA NhomakorabeaDS
4 UDS = 10 V 3 2 UGS (th) 开启电压 1 uGS /V 2 4 6 O
当 uGS > UGS(th) 时：
iD I DO (
uGS U GS (th)
1)2
uGS = 2UGS(th) 时的 iD 值
在一定的漏–源电压UDS下，使管子由不导通变为导通的临界栅源电 压称为开启电压UGS(th）。
c. 当 uGS UGS(th) 时，衬底中电子被吸引 ED – + 到表面，形成N型导电沟道，将D-S连 EG 接起来。 uGS 越大沟道越厚。 S G D – + UG UGS大到一定值才开启，若 S 漏–源之间加上一定的电压 N+ N+ UDS，则有漏极电流ID产生。 P型硅衬底 在一定的UDS下漏极电流ID的 大小与栅源电压UGS有关。 N型导电沟道 所以，场效应管是一种电压 控制电流的器件。
场效应管放大电路
场效应管放大电路场效应管放大电路与双极型晶体管放大电路类似，也有与之对应的三种基本组态：共源（共射）、共漏（共集）和共栅极（共基极）。
1.直流偏置及静态分析场效应管放大电路有两种常用的直流偏置方式：自给偏压和分压式偏置。
由于耗尽型（包括结型）管子在时就有漏极电流，利用这一电流在源极电阻上产生的电压给管子供应直流偏置，因此自给偏压仅适合于耗尽型管子。
分压式偏置方式，利用分压电阻供应的栅极直流电位和源极电阻上产生的直流压降共同建立栅源间极的直流偏置。
调整分压比可以使偏置电压为正或为负，使用敏捷，适合于各种场效应管。
场效应管放大电路的静态分析有图解法和解析法两种。
图解法与双极型晶体管放大电路的图解法类似，读者可对比学习。
解析法是依据直流偏置电路分别列出输入、输出回路电压电流关系式，并与场效应管工作在恒流区（放大区）漏极电流和的关系联立求解获得静态工作点。
2.动态分析场效应管放大电路的动态分析也有图解法和微变等效电路法两种。
它与双极型晶体管放大电路的分析法类似，读者可对比学习。
在双极型晶体管放大电路动态分析中，通常给出了管子的β值，而在场效应管放大电路分析中则需要利用解析法计算跨导gm。
例如耗尽型管子的由下式求得：上式表明gm与IDQ有关，IDQ越大，gm也就越大。
3.三种基本放大电路的特点场效应管放大电路的组态判别与双极型晶体管放大电路类似此处不再赘述。
三种基本放大电路的性能特点如表1所示。
表1 场效应管三种基本放大电路的性能特点共源极共漏极共栅极输入电阻大大小输出电阻较大小较大电压放大倍数大小于等于1大uo与ui的相位关系反相同相同相。
场效应管及其放大电路
第3章场效应管及其放大电路场效应晶体管(简称场效应管)是一种利用电场效应来控制电流的半导体器件。
这种器件不仅具有体积小、重量轻、耗电省、寿命长等特点,而且还具有输入电阻高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单等优点,因而大大扩展了其应用范围,特别是在大规模和超大规模集成电路中得到了广泛的应用。
根据结构的不同,场效应管可以分为两大类:结型场效应管(JFET )和金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET )。
本章首先介绍场效应管的结构、工作原理、特性曲线及主要参数,然后介绍场效应管放大电路的电路组成及其工作原理。
3.1 结型场效应管3.1.1 结型场效应管的结构和工作原理1.结构结型场效应管的结构示意图如图3-1(a )所示。
从图中可以看出,在N 型半导体两侧是两个高掺杂的P 区,从而形成两个PN 结。
两侧P 区从内部相连后引出一个电极称为栅极,用G 表图3-1 N 沟道结型场效应管(a )结构 (b )符号示;从N 型半导体两端分别引出的两个电极称为源极和漏极,用S 和D 表示;两个PN 结中间的·94·N 型区域称为导电沟道,这种结构称为N 沟道场效应管,图3-1(b )是它的代表符号。
场效应管分N 沟道和P 沟道两种,图3-2所示为P 沟道场效应管。
从场效应管代表符号中的箭头方向可以区分是N 沟道还是P 沟道。
2.工作原理下面以N 沟道结型场效应管为例,讨论场效应管的工作原理。
图3-3表示的是N 沟道结型场效应管加入偏置电压后的接线图。
