第3章 场效应晶体管和基本放大电路
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第3章场效应晶体管和基本放大电路 共76页
N沟道（ N MOS） 增强型 耗尽型
P沟道（ P MOS） 增强型 耗尽型
栅-源电压为零时无导电沟道的管子称为增强型。 栅-源电压为零时已建立导电沟道的管子称为耗尽型。
1.N沟道增强型MOS管
（1）结构
源极S 栅极G 漏极D SiO2
N+
N+
P型硅衬底
衬底引线B
通常衬底和源极连接 在一起使用。
栅极和衬底各相当于 一个极板，中间是绝缘层， 形成电容。
d
ID
恒流特性。此时可以把ID近
似看成UGS控制的电流源。
g
UDS
称场效应管为电压控制
元件。
UGS
s
通过以上分析有：
1）UGD> UGS（off） 时（未出现夹断前），对于不 同的UGS ，漏源之间等效成不同阻值的电阻， ID随UDS 的增加 线性增加。（对应可变电组区）
2）UGD= UGS（off） 时，漏源之间预夹断。 3）UGD< UGS（off） 时， ID几乎只决定于UGS，而与
IDSS UGS=0时产 3 生预夹断时 的漏极电流
2
1
–4 –3 –2 –1 0
(2)转移特性曲线
N沟结型场效应管，栅源之 间加反向电压。
ID /mA
P沟结型场效应管，栅源之
IDSS
间加正向电压。
（管子工作在可变电阻区 时，不同的uDS ，转移特性 曲线有很大差别。）
3
UGS(off)
2
1
–4 –3 –2 –1 0
107-1010左右。
2.交流参数
（1）低频跨导 gm 管子工作在恒流区并且 UDS为常数时，漏极电流
的微变量与引起这个变化的栅-源电压的微变量之比 称为低频跨导,即
P沟道（ P MOS） 增强型 耗尽型
栅-源电压为零时无导电沟道的管子称为增强型。 栅-源电压为零时已建立导电沟道的管子称为耗尽型。
1.N沟道增强型MOS管
（1）结构
源极S 栅极G 漏极D SiO2
N+
N+
P型硅衬底
衬底引线B
通常衬底和源极连接 在一起使用。
栅极和衬底各相当于 一个极板，中间是绝缘层， 形成电容。
d
ID
恒流特性。此时可以把ID近
似看成UGS控制的电流源。
g
UDS
称场效应管为电压控制
元件。
UGS
s
通过以上分析有：
1）UGD> UGS（off） 时（未出现夹断前），对于不 同的UGS ，漏源之间等效成不同阻值的电阻， ID随UDS 的增加 线性增加。（对应可变电组区）
2）UGD= UGS（off） 时，漏源之间预夹断。 3）UGD< UGS（off） 时， ID几乎只决定于UGS，而与
IDSS UGS=0时产 3 生预夹断时 的漏极电流
2
1
–4 –3 –2 –1 0
(2)转移特性曲线
N沟结型场效应管，栅源之 间加反向电压。
ID /mA
P沟结型场效应管，栅源之
IDSS
间加正向电压。
（管子工作在可变电阻区 时，不同的uDS ，转移特性 曲线有很大差别。）
3
UGS(off)
2
1
–4 –3 –2 –1 0
107-1010左右。
2.交流参数
（1）低频跨导 gm 管子工作在恒流区并且 UDS为常数时，漏极电流
的微变量与引起这个变化的栅-源电压的微变量之比 称为低频跨导,即
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3章 场效应晶体管放大电路
ID gm = UGS
2IDSS UGS (1 ) uDS=const = UP UP
Chap Sect
半导体三极管图 片
参数 型 号 3DJ2D 3DJ7E 3DJ15H 3DO2E CS11C
PDM m W 100 100 100 100 100
IDSS m A <0.35 <1.2 6～ 11 0.35～ 1.2 0.3～ 1
UP UGS(V)
N沟道耗尽型MOS管可工作在 沟道耗尽型MOS管可工作在 耗尽型MOS UGS≤0或UGS>0 沟道增强型MOS管只能工作在 增强型MOS N沟道增强型MOS管只能工作在 UGS>0
Chap Sect
各类场效应三极管的特性曲线
Chap
3.3 场效应管的主要参数
1. 开启电压 T 开启电压U 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。 增强型管的参数， 场效应管不能导通。 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 2. 夹断电压 P 夹断电压U 夹断电压是耗尽型FET的参数，当UGS=UP 时,漏极电流为零。 的参数， 漏极电流为零。 夹断电压是耗尽型 的参数 漏极电流为零 3. 饱和漏极电流 DSS 饱和漏极电流I 耗尽型场效应三极管当U 时所对应的漏极电流。 耗尽型场效应三极管当 GS=0时所对应的漏极电流。 时所对应的漏极电流 4. 直流输入电阻RGS 直流输入电阻 栅源间所加的恒定电压UGS与流过栅极电流IGS之比 栅源间所加的恒定电压 与流过栅极电流 结型场效应管，反偏时RGS约大于107 ，绝缘栅场效应管RGS约是109～1015 结型场效应管，反偏时 约大于 绝缘栅场效应管 约是 5. 漏源击穿电压 DS 漏源击穿电压BU 6.栅源击穿电压 GS 栅源击穿电压BU 栅源击穿电压 JFET：反向饱和电流剧增时的栅源电压 MOS：使SiO2绝缘层击穿的电压 ： ： 7. 低频跨导 m 低频跨导g 低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用 开始剧增时的U 使ID开始剧增时的 DS。
