第三章 场效应管放大电路
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 =。
第三章 基本放大电路
输出
话筒
放
大
器
喇叭
应用举例
直 流 电 源
基本放大电路
输入 放大器 输出
1、定义：放大电路的目的是将微弱的变化信 号不失真的放大成较大的信号。。
2、组成：三极管、场效应管、电阻、电容、电感、 变压器等。 3、特点：
①输出信号的功率大于输入信号的功率；
②输出信号的波形与输入信号的波形相同。
基本放大电路
RC
ui
T
C2
RL
基本放大电路
3.2.2 放大器中电流电压符号使用规定含义 “小大” uBE—小写字母，大写下标，表示交、直混合量。 “大大” UBE — 大写字母，大写下标，表示直 流量。 “小小” ube—小写字母，小写下标，表示交流分量。
“大小” Ube—大写字母，小写下标，表示交流分量有效值。 uA
电路改进：采用单电源供电 +VCC RC C1 T
可以省去
C2
RB VBB
基本放大电路
+VCC RB C1 T RC C2
单电源供电电路
基本放大电路
（1）电路的简化
C1
ui （2）电路的简化画法
VCC
RB
C1
只用一个电源，减 少电源数。
T
C2
RL
RB
RC
VCC
uo
uo
不画电源符号， 只写出电源正 极对地的电位。
T
I CQ
U CEQ
(b) 首先画出放大电路的交流通路
基本放大电路
VCC
交流通路
第三章 基本放大电路
第三章基本放大电路3.1 放大电路的基本概念三极管具有电流放大作用，如何使用三极管构成一个电路，实现对输入信号的放大？本节就来讨论这一问题。
基本放大电路是放大电路中最基本的结构，是构成复杂放大电路的基本单元。
它利用双极型半导体三极管输入电流控制输出电流的特性，或场效应半导体三极管输入电压控制输出电流的特性，实现信号的放大。
本章基本放大电路的知识是进一步学习电子技术的重要基础。
本书中双极型半导体三极管简称三极管，场效应半导体三极管简称场效应管。
3.1.1 放大的概念基本放大电路一般是指由一个三极管或场效应管组成的放大电路。
从电路的角度来看，可以将基本放大电路看成一个双端口网络。
放大的作用体现在如下方面：1．放大电路主要利用三极管或场效应管的控制作用放大微弱信号，输出信号在电压或电流的幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。
2．输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。
放大电路的结构示意图见图3-1-1。
图3-1-1 放大电路结构示意图13.1.2 基本放大电路的组成及工作原理3.1.2.1 共射组态基本放大电路的组成共射组态基本放大电路如图3-1-2所示。
在该电路中，输入信号加在输入端，也就是加在基极和发射极之间，耦合电容器C1和C e视为对交流信号短路。
输出信号从集电极对地取出，经耦合电容器C2隔除直流量，仅将交流信号加到负载电阻R L之上。
放大电路的共射组态实际上是指放大电路中的三极管是共射组态。
图3-1-2 共射组态交流基本放大电路共射组态基本放大电路基本组成如下：图3-1-2 共射组态交流基本放大电路解说:2三极管VT——起放大作用。
在输入信号的控制之下，通过三极管将直流电源的能量，转换为输出信号的能量。
负载电阻R c、R L——将变化的集电极电流转换为电压输出。
偏置电路R b1、R b2、R e——提供合适的偏置，保证三极管工作在线性区，使信号不产生失真。
场效应管放大电路
场效应管放大电路
一、实验要求
(1)建立场效应管放大电路。
(2)分析场效应管放大电路的性能
二、实验内容
(1)建立结型场效应管共源放大电路。
结型场效应管取理想模式。
用信号发生器产生频率为lkHz、幅值为10mV的正弦信号。
(2)打开仿真开关，用示波器观察场效应管放大电路的输入波形和输出波形。
测量输出波形的幅值，计算电压放大倍数。
(3)建立如图3-3所示的场效应管放大电路的直流通路。
打开仿真开关，利用电压表和电流表测量电路静态参数。
三、实验电路原理图
结型场效应管共源放大电路
场效应管放大电路的直流通路
四、实验结果及分析
1、函数信号发生器
输入信号输出信号波形：
分析：
共源放大电路的电压放大倍数为10。
输出波形的幅值为100mv。
2、场效应管放大电路的直流通路大电路的直流通路
分析：
根据实验数据可得，场效应管的漏源电压为15.076V，栅源电压为0.411V，漏极电流为0。
.05mA。
电压表和电流表测到的栅源电压，漏源电压，漏极电流。
五、实验结论