图3-2 P 沟道结型场效应管(a )结构 (b)符号图3-3 N 沟道结型场效应管的工作原理图3-4 u G S 对导电沟道的影响正常工作时,场效应管中的PN 结必须外加反向电压。
对于N 沟道场效应管,当u G S <0,栅极电流几乎为0,场效应管呈现高达几十兆欧以上的输入电阻。
如果在漏极(D )和源极(S )之间加一正极性电压u D S ,N 沟道中的多数载流子(电子)将在电场作用下从源极向漏极流动,形成漏极电流i D 。
场效应管基本放大电路
15/54 改进型自给偏置电路
R1R2提供一个 正偏栅压UG
UG
R2 R1 R2
ED
UGS = UG-US
R2 R1 R2
ED
-IDRS
ID
I
DSS
(1
U GS UP
)
2
大电阻（偏M置)，电路
减小R1、R2对放大电 路输入电阻的影响。
改进型自给偏置电路
UGSQ和IDQ UDSQ=ED-IDQ(RS+RD)
15
16/54
(2) 外加偏置电路
R1和R2提供一个固定栅压。
偏置电路
UG
R2 R1 R2
ED
UGS = UG-US
R2 R1 R2
8/54
2. 低频小信号模型
由输出特性： ID=f (UGS,UDS)
ΔID
ΔID ΔUGS
ΔUDS 0
ΔUGS
ΔID ΔUDS
ΔU ΔUGS 0
DS
ΔID gmΔUGS gdsΔUDS
G
ΔID D
+
+
ID
ΔUGS
gdsΔUDS
-
gmΔUGS
-
S gm：跨导
gds：输出电导 gds=1/rds 8
N
沟
道
绝增
缘 栅
强 型
UT
场P
效沟 应道 管增
强
型
3
4/54
复习2
N
沟
道
耗
场效应管放大电路介绍课件
⑦ 输出电阻rd：
rd
vDS iD
VG S
12
4.3 金属-氧化物-半导体场效应管
FET 场效应管
JFET 结型
MOSFET 绝缘栅型
N沟道 （耗尽型）
P沟道 N沟道
增强型 P沟道
N沟道 耗尽型
P沟道
13
4.3.1 N沟道增强型MOSFET
1. 结构
14
4.1.1 N沟道增强型MOSFET
2. 工作原理 s 二氧化硅
d
d
d
P+
P+
P+
P+
P+
P+
g
g
g
N
N
N
s
s
s
8
2. 工作原理 ③ VGS和VDS同时作用时
9
4.1.1 JFET的结构和工作原理 综上分析可知
• 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 • 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；
反偏的PN结 —— 反偏电压控制耗尽层
栅极G(g)
源极S(s)
6
4.1.1 JFET的结构和工作原理
2. 工作原理 ① VGS对沟道的控制作用
② VDS对沟道的影响
• VGS=0
• VGS＜0 (反偏)
• VGS= VP
|VGS | 增加 耗尽层加厚 沟道变窄 沟道电阻增大
全夹断（夹断电压）
耗尽层 d
Rc
CC：Re
//
(
Rs
// Rb )
1
rbe
CB：
第四章场效应管放大电路jxa
第四章场效应管放大电路jxa第一篇：第四章场效应管放大电路jxa返回＞＞第四章场效应管放大电路由于半导体三极管工作在放大状态时，必须保证发射结正偏，故输入端始终存在输入电流。
改变输入电流就可改变输出电流，所以三极管是电流控制器件，因而三极管组成的放大器，其输入电阻不高。
场效应管是通过改变输入电压(即利用电场效应)来控制输出电流的，属于电压控制器件，它不吸收信号源电流，不消耗信号源功率，因此输入电阻十分高，可高达上百兆欧。
除此之外，场效应管还具有温度稳定性好，抗辐射能力强、噪声低、制造工艺简单、便于集成等优点，所得到广泛的应用。
场效应管分为结型场效应管(JFET)和绝缘栅场效应管(IGFET)，目前最常用的MOS管。
由于半导体三极管参与导电的两种极性的载流子，电子和空穴，所以又称为半导体三极管双极性三极管。
场效应管仅依靠一种极性的载流子导电，所以又称为单极性三极管。
FET－Field Effect transistor JFET－Junction Field Effect transistor IGFET－Insulated Gate Field Effect Transistor MOS－Metal-Oxide-Semiconductor §1 结型场效应管一、结构结型场效应管有两种结构形式。
N型沟道结型场效应管和P型沟道结型场效应管。