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。
第3章 场效晶体管及场效晶体管放大电路
3.3 场效晶体管的比较
场效晶体 管的分类
FET 场效晶体管
JFБайду номын сангаасT 结型
MOSFET (IGFET) 绝缘栅型
N沟道 P沟道 增强型
（耗尽型）
N沟道 P沟道
耗尽型
N沟道 P沟道
3.3 各种场效晶体管的比较
N
沟
道
绝增
缘 栅
强 型
场P
效沟
应道 管增
强
型
N 沟 道 耗
绝尽 缘型
栅
场P 效沟 应道 管耗
UDS
UGS
iD
++++ + +++
电沟M道O，SF在EUT是DS的利作用用栅下源形电成压i的D.
----
大 电小荷当，的UG来 多S>改少U变，GS(半从th)导而时体控, 沟表制道面漏加感极厚生电， 沟流道的电大阻小减。少，在相同UDS的作 用下，iD将进一步增加。
反型层
开始时无导电沟道，当在UGSUGS(th)时才形成沟 道,这种类型的管子称为增强型MOS管
iD(mA)
漏极饱和电流，用IDSS表示。
当UGS＞0时,将使iD进一步增加。
当UGS＜0时，随着UGS的减小漏
极电流逐渐减小，直至iD=0，对应
iD=0的UGS称为夹断电压，用符号
UP表示。
UP
UGS(V)
N沟道耗尽型MOS管可工作在UGS0或UGS>0
N沟道增强型MOS管只能工作在UGS>0
3. N沟道耗尽型MOS场效应管特性曲线
)2
(
UGS（off）
uGS
0)
第3章 场效应晶体管及其放大电路-PPT精品文档
Al g
d
N+
N+
SiO2保护层
P
b
北方民族大学
模拟电子技术基础
SiO2保护层
s
Al 引出两个电极
g
引出栅极
d
N+
两边扩散两个高 浓度的N区
N+
形成两个PN结
以P型半导P 体作衬底
从衬底引出电极
北方民族大学
模拟电子技术基础
SiO2保护层
s
Al g
d
管子组成
a. 金属 （Metal)
b. 氧化物 (Oxide)
– s–
uDS
g
uGS +
+ iD d
b.PN结在漏极端 的反偏电压最大 uDG= uDS–uGS
N
c.当uDG=|UGS(off) | 时沟道出现预夹 断
P+
N型导电沟道
P+
北方民族大学
模拟电子技术基础
uDS 、uGS共同对沟道的控制作用动画演示
北方民族大学
模拟电子技术基础
小结 (1) JFET是利用uGS 所产生的电场变化来改变沟道电 阻的大小。 即JFET是利用电场效应控制沟道中流通的电流大小， 因而称为场效应管。
模拟电子技术基础
c． 0> uGS=UGS(off)
uDS =0
(a) PN结合拢
s–
uGS
g +
d
(b) 导电沟 道夹断
UGS(off)——
N
栅源截止电压或
夹断电压
PP+ +
N型导电沟道
P+
北方民族大学
模拟电子技术基础
数电03场效应晶体管及其放大电路
4V 3V
ID
2V
UGS=1V UDS
2 耗尽型绝缘栅场效应管 1.1 结构特点（以 N沟道为例）
SiO2绝缘层
源极 栅极 漏极 S G D 在制造管子时，即在 SiO2绝缘层中掺入大量正 离子，因而在两个 N+区 之间感应出许多电子，形 成原始导电沟道。
N+
N+
P型硅衬底
1.2 工作特点 由于有原始导 电沟道的存在，当 UGS=0时，在UDS的 作用下，也会有电 流ID。
P型硅衬底
N沟道 沟通源区与漏区 与衬底间被耗尽层绝缘
●
S N+
- + UGS G
- + UDS ID D N+
耗尽层
P型硅衬底
导电沟道形成后， UDS越大，ID越大。
●
S
- + UGS G
- + UDS ID D N+
UGS越大，电场越 强，沟道越宽，沟 道等效电阻越小。
N+
P型硅衬底
1.3 特性曲线
uS
RG2 s RG2
id D T S RD
RS + uS -
RL
uo RG1 C1 +
ui
RG1
+UDD
RD
C2 +
T RL uo
RS +
ui
uS
RG2 RSS
CS
-
id G ugs RG2 D T S RD
RS + uS -
RL
uo
ui
RG1
id G RS + D ugs S
id gmugs RD RL uo
ID
2V
UGS=1V UDS