与双极型晶体管放大电路的共发射极、共集电极和共基极电路相对应，场效应管放大电路也有三种基本组态：共源电路、共漏电路、共栅电路。
其电路结构与分析方法与双极型晶体管放大电路类似。
场效应管放大电路
场效应管放大电路
场效应管放大电路是一种重要的净化信号，广泛应用于消声、信号加强和纠正输入和输出信号的应用之中。
场效应管放大电路具有较高的稳定性，施加在输入和输出端的电压可以产生不同的放大倍数，可以增强信号的稳定性，并且有过载保护的功能，可以有效的减少输出噪声。
另外，场效应管放大电路的另一个重要优点是低失真率。
场效应管放大电路的输出电流和最大允许电压有直接的关系，当电压变化时，输出也会相应发生变化，这就可以很好的减少信号传输中的失真率，同时保证输出电流的稳定性。
此外，场效应管放大电路的功耗很低，因为放大电路的输出电压可以由输入端得到调节，这就可以有效的减少电源的功耗，大大改善节电效果。
总之，场效应管放大电路具有低失真率、低功耗和高稳定性等优点，广泛应用于各类电子设备中，提高了得到净化信号的效果。
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。
场效应管放大电路
i ②转移特性曲线 Df(VGS)VDSC
输入电压VGS对输出漏极电流ID的控制
iD / v G Q S d D /d iG v Q S g m m s
精选课件
结型场效应管的特性小结
N 沟 道 耗
结尽 型型
场
效P 应沟 管道
耗 尽 型
精选课件
金属-氧化物-半导体场效应管
绝缘栅型场效应管Metal Oxide Semiconductor —— MOSFET
第二种命名方法是CS××#，CS代表场效应管， ××以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型 号中的不同规格。例如CS14A、CS45G等。
精选课件
双极型三极管与场效应三极管的比较
双极型三极管
场效应三极管
结构
NPN型
结型 N沟道 P沟道
与
PNP型
绝缘栅 增强型 N沟道 P沟道
分类 C与E一般不可 绝缘栅 耗尽型 N沟道 P沟道
强
型
精选课件
耗尽型MOSFET
N沟道耗尽型MOS管，它是在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入 了大量的金属正离子，在管子制造过程中，这些正离子已经在漏 源之间的衬底表面感应出反型层，形成了导电沟道。 因此，使 用时无须加开启电压（VGS=0），只要加漏源电压，就会有漏极 电流。当VGS＞0 时，将使ID进一步增加。VGS＜0时，随着VGS 的 减小ID 逐渐减小，直至 ID=0。对应ID=0 的 VGS 值为夹断电压 VP 。
至VGD=VT，即VGS-VDS=VT或VDS=VGS-VT
时，则漏端沟道消失，出现预精选夹课件断点。
当VDS增加到使
当VDS增加到使VGDVT时，预
小此匀当时时降V落，VDDS在VS为G基沟D0＞本或道V均较中T，，V将称电下G缩为子，D=减预在仍VTV到夹 能时D刚断 沿S，电刚。 着漏场开源 沟极力启区 道处的的向的沟作情漏自道用况端由，夹 断 而 此 在断 未 ， 该区点 夹 夹。VD由向 断 断S增于源沟区加预极道内的夹端部，部断延分而分区伸为沟基呈成低道本现小阻中上高的，的降阻夹因电落，
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。
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)
MOS场效应管放大电路
电源抑制比
偏置电路应具有较高的电 源抑制比，以提高放大电 路对电源噪声的抑制能力。
调整方便性
偏置电路应易于调整，以 满足不同工作条件下的需 要。
Part
04
mos场效应管放大电路的性 能分析
电压放大倍数
总结词
电压放大倍数是mos场效应管放大电路的重要性能指标，表示输出电压与输入电压的比 值。
详细描述
促进电子技术发展
研究mos场效应管放大电 路有助于推动电子技术的 发展，促进相关领域的技 术创新。
Part
02
mos场效应管放大电路的基 本原理
mos场效应管的工作原理
金属-氧化物-半导体结构
mos场效应管由金属、氧化物和半导体材料组成，形成导电沟道。
电压控制器件
mos场效应管通过外加电压控制导电沟道的开闭，实现电流的放大 或开关作用。
02
结果表明，mos场效应管放大电路具有高放大倍数、高输入电阻和低噪声等优 点，适用于低频信号放大和高增益要求的应用场景。
03
本文还对mos场效应管放大电路的稳定性进行了分析，并提出了改进措施，以 提高电路的稳定性和可靠性。