以N沟道为例。
在一块N型硅半导体材料的的两边，利用合金法、扩散法或其它工艺做成高浓度的P+型区，使之形成两个PN结，然后将两边的P+型区连在一起，引出一个电极，称为栅极G。
在N型半导体两端各引出一个电极，分别作为源极S和漏极D。
夹在两个PN结中间的N型区是源极与漏极之间的电流通道，称为导电沟道。
由于N型半导体多数载流子是电子，故此沟道称为N型沟道。
同理，P型沟道结型场效应管中，沟道是P型区，称为P型沟道，栅极与N型区相连。
电路符号如图所示，箭头方向可理解为两个PN结的正向导电方向。
场效应管放大电路的等效
场效应管放大电路的等效
场效应管放大电路的等效电路包括输入等效电阻、输出等效电阻和传输特性。
1. 输入等效电阻（ri）：场效应管的输入等效电阻是指在输入
端口处所呈现的电阻。
它主要包括栅极-源极电流稳压器的内
阻（rs）和栅极-源极电压特性上的导通电阻（rg），ri ≈ rs + rg。
2. 输出等效电阻（ro）：场效应管的输出等效电阻是指在输出
端口处所表现的电阻。
它主要受到漏极电阻（rd）的影响。
3. 传输特性：传输特性描述了场效应管的输入电压与输出电流之间的关系。
传输特性采用转移函数或转移曲线来表示。
其中，转移函数是输入电压与输出电流之间的函数关系，而转移曲线是输入电压与输出电流之间的图形表示。
通过等效电路的建立，可以更方便地分析和计算场效应管放大电路的性能参数和工作情况。
场效应管共源极放大电路
.4.1 场效应管共源极放大电路
由耗尽型NMOS管组成的共源极放大电路如图2-22所示。
其中电阻、和组成分压式栅极偏置电路，源极电阻起直流负反馈稳定静态工作点的作用，漏极电阻将漏极电流的交流分量转变成交流电压输出，电容、为耦合电容，为旁路电容。
静态值、和称为场效应管放大器的静态工作点。
若求，必须知道场效应管的转移特性曲线或方程。
在此，采用近似的方法估算图2-22电路的静态工作点。
设
（2-30）
(2-31)
(2-32)
(2-33)
由图2-23所示的小信号等效电路，可以求得共源极放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻：
(2-34)
其中，
(2-35)
(2-36)
电阻常取几MΩ，所以场效应管放大电路的输入电阻很大，若输入信号有较大的内阻，也不会象晶体管放大电路那样使放大倍数受到影响，因此场效应管放大电路常用于多级放大电路的输入级。
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场效应管放大电路一、选择填空（只填①、②…字样）1．晶体管是依靠 ⑤ 导电来工作的 ⑦ 器件；场效应管是依靠 ① 导电来工作的 ⑥ 器件（①多数载流子，②少数载流子，③电子，④空穴，⑤多数载流子和少数载流子，⑥单极型，⑦双极型，⑧无极型）。
2．晶体管是 ② ；场效应管是 ① （①电压控制器件；②电流控制器件） 3．晶体管的输入电阻比场效应管的输入电阻 ③ （①大得多；②差不多；③小得多）。
4．晶体管的集电极电流 ② ；场效应管的漏极电流 ① （①穿过一个PN 结，② 穿过两个PN 结，③不穿过PN 结）5．放大电路中的晶体管应工作在 ② ；场效应管应工作在 ① （①饱和区，②放大区，③截止区，④夹断区，⑤可变电阻区）。
6．绝缘栅型场效应管是利用改变 栅源两极 的大小来改变 沟道电阻 的大小，从而达到控制 漏极电流 的目的；根据 栅源两极电压为零 时，有无 漏极电流 的差别，MOS 管可分为 耗尽 型和 增强 型两种类型。
7．NMOS 管最大的优点是 输入电阻较大 ；其栅—源电压的极性 为负 ，漏—源电压的极性 为正 ；对于增强型NMOS 管，这两种电压的极性 为正 ，对增强型PMOS 管这两种电压的极性为 负 。
8．耗尽型场效应管在恒流区的转移特性方程为()D GS DSi f u u==常数，它们都是反映栅源两端电压 对 漏极电流 控制特性的。
9、当场效应管的漏极直流电流I D 从2mA 变为4mA 时，它的低频跨导g m 将 。
A.增大B.不变C.减小答案：A 二、解答题2.已知场效应管的输出特性曲线如图P1.22所示，画出它在恒流区的转移特性曲线。