2 耗尽型绝缘栅场效应管 1.1 结构特点（以 N沟道为例）
SiO2绝缘层
源极 栅极 漏极 S G D 在制造管子时，即在 SiO2绝缘层中掺入大量正 离子，因而在两个 N+区 之间感应出许多电子，形 成原始导电沟道。
N+
N+
P型硅衬底
1.2 工作特点 由于有原始导 电沟道的存在，当 UGS=0时，在UDS的 作用下，也会有电 流ID。
P型硅衬底
N沟道 沟通源区与漏区 与衬底间被耗尽层绝缘
●
S N+
- + UGS G
- + UDS ID D N+
耗尽层
P型硅衬底
导电沟道形成后， UDS越大，ID越大。
●
S
- + UGS G
- + UDS ID D N+
UGS越大，电场越 强，沟道越宽，沟 道等效电阻越小。
N+
P型硅衬底
1.3 特性曲线
uS
RG2 s RG2
id D T S RD
RS + uS -
RL
uo RG1 C1 +
ui
RG1
+UDD
RD
C2 +
T RL uo
RS +
ui
uS
RG2 RSS
CS
-
id G ugs RG2 D T S RD
RS + uS -
RL
uo
ui
RG1
id G RS + D ugs S
id gmugs RD RL uo
电子技术基础第3章场效应晶体管放大电路
+++++++
•• •• •• •• •• •• •• •• ••
2021/3/10
Cha1p2 S退e出ct
2. 特性曲线
转移特性曲线
常用关系式： ID≈ IDSS(1- UGS /UP)2
在恒流区
ID≈K(UGS-UP)2
沟道较短时 ID≈K(UGS-UT)2（1+UDS)
UP
输出特性曲线
ID(mA)
2. 夹断电压UP 夹断电压是耗尽型FET的参数，当UGS=UP 时,漏极电流为零。
3. 饱和漏极电流IDSS 耗尽型场效应三极管当UGS=0时所对应的漏极电流。
4. 直流输入电阻RGS 栅源间所加的恒定电压UGS与流过栅极电流IGS之比
结型场效应管，反偏时RGS约大于107Ω，绝缘栅场效应管RGS约是109～1015Ω 5. 漏源击穿电压BUDS 使ID开始剧增时的UDS。 6.栅源击穿电压BUGS
JFET：反向饱和电流剧增时的栅源电压 MOS：使SiO2绝缘层击穿的电压 7. 低频跨导gm 低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用
gm
ID U GS
uDS const
2I DSS UP
(1 U GS ) UP
2021/3/10
Cha1p5 Sect
3.4 场效应管放大电路
3.4.1 共源组态基本放大电路
UGS(V)
2021/3/10
Cha1p0 Sect
皮肌炎图片——皮肌炎的症状表现
• 皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉、 心、肺、肾等多脏器严重损害的， 全身性疾病，而且不少患者同时 伴有恶性肿瘤。它的1症状表现如 下：
• 1、早期皮肌炎患者，还往往伴 有全身不适症状，如-全身肌肉酸 痛，软弱无力，上楼梯时感觉两 腿费力；举手梳理头发时，举高 手臂很吃力；抬头转头缓慢而费 力。
第3章 场效应晶体管和基本放大电路
础
管子工作在可变电阻区时，不同的UDS ，转移特
第 三
性曲线有很大差别。
章 电子学教研室
19
2020/5/16
绝缘栅型场效应管（MOS管)
模 绝缘栅型场效应管采用sio2绝缘层隔离，栅极为
拟 金属铝，又称为MOS管。
电 子
MOS管分类： N沟道（ N MOS） 增强型
技
耗尽型
术 P沟道（ P MOS） 增强型
子 形成电容。
技
栅-源电压改变时，
术 将改变衬底靠近绝缘层
N+
N+
P型硅衬底
衬底引线B
D
D
基 处感应电荷的多少，从 础 而控制漏极电流的大小。G
B G
B
S
S
第
三
N沟道符号 P沟道符号
章 电子学教研室
21
2020/5/16
模 （2）工作原理
拟 电
1) UGS =0
子 D与S之间是两个
技 PN结反向串联，
输出特性
UGS–(o4ff–) 3–2–1 0 转移特性
章 电子学教研室
18
2020/5/16
ID /mA
IDSS
模 恒流区ID近似表达式为：
拟
3
电 子
ID
I
DSS
(1
U GS U GS (off
)
)2
UGS(off)
2 1
技 术
–4 –3 –2 –1 0
N沟结型场效应管，栅源之间加反向电压。
基 P沟结型场效应管，栅源之间加正向电压。
2020/5/16
源极S 栅极G 漏极D
2. N沟道耗尽型MOS管
机械工程出版社第三章 场效应管电路习题答案
第3章 场效应晶体管放大电路3.1知识要点3.1.1场效应管有结型和MOS 型两大类，每类都有N 沟道和P 沟道之分，MOS 场效应管还有增强型和耗尽型之分，故场效应管有6种类型。