对未来研究的展望
未来研究可以进一步探索mos场效应管放大电路在高频、宽带和低噪声等方面的性能优化，以满足更 广泛的应用需求。
VS
详细描述
失真性能是衡量mos场效应管放大电路性 能的重要指标之一，失真越小，电路的性 能越好。失真性能主要受到静态工作点、 跨导、源极电阻和负载电阻等因素的影响 。
Part
05
mos场效应管放大电路的应 用
在音频放大器中的应用
音频放大器是mos场效应 1
管放大电路的重要应用领 域之一。
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 场效晶体管及场效晶体管放大电路讲解
3. 1 结型场效应管
一、结构
D 漏极
耗尽层 (PN 结)
符 号
P 型区 栅极 G
N
P+
型 沟
P+
道
N
N型硅棒
S 源极
在漏极和源极之间加 上一个正向电压，N 型半 导体中多数载流子电子可 以导电。
-1
-2
VDD
-3 击穿区
-4
-5 夹--76断区 O UP 8V
uDS /V
漏极特性也有三个区：可变电阻区、恒流区和夹断区。
(1) 输出特性 iD f ( u ) DS uGS const.
(2) 转移特性 iD f ( u ) GS uDS const.
iD
I DSS ( 1
要求：
1、掌握场效应管的分类、特点、特性曲线及参 数，了解其结构、工作原理。
2、掌握场效应管放大电路的分析方法和指标计 算。
场效晶体管分类：
FET 场效晶体管
JFET 结型
MOSFET (IGFET) 绝缘栅型
N沟道 （耗尽型）
P沟道
增强型
N沟道 P沟道
耗尽型
N沟道 P沟道
第3 章 效晶体管及场效晶体管放大电路
根据结构和工作原理不同,场效应管可分为 两大类:结型场效应管(JFET)和绝缘栅型场效应 管(IGFET).
场效应管：一种载流子参与导电，利用输入回路的电场 效应来控制输出回路电流的三极管，又称单极型三极管。
单极型器件(一种载流子导电)；
特点
输入电阻高；
工艺简单、易集成、功耗小、体积小、 成本低。
第3章场效应管及其放大电路习题解
第3章场效应管及其放大电路习题解3.1教学内容与要求本章介绍了场效应管的结构、类型、主要参数、工作原理及其基本放大电路。
教学内容与教学要求如表1.1所示。
表3.1第3章教学内容与要求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。
(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：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。
场效应放大电路
(2) 耗尽型N沟道MOS管的特性曲线 耗尽型的MOS管UGS= 0时就有导电沟道，加反 向电压到一定值时才能夹断。 ID/mA ID/mA 16 UGS>0 UGS=0 UGS<0 4 8 12 16 20 U DS 漏极特性曲线
UDS=常数
16 12 I 夹断电压 DSS 8
12 8
UGS /V 4
在制造时就具有 原始导电沟道
3.2.2
1. 工作原理
N沟道耗尽型MOS场效应管
当UGS=0时， UDS加正向电压，产生漏极电流ID,此时的漏极电流称为漏极饱和电流 IDSS 当UGS＞0时，将使ID进一步增加。 当UGS＜0时，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 UP
G
予埋了N型 导电沟道 S
2. 耗尽型绝缘栅场效应管 由于耗尽型场效应管预埋了导电沟道，所以在 UGS= 0时，若漏–源之间加上一定的电压UDS，也 会有漏极电流 ID 产生。 这时的漏极电流用 IDSS表 示，称为饱和漏极电流。 当UGS > 0时，使导电沟道变宽， ID 增大； 当UGS < 0时，使导电沟道变窄， ID 减小； UGS 负值愈高，沟道愈窄， ID就愈小。 当UGS达到一定负值时，N型导电沟道消失， ID= 0，称为场效应管处于夹断状态（即截止）。 这时的UGS称为夹断电压，用UGS(off）表示。
第3章 场效应管放大电路
3.1、结型场效应管 3.2、绝缘栅场效应管MOS 3.3 3.4 场效应管的主要参数 场效应管放大电路
Sect
场效应管FET与三极管BJT的区别
1. BJT: 是 电流控制元件；
FET: 是电压控制元件。
2. BJT 参与导电的是电子—空穴，因此称其为双极型器件； FET 是电压控制元件，参与导电的只有一种载流子，称为单级型器件。 3. BJT 输入电阻较低，一般102~104；FET 输入电阻高，可达109~1014