图P1.22解：在场效应管的恒流区作横坐标的垂线〔如解图P1.22（a ）所示〕，读出其与各条曲线交点的纵坐标值及U GS 值，建立i D ＝f （u GS ）坐标系，描点，连线，即可得到转移特性曲线，如解图P1.22（b ）所示。
解图P1.223.结型场效应管外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压，才能保证其R GS 大的特点。
（ ） 答案：√4.若耗尽型N 沟道MOS 管的U GS 大于零，则其输入电阻会明显变小。
（ ） 答案：×5.电路如图1.23所示，T 的输出特性如图P1.22所示，分析当u I ＝4V 、8V 、12V 三种情况下场效应管分别工作在什么区域。
解：根据图P1.22所示T 的输出特性可知，其开启电压为5V ，根据图P1.23所示电路可知所以u GS ＝u I 。
当u I ＝4V 时，u GS 小于开启电压，故T 截止。
当u I ＝8V 时，设T 工作在恒流区，根据 输出特性可知i D ≈0.6mA ，管压降 u DS ≈V DD －i D R d ≈10V因此，u GD ＝u GS －u DS ≈－2V ，小于开启电压， 图P1.23 说明假设成立，即T 工作在恒流区。
当u I ＝12V 时，由于V DD ＝12V ，必然使T 工作在可变电阻区。
6.U GS ＝0V 时，能够工作在恒流区的场效应管有 。
A. 结型管B. 增强型MOS 管C. 耗尽型MOS 管 答案：A7.电路如图P5.14所示，已知C g s ＝C g d ＝5pF ，g m ＝5mS ，C 1＝C 2＝C S ＝10μF 。
试求f H 、f L 各约为多少，并写出s u A 的表达式。
图P5.14解：f H 、f L 、s u A 的表达式分析如下：：)101.1j 1)(16j 1()16j(4.12MHz 1.1)π(21pF72)1(Hz16π214.12)(6s'gs g s H gd 'L m gs 'gs ss L 'L m 'L m is i sm ⨯++⋅-≈≈≈=≈++=≈≈-≈-≈-+=ff f A C R R f C Rg C C C R f R g R g R R R A u u ∥（5）U GS ＝0V 时，能够工作在恒流区的场效应管有 。
A. 结型管B. 增强型MOS 管C. 耗尽型MOS 管 （5）A C8.一个JFET 的转移特性曲线如图题4.1.3所示，试问： （1） 它是N 沟道还是P 沟道FET ？（2） 它的夹断电压V P 和饱和漏极电流I DSS 各是多少？解 由图题4．1．3可见，它是N 沟道JFET ，其V P ＝–4 V ，I DSS ＝3 mA 。
9.一个MOSFET 的转移特性如图题4．3．3所示（其中漏极电流i D 的方向是它的实际方向）。
试问：（1）该管是耗尽型还是增强型？ （2）是N 沟道还是P 沟道FET ？（3）从这个转移特性上可求出该FET 的夹断电压V P ，还是开启电压V T ？其值等于多少？解：由图题 4.3.3可见，它是 P 沟道增强型 MOSFET ，其 V T ＝－4 V 。
10.增强型FET 能否用自偏压的方法来设置静态工作点？试说明理由。
解 由于增强型MOS 管在v GS =0时，v D =0（无导电沟道），必须在|v GS |＞|V T | （V T 为开启电压）时才有i D ，因此，增强型的MOS 管不能用自偏压的方法来设置静态工作点。
11.已知电路参数如图题4．4．4所示，FET 工作点上的互导g m ＝1ms ，设 r d >>R d 。
（1）画出小信号等效电路；（2）求电压增益Av ；（3）求放大电路的输人电阻R i 。
解 （1）画小信号等效电路图1忽略r d ，可画出图题4.4.4的小信号等效电路，如图解4.4.4所示。
（2）求 Av3.3211101110-≈⨯+⨯-=+-==R g R g V V A m d m i V （3）求RiΩ≈+=k R R R R g g g i 2075)||(21312.电路参数如图题4.5.1所示。
设FET 的参数为g m ＝0.8ms ，r d ＝200k Ω；3AG29（T 2）的β＝40，r be＝1k Ω。
试求放大电路的电压增益Av 和输入电阻Ri 。
解（1）求VA 由于 r d ＞＞R d ，故r d 可忽略，图题 4.5.1的小信号等效电路如图解 4 .5.1所示。