它们的结构、工作原理、伏安特性、作用、主要参数、电路组成、分析方法相似；正向控制原理都是利用栅源电压改变导电沟道的宽度而实现对漏极电流的控制；小信号模型完全相同；但由于沟道类型不同，结构上也有不同，因此6种管子对偏置电压的要求各不相同。
栅源电压为零时存在原始导电沟道的场效应管称为耗尽型场效应管；天然原始导电沟道，只有在U GS绝对值大于开启电压U GS（th）绝对值后才能形成导电沟道的，则称为增强型场效应管。
2GS D DSS P(1) U I I U =−当工作于放大区时，对耗尽型场效应管1.2.4 场效应晶体管表5.1 晶体管与场效应管比较比较项目晶体管场效应管载流子两种不同极性的载流子（电子与空穴）同时参与导电，故又称为双极型晶体管只有一种极性的载流子（电子或空穴）参与导电，故又称为单极型晶体管 控制方式电流控制电压控制类型 NPN 型和PNP 型两种 N 沟道和P 沟道两种 放大参数 200~20=β5~1m =g mA/V输入电阻 42be 10~10=r Ω较小147gs 10~10=r Ω很大 输出电阻 r ce 很大 r ds 很大 热稳定性 差 好制造工艺 较复杂简单，成本低，便于集成对应电极基极-栅极，发射极-源极，集电极-漏极3.1.2 场效应晶体管放大电路共源极分压式偏置放大电路及其直流通路、交流通路和微变等效电路如图2.6所示。
U DDo +U DD（a ）放大电路（b ）直流通路+u o -o（c ）交流通路 （d ）微变等效电路图5.1 共源极分压式偏置放大电路（1）静态分析：DD G2G1G2G U R R R U +=SG S S D R U R U I ==)(S D D DD DSR R I U U +−= （2）动态分析：Lm u R g A ′−= 式中L D L//R R R =′。
第3章 场效应晶体管及其放大电路
mA d g s
V
UDS
V
UGS
第三章 场效应晶体管及其放大电路
（三）特性曲线(N沟道增强型MOS管特性）
1.转移特性 ID(mA)
3 2
I D f (U GS ) U
2.输出特性
DS 常数
I D f (U DS ) U
ID(mA)
3 2
U GS 5V
GS 常数
U GS(th)
可变电 2V 阻区 UGS(V)
金属
N+
N+
d g
d g
P型硅衬底
s
增强型N沟 道MOS管 符号
s
增强型P沟 道MOS管 符号
B
增强型N沟道MOS管结构示意图
第三章 场效应晶体管及其放大电路
（二）工作原理
UGS对ID及沟道的控制作 用:栅源极电压UGS=0时, 管子的漏极和源极之间没 有导电通道,极间等效电 阻很高,漏极电流ID近似 为零。UGS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，在 UDS作用下，可以形成一 定的漏极电流ID。
s
g
s
N+
N+
P
N-外延层
N+
d
第三章 场效应晶体管及其放大电路
第二节 场效应晶体管基本放大电路
为了不失真地放大变化信号，场效应管放大电路 必须设置合适的静态工作点。 一、自偏压放大电路（只适用于耗尽型管）
+VDD
RD
C2
自偏压：UGS=－ID· RS
+
C1
+ RL RG RS +
CS
V
UDS
V
UGS
第三章 场效应晶体管及其放大电路
（三）特性曲线(N沟道增强型MOS管特性）
1.转移特性 ID(mA)
3 2
I D f (U GS ) U
2.输出特性
DS 常数
I D f (U DS ) U
ID(mA)
3 2
U GS 5V
GS 常数
U GS(th)
可变电 2V 阻区 UGS(V)
金属
N+
N+
d g
d g
P型硅衬底
s
增强型N沟 道MOS管 符号
s
增强型P沟 道MOS管 符号
B
增强型N沟道MOS管结构示意图
第三章 场效应晶体管及其放大电路
（二）工作原理
UGS对ID及沟道的控制作 用:栅源极电压UGS=0时, 管子的漏极和源极之间没 有导电通道,极间等效电 阻很高,漏极电流ID近似 为零。UGS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，在 UDS作用下，可以形成一 定的漏极电流ID。
s
g
s
N+
N+
P
N-外延层
N+
d
第三章 场效应晶体管及其放大电路
第二节 场效应晶体管基本放大电路
为了不失真地放大变化信号，场效应管放大电路 必须设置合适的静态工作点。 一、自偏压放大电路（只适用于耗尽型管）
+VDD
RD
C2
自偏压：UGS=－ID· RS
+
C1
+ RL RG RS +
CS
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电子学教研室 4
SiO2
N P N P
N沟道结构示意图
N
2017/7/14
模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三 章
结型场效应管的符号
d g g
d
s
N沟道符号
P沟道符号