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5
15
20 vDS/V
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② 可变电阻区 （vDS≤vGS-VTh ）
iD K n 2vGS VTh vDS v
2 DS
8
iD/mA
可变电阻区
饱和区
电导常数Kn单位是mA/V2。
A
B C D 5 E 10
6
4 2
7V 6V
在特性曲线原点附近，vDS很 小，则
O
vDS/V
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随着vDS上升，由于沟道存在电位梯度，因此沟道厚度 不均匀，靠近漏端薄，靠近源端厚，沟道呈楔形。
当vDS增加到一定数值时，将形成一夹断区(反型层消 失后的耗尽区)，即预夹断，夹断点向源极方向移动。
VDS VDS
s
VGS g
iD
d
迅 速 增 大
⑶ 可变电阻区和饱和区的形成机制 当vGS=VGS>VTh，外加较小的vDS时，漏极电流iD将随 VDS vDS上升迅速增大，图示OA段。 iD
iD/mA
s
VGS g
d
可变电阻区
饱和区
vDS≤VGS-VTh vDS≥VGS-VTh A 预夹断点 vGS=VGS>VThS<VT
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vGS越大，则吸引到P型硅表面的电子就愈多，感生 沟道将愈厚，沟道电阻的阻值将愈小。 这种在vGS= 0时无导电沟道，而必须依靠vGS的作用， 才形成感生沟道的FET称为增强型FET。 增强型FET的电路符号中的 短画线即反映了vGS= 0时沟道 是断开的特点。
预夹断轨迹如绿虚线，该 虚线是可变电阻区和饱和区 的分界线。 ① 截止区 当vGS<VTh时，导电沟道尚 未形成，iD= 0，为截止工作 状态。
8
预夹断的临界条件 为vGD=vGS-vDS=VTh 或vDS=vGS-VTh
iD/mA
可变电阻区 饱和区
A
B C D E 10
6
4 2 O
7V 6V 5V 4V vGS=3V
iD K nVP2 I DSS
IDSS为零栅压的漏极电流，成 为饱和漏极电流。其下标第二个 S表示栅源极间短路的意思。
iD/mA 8 6 4 IDSS 2 VP -6 -4 -2 0 2 4 vGS/V vDS>(vGS-VP)时的转移特性
vGS iD I DSS 1 V P
VDS
s
VGS g
d
iD
一旦出现感生沟道，原来被 P型衬底隔开的两个N+型区就 被感生沟道连通了。此时若有 漏源电压vDS，则将有漏极电流 iD产生。 动画v 对沟道的影响
GS
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一般把在漏源电压vDS作用下开始导电时的栅源电压 vGS叫做开启电压VTh。因此vGS<VTh时，iD≈0。
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 iD K n 2vGS VTh vDS vDS
iD/mA
可变电阻区 饱和区
vDS vGS VTh
vGS iD I DO 1 V Th
退出
金属(Metal)-氧化物(Oxide)-半导体(SemiConductor)场效应 管(MOSFET),FET只有一种载流子(电子或空穴)导电，它为 单极型器件，而三极管是双极性。
MOS场效应管 源极(S) 栅极(G) 漏极(D) MOS场效应管 可变电阻区 饱和区/恒流区 截止区
三极管 发射极(E) 基极(B) 集电极(C) 三极管 饱和区 放大区 截止区
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耗尽型MOSFET的重要特点之一：可在正或负的栅 源电压下工作，且基本上无栅流。
⒉ V-I 特性曲线及大信号特性方程
iD/mA 8
可变 电阻区
vDS=vGS-VP
饱和区
4V 2V vGS=0V
iD/mA 8
6
4 2
6
4 IDSS 2 VP -6 -4 -2 0 2 4 vGS/V vDS>(vGS-VP)时的转移特性
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⒉ 工作原理 由于栅极是绝缘的，栅极电流几乎为零，输入电阻 很高，最高可达1014 。 i =0 ⑴ vGS= 0，没有导电沟道 当vGS= 0V时，漏源之间相 当于两个背靠背的二极管。 s d
s g d
D
不管vDS的极性如何，其中 总有一个PN结是反向偏置的，反向电阻很高，即d、s 之间没有形成导电沟道，因此iD=0。