由图有])1(['ebb b d R r I R I β++= bb b d e bb I I I R R r I 38.8118.0)401(1)1('=⨯++=++=β gsmbbdV g I I I I=-=+-=38.9)( 38.9gsm bV g I -=gsgs gsm bb b b b gs m V V R V g I RI R I R I R I R V g V 3.8238.98.038.4938.938.4938.494038.90≈⨯⨯=--=-=--=-=βgsgs i V V V V 3.90=+=89.03.93.80≈==gsgs i V V V V V A（2）求R iΩ=≈+=M R R R R R g g g g i 1.5)||(321313.电路如图题 4 .5.4所示，设FET 的互导为g m ，r d 很大；BJT 的电流放大系数为β，输人电阻力r be 。
试说明T 1 、T 2各属什么组态，求电路的电压增益Av 、输人电阻Ri ；及输出电阻Ro 的表达式。
解（1）T 1 、T 2的组态T 1为源极输出器，T 2为共射极电路。
（2）求Avbem bem V r g r g A +≈11beL c V r R R A )||(2β-≈bem L c m V V V r g R R g A A A +-≈⋅=1)||(21β （3） 求R i 和RoRcRo R R g i ≈≈14.在图示电路中，已知场效应管的；问在下列三种情况，管子分别工作在那个区？（1）, （2）, （3）,【解题过程】(1) 因为管子工作在截止区。
(2) 因为管子工作在放大区。
(3) 因为管子工作在可变电阻区。
15.测得某放大电路中三个MOS管的三个电极的电位及其开启电压如表1所示。
试分析各管的工作状态(截止区、恒流区、可变电阻区)，并填入表内。
表1【解题过程】因为三只管子均有开启电压，所以它们均为增强型MOS管。
判断管子的工作状态当，时，管子处于恒流区；当，时，管子处于可变电阻区；，管子处于截止区。
由此可判断出它们各自的工作状态如表2所示。
表216.其主要参数（开启电压或夹断电压，低频跨导）。
测试时电流iD的参考方向为从漏极D到源极S。
(a)(b)【解题过程】（a）图曲线所示的是P沟道增强型MOS管的转移特性曲线。
其开启电压UGS（th）＝－2V，IDQ= -1mA在工作点（UGS＝－5V， ID＝－2.25mA）处，跨导（b）图曲线所示的是N沟道耗尽型MOSFET的转移特性曲线，其夹断电压，在工作点（UGS＝－2V， ID＝1mA）处，跨导17.电路如图（a）所示，管子T的输出特性曲线如图（b）所示。
（1）场效应管的开启电压UGS（th）和IDO各为多少？（2）uI为0 V、8 V两种情况下uO分别为多少？（3）uI为10 V时在可变电阻区内g − s间等效电阻rDS为多少？【解题过程】（1）从图（b）可知UGS（th）＝4 V， IDO为UGS＝2 UGS（th）＝8 V时的ID，为1 mA。
（2）当uGS＝uI＝0 V时，管子处于夹断状态，因而iD＝0。
uO＝uDS＝VDD − iD Rd＝VDD＝15 V。
当uGS＝uI＝8 V时，从输出特性曲线可知，管子工作在恒流区时的iD＝1 mA，所以uO＝uDS＝VDD − iD Rd＝（15−1×12）V＝3 VUGD＝UG −UD＝（8−3）V＞UGS（th），故管子工作在可变电阻区。
此时g−s间等效为一个电阻rDS，与Rd分压得到输出电压。
从输出特性中，在UGS＝8V的曲线的可变电阻区内取一点，读出坐标值，如（2，0.5），可得等效电阻所以输出电压（3）在uGS＝10 V的曲线的可变电阻区内取一点，读出坐标值，如（3，1），可得等效电阻与uGS＝8V的等效电阻相比，在可变电阻区，uGS增大，等效电阻rDS减小，体现出uGS对rDS 的控制作用。
18. 电路如图(a)示。
其中，，,,场效应管的输出特性如图（b）所示。
试求电路的静态工作点、和之值。
图(a) 图(b)【解题过程】由场效应管的输出特性可知管子的，由式及得与双极型晶体管放大电路类似，分析场效应管放大电路的静态工作点，也有两种方法，解析法和图解法19.有一个场效应管放大电路如图(a)所示，已知IDSS＝4mA、UGS＝－2V、UP＝UGS(off)＝－4V、VDD ＝20V。