s
电子学教研室
5
2017/7/14
2.工作原理—电压控制作用（以N沟道为例） 模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三 章 正常工作时
N+
漏极电流均接近
第 于零。 三 章 电子学教研室
衬底引线B
23 2017/7/14
UGS越大，反型层越厚，导
2）UGS >0 ，UDS =0
由 于 绝 缘 层 SiO2 的 存在，栅极电流为零。 栅极金属层将聚集大量 正电荷，排斥 P 型衬底 靠近 SiO2 的空穴，将衬 底的自由电子吸引到耗 尽层与绝缘层之间，形 成 N 型薄层，称为反型 层。这个反型层就构成 了漏源之间的导电沟道。
模 拟 电 子 技 术 3)恒流区：预夹断轨迹右边区域。 基 条件： U < U GD GS（off） 础
第 三 章 特点： ID只受UGS 控制
电子学教研室
16
2017/7/14
模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三 章
4)击穿区：UDS增加到一定程度，电流急剧增大。
电子学教研室
17
2017/7/14
第3章 场效应管和基本放大电路
4学时
2017/7/14
场效应管和基本放大电路
模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三 章
作业
习题 3-3、3-4、3-7、3-11
批次教材有次问题）
电子学教研室 1 2017/7/14
注：删除图 3-25中漏极电阻（部分印刷
重点和难点
模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三 章
电沟道电阻越小，同样的 UDS产生的电流ID越大
模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三 章
S
G
D
N+
反型层
N+
P
此时的栅-源电压称为开启电压UGS(th)
电子学教研室 24 2017/7/14
3）UGS > UGS(th） ，UDS >0
模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三 章
UDS 作用产生漏极电流 ID 。
N沟道，增强型
夹断区： UGS ≤ UGS（th）
恒流区： UGS ≥ UGS（th）， UGD ≤ UGS（th） 可变电阻区： UGS ≥ UGS（th）， UGD ≥ UGS（th）
ID
UDS
模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三 章
由于 UDS 的增加几乎全 部落在夹断区，漏极 电流ID基本保持不变。
UGS
g
ID可以认为仅仅决定于 UGS ，表现出恒流特性。
称场效应管为 电压控制元件。
电子学教研室
s
可变 电阻区
恒流区
12
夹断区
2017/7/14
3.结型场效应管的特性
模 拟 电 子 技 术 基 础
耗尽区很窄, 导电沟道宽
| UGS |增大，耗尽 区增宽，沟道变 窄，沟道电阻增 大。
7
| UGS |增加到某一数值, 耗尽区相接,沟道消失,沟 道电阻趋于无穷大，沟 道夹断
2017/7/14
电子学教研室
3)ｇ、ｓ间短路， ｄ、ｓ间加正向电压
模 拟 电 子 技 术 基 础
UDS 的 作 用 产 生 漏 极 电流 ID ，使沟道中各点 和栅极间的电压不再相 g 等，近漏极电压最大， 近源极电压最小。 导电 沟道宽度不再相等，近 漏极沟道窄，近源极沟
结型场效应管 模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三 章
N 沟道和P沟道
源极S 栅极G 漏极D
1. 结型场效应管的结构
N沟道结型场效应管是在 同一块 N 型半导体上制作两 个高掺杂的 P 区，将它们连 接在一起引出电极栅极g。N 型半导体分别引出漏极 d 、 源极 s ， P 区和 N 区的交界面 形成耗尽层。源极和漏极之 间的非耗尽层称为导电沟。
沟道各点对栅极电压不再相 等，导电沟道宽度不再相等， 沿源-漏方向逐渐变窄。
S
G
D
UGD=UGS-UDS<UGS ID 随着的 UDS 增加而线性增大。
N+
P
N+
衬底B
电子学教研室
25
2017/7/14
模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三Байду номын сангаас章
随着 UDS 的继续增大， UGD 减小，当 UGD =UGS(th ） 时，导 电沟道在漏极一端产生夹断 , 称为预夹断。 UDS 继续增大，夹断区延长， 漏电流ID几乎不变，管子进入 恒 流 区 ， ID 几 乎 仅 仅 决 定 于 UGS 。此时可以把 ID 近似看成 UGS控制的电流源。
绝缘栅型场效应管（MOS管)