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⑵ vGS≥VT时，出现N型沟道
当vDS= 0，若在栅源之间加上正向电压vGS，则栅极 (铝层)和P型硅片相当于以二氧化硅为介质的平板电容 器，在vGS作用下，介质中便产生了一个垂直于半导体 表面的由栅极指向P型衬底的电场。 VGS iD=0 s g d 该电场排斥空穴而吸引电子， 留下不能移动的负离子，形成 耗尽层。当vGS达到一定数值 时，电子在栅极附近的P型硅 表面便形成了一个N型薄层， 即反型层，它组成了源漏两极 间的N型(感生)导电沟道。
第三章 场效应管及放大电路
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)
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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。 回主页 总目录 章目录 上一页 下一页
-2V -4V
截止区
O
3
6 9 12 15 vDS/V 输出特性曲线
N沟道耗尽型MOS管的夹断电压VP为负值； N沟道增强型MOS管的开启电压VT为正值；
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耗尽型MOS管的电流方程同增强型MOS管的电流方 程，但需用VP取代VT。
在饱和区内，当vGS= 0，vDS≥(vGS-VP)时(即进入预夹 断后)，有
d
B
g
B s
电路符号
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为正常工作，PMOS管外加的vDS必须是负值，开启 电压VＴ也是负值，实际的电流方向为流出漏极。 P沟道增强型MOS管沟道产生的条件为：vGS≤VＴ。 可变电阻区与饱和区的界线为：vDS = vGS-VＴ。 在可变电阻区内：vGS≤VＴ，vDS≥vGS-VＴ，电流的假 定正向为流入漏极时，则iD为 在饱和区内：vGS≤VＴ， vDS≤vGS-VＴ，电流iD为
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3.1.1 N沟道增强型MOSFET
⒈ 结构 源极S 栅极G 漏极D 栅极与源极、漏 铝电极 SiO2绝缘层 极均无电接触， 故称绝缘栅极。 动画N沟道
d g U(衬底) s 电路符号
增强型 MOSFET
P型硅衬底 高掺杂N区
由于金属(铝)栅极和半导体之间的绝缘层目前常用 二氧化硅，故称金属-氧化物-半导体场效应管，简称 MOS场效应管。
SiO2绝缘层 中掺有大量 正离子
N型沟道
d
结构图
g
s
B衬底
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。 如果所加的vGS为负，则沟道中感应的电子减少，沟 道变窄，从而使漏极电流减小。 当vGS为负电压到达某值时，以至感应的电子消失， 耗尽区扩展到整个沟道，沟道完全被夹断。这时即使 有漏极电压vDS，也不会有漏极电流iD，此时的栅源电 压称为夹断电压（截止电压）VP 。
vGS iD K n vGS VT 1 λvDS I DO 1 V 1 λvDS T 0.1 1 对于典型器件：λ V ，L单位为 μm。 L 回主页 总目录 章目录 上一页 下一页
2
2
退出
第3章
场效应管
3.1.5 四种 MOS 场效应管比较
5V 4V
vGS=3V
截止区
iD 2K n vGS VTh vDS
dvDS rdso diD
O
15
20 vDS/V
当vGS一定时，原点附近的输出电阻为
vGS 常数
2 K n vGS VTh
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1
显然rdso是一个受vGS控制的可变电阻。
2
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3.1.3 P沟道MOSFET
P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全 相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同 而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。
SiO 2 绝缘层 SiO2绝缘层中 掺有负离子
d g s