绝缘栅型场效应管采用 sio2 绝缘层隔离，栅极为 模 拟 金属铝，又称为MOS管。 电 MOS管分类： 子 N沟道（ N MOS） 增强型 技 耗尽型 术 P沟道（ P MOS） 增强型 基 耗尽型 础 栅-源电压为零时，无导电沟道，称为增强型。
第 栅-源电压为零时，已建立了导电沟道，称为耗尽型。 三 章 电子学教研室 21 2017/7/14
第 三 章 场效应管(FET)：是利用输入回路的电场效应来 控制输出回路电流的一种半导体器件。 输入回路内阻很高 (107~1012) ，热稳定性好， 噪声低，比晶体管耗电小，应用广泛。 仅靠多数载流子导电，又称单极型晶体管。 分类：结型(JFET) 绝缘栅型(IGFET)
电子学教研室 3 2017/7/14
P型硅衬底
衬底引线B
D
D
B
S
G
B S
N沟道符号 P沟道符号
电子学教研室 22 2017/7/14
模 拟 电 子 技 术 基 础
（2）工作原理 1) UGS =0 D 与 S 之间是两个 PN 结反向串联， 无论 D 与 S 之间加 什么极性的电压，
S
UDS ID = 0 SiO2
G
D
N+
耗尽层 P型硅衬底
D N+
正离子
反型层 耗尽层
N+
P
B
结构示意图
D
B
S
G
B S
第 三 的UGS称为夹断电压UGS(off) 。 章 电子学教研室 29
N沟道符号 P沟道符号
2017/7/14
特性曲线 模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三 章 ID /mA
4 3
UGS =1V
0V 3
ID /mA
2
1
–1
–2V
–3V
ID
（-） （+）
PMOS增强型
（-）
结型P沟道 结型N沟道
电子学教研室 31
（+）
（-） 2017/7/14
三个工作区域的判断
模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三 章 N沟道，耗尽型 夹断区： UGS ≤ UGS（off）
注意：结型场效应 管G-S电压必须反偏
（结型、耗尽型）
恒流区： UGS ≥ UGS（off）， UGD ≤ UGS（off） 可变电阻区：UGS ≥ UGS（off）， UGD ≥ UGS（off）
8
d
iD UDS
s 随着UDS 的增加， ID近似线性增 加,d-s间呈电阻特性。
2017/7/14
第 三 道宽。 章 电子学教研室
模 拟 电 子 技 术 基 础
三 章
随着UDS 增加ID增大。
沟道在漏极处，越来越窄。
g
d
A
ID
UGD = UGS - UDS = –UDS
当 UDS 增加到 |UGS(off)| 漏极 附近的耗尽区相接，称为
2 1
0
UGS 0 –3 –2 –1 1 2 4 12 8 UGs(off) 输出特性 转移特性 N沟道耗尽型MOS管的特性曲线
30 2017/7/14
电子学教研室
NMOS耗尽型
（-）
模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三 章
场效应 管的符 号及特 NMOS增强型 性 (p76）
PMOS耗尽型
（+）
重点
理解场效应管的工作原理； 掌握场效应管的外特性及主要参数； 掌握场效应管放大电路静态工作点与动态参 数（Au、Ri、Ro）的分析方法。
难点
通过外部电压对导电沟道的控制作用来说明 结型场效应管及绝缘栅型场效应管的工作原理。
电子学教研室 2 2017/7/14
3.1场效应晶体管
模 拟 电 子 技 术 基 础
特点： ID 0
电子学教研室
14
2017/7/14
模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三 章
2) 可变电阻区：预夹断 轨迹左边区域。 条件： UGD> UGS（off） 特 点：可 通过改 变 UGS 大小来改变漏源间电阻 值。 预夹断轨迹：通过连接各曲
线上UGD= UGS（off）的点而成。
电子学教研室 15 2017/7/14
S
G
D
N+
P
N+
衬底B
电子学教研室
26
2017/7/14
（3）特性曲线 模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三 章 iD /mA
4
恒流区
6V
可 变 电 阻 区
3
UGS =5V
SiO2
N P N P
N沟道结构示意图
N
2017/7/14
模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三 章
结型场效应管的符号
d g g
d
s
N沟道符号
P沟道符号
s
电子学教研室
5
2017/7/14
2.工作原理—电压控制作用（以N沟道为例） 模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三 章 正常工作时
N+
漏极电流均接近
第 于零。 三 章 电子学教研室
衬底引线B
23 2017/7/14
UGS越大，反型层越厚，导
2）UGS >0 ，UDS =0
由 于 绝 缘 层 SiO2 的 存在，栅极电流为零。 栅极金属层将聚集大量 正电荷，排斥 P 型衬底 靠近 SiO2 的空穴，将衬 底的自由电子吸引到耗 尽层与绝缘层之间，形 成 N 型薄层，称为反型 层。这个反型层就构成 了漏源之间的导电沟道。
模 拟 电 子 技 术 3)恒流区：预夹断轨迹右边区域。 基 条件： U < U GD GS（off） 础
第 三 章 特点： ID只受UGS 控制
电子学教研室
16
2017/7/14
模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三 章
4)击穿区：UDS增加到一定程度，电流急剧增大。
电子学教研室
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2017/7/14
第3章 场效应管和基本放大电路
4学时
2017/7/14
场效应管和基本放大电路
模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三 章
作业
习题 3-3、3-4、3-7、3-11
批次教材有次问题）
电子学教研室 1 2017/7/14
注：删除图 3-25中漏极电阻（部分印刷
重点和难点
模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三 章
电沟道电阻越小，同样的 UDS产生的电流ID越大
模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三 章
S
G
D
N+
反型层
N+
P
此时的栅-源电压称为开启电压UGS(th)
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3）UGS > UGS(th） ，UDS >0
模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三 章
UDS 作用产生漏极电流 ID 。
N沟道，增强型
夹断区： UGS ≤ UGS（th）
恒流区： UGS ≥ UGS（th）， UGD ≤ UGS（th） 可变电阻区： UGS ≥ UGS（th）， UGD ≥ UGS（th）
ID
UDS
模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三 章
由于 UDS 的增加几乎全 部落在夹断区，漏极 电流ID基本保持不变。
UGS
g
ID可以认为仅仅决定于 UGS ，表现出恒流特性。
称场效应管为 电压控制元件。
电子学教研室
s
可变 电阻区
恒流区
12
夹断区
2017/7/14
3.结型场效应管的特性
模 拟 电 子 技 术 基 础
耗尽区很窄, 导电沟道宽
| UGS |增大，耗尽 区增宽，沟道变 窄，沟道电阻增 大。
7
| UGS |增加到某一数值, 耗尽区相接,沟道消失,沟 道电阻趋于无穷大，沟 道夹断
2017/7/14
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3)ｇ、ｓ间短路， ｄ、ｓ间加正向电压
模 拟 电 子 技 术 基 础
UDS 的 作 用 产 生 漏 极 电流 ID ，使沟道中各点 和栅极间的电压不再相 g 等，近漏极电压最大， 近源极电压最小。 导电 沟道宽度不再相等，近 漏极沟道窄，近源极沟
结型场效应管 模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三 章
N 沟道和P沟道
源极S 栅极G 漏极D
1. 结型场效应管的结构
N沟道结型场效应管是在 同一块 N 型半导体上制作两 个高掺杂的 P 区，将它们连 接在一起引出电极栅极g。N 型半导体分别引出漏极 d 、 源极 s ， P 区和 N 区的交界面 形成耗尽层。源极和漏极之 间的非耗尽层称为导电沟。
沟道各点对栅极电压不再相 等，导电沟道宽度不再相等， 沿源-漏方向逐渐变窄。
S
G
D
UGD=UGS-UDS<UGS ID 随着的 UDS 增加而线性增大。
N+
P
N+
衬底B
电子学教研室
25
2017/7/14
模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三Байду номын сангаас章
随着 UDS 的继续增大， UGD 减小，当 UGD =UGS(th ） 时，导 电沟道在漏极一端产生夹断 , 称为预夹断。 UDS 继续增大，夹断区延长， 漏电流ID几乎不变，管子进入 恒 流 区 ， ID 几 乎 仅 仅 决 定 于 UGS 。此时可以把 ID 近似看成 UGS控制的电流源。
绝缘栅型场效应管（MOS管)
绝缘栅型场效应管采用 sio2 绝缘层隔离，栅极为 模 拟 金属铝，又称为MOS管。 电 MOS管分类： 子 N沟道（ N MOS） 增强型 技 耗尽型 术 P沟道（ P MOS） 增强型 基 耗尽型 础 栅-源电压为零时，无导电沟道，称为增强型。
第 栅-源电压为零时，已建立了导电沟道，称为耗尽型。 三 章 电子学教研室 21 2017/7/14
第 三 章 场效应管(FET)：是利用输入回路的电场效应来 控制输出回路电流的一种半导体器件。 输入回路内阻很高 (107~1012) ，热稳定性好， 噪声低，比晶体管耗电小，应用广泛。 仅靠多数载流子导电，又称单极型晶体管。 分类：结型(JFET) 绝缘栅型(IGFET)
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P型硅衬底
衬底引线B
D
D
B
S
G
B S
N沟道符号 P沟道符号
电子学教研室 22 2017/7/14
模 拟 电 子 技 术 基 础
（2）工作原理 1) UGS =0 D 与 S 之间是两个 PN 结反向串联， 无论 D 与 S 之间加 什么极性的电压，
S
UDS ID = 0 SiO2
G
D
N+
耗尽层 P型硅衬底
D N+
正离子
反型层 耗尽层
N+
P
B
结构示意图
D
B
S
G
B S
第 三 的UGS称为夹断电压UGS(off) 。 章 电子学教研室 29
N沟道符号 P沟道符号
2017/7/14
特性曲线 模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三 章 ID /mA
4 3
UGS =1V
0V 3
ID /mA
2
1
–1
–2V
–3V
ID
（-） （+）
PMOS增强型
（-）
结型P沟道 结型N沟道
电子学教研室 31
（+）
（-） 2017/7/14
三个工作区域的判断
模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三 章 N沟道，耗尽型 夹断区： UGS ≤ UGS（off）
注意：结型场效应 管G-S电压必须反偏
（结型、耗尽型）
恒流区： UGS ≥ UGS（off）， UGD ≤ UGS（off） 可变电阻区：UGS ≥ UGS（off）， UGD ≥ UGS（off）
8
d
iD UDS
s 随着UDS 的增加， ID近似线性增 加,d-s间呈电阻特性。
2017/7/14
第 三 道宽。 章 电子学教研室
模 拟 电 子 技 术 基 础
三 章
随着UDS 增加ID增大。
沟道在漏极处，越来越窄。
g
d
A
ID
UGD = UGS - UDS = –UDS
当 UDS 增加到 |UGS(off)| 漏极 附近的耗尽区相接，称为
2 1
0
UGS 0 –3 –2 –1 1 2 4 12 8 UGs(off) 输出特性 转移特性 N沟道耗尽型MOS管的特性曲线
30 2017/7/14
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NMOS耗尽型
（-）
模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三 章
场效应 管的符 号及特 NMOS增强型 性 (p76）
PMOS耗尽型
（+）
重点
理解场效应管的工作原理； 掌握场效应管的外特性及主要参数； 掌握场效应管放大电路静态工作点与动态参 数（Au、Ri、Ro）的分析方法。
难点
通过外部电压对导电沟道的控制作用来说明 结型场效应管及绝缘栅型场效应管的工作原理。
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3.1场效应晶体管
模 拟 电 子 技 术 基 础
特点： ID 0
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14
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模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三 章
2) 可变电阻区：预夹断 轨迹左边区域。 条件： UGD> UGS（off） 特 点：可 通过改 变 UGS 大小来改变漏源间电阻 值。 预夹断轨迹：通过连接各曲
线上UGD= UGS（off）的点而成。
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S
G
D
N+
P
N+
衬底B
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（3）特性曲线 模 拟 电 子 技 术 基 础
第 三 章 iD /mA
4
恒流区
6V
可 变 电 阻 区
3
UGS =5V