场效应管及其放大电路分析
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第七章 场效应管及其基本放大电路
N沟道增强型MOS管的输出特性曲线
7
（3） uDS和uGS同时作用时
uDS一定，uGS变化时 给定一个uGS ，就有一条不同的 iD – uDS 曲线。
iD / mA 预夹断临界点轨迹 uDS = uGS - Uth 可变电阻区 7V
8 6 4 2 0 饱和区 6V 5V 4V uGS = 3V 截止区 0 5 10 15 20 uDS / V
低频跨导：
gm iD u GS
U
DS
夹断区（截止区）
常量
不同型号的管子UGS（off）、IDSS将不同。
20
7.3场效应管的分类
工作在恒流区时g-s、d-s间的电压极性
N 沟道 ( u GS ＜ 0， u DS ＞ 0 ) 结型 P 沟道 ( u GS ＞ 0， u DS ＜ 0 ) N 沟道 ( u GS ＞ 0， u DS ＞ 0 ) 场效应管 增强型 P 沟道 ( u GS ＜ 0， u DS ＜ 0 ) 绝缘栅型 N 沟道 ( u GS 极性任意， u DS ＞ 0 ) 耗尽型 P 沟道 ( u GS 极性任意， u DS ＜ 0 )
场效应管工作在恒流区的条件是什么？
17
3. JFET特性
iD / mA 可变电 阻区 -1V 恒流区 -2V -3V -4V -5V 0 (a) 输出特性曲线 夹断区 uDS / V UP -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 uGS / V (b) 转移特性曲线 预夹断轨迹 uGS = 0V iD / mA IDSS
各种场效应管的特性比较（2）
结构类型
工作 方式 增 强 型
电路符号
转移特性曲线
场效应管三种组态放大电路特点
场效应管三种组态放大电路特点
场效应管有三种组态放大电路，分别是共源放大电路、共漏放大电路和共栅放大电路。
它们的特点如下：
1. 共源放大电路：
- 输入电压是输入信号的电压变化，输出电压是负载电阻上的电压变化。
- 具有电压放大和电流放大的作用，电压增益较大。
- 输入电阻高，输出电阻低。
- 可以实现单端放大，但需要外部耦合电容。
2. 共漏放大电路：
- 输入电压是输入信号的电压变化，输出电压是源极电压的变化。
- 具有电压放大和电流放大的作用，电压增益较大。
- 输入电阻低，输出电阻高。
- 适用于低频信号放大，对高频信号响应较差。
3. 共栅放大电路：
- 输入电压是栅极电压的变化，输出电压是负载电阻上的电压变化。
- 具有电压放大和电流放大的作用，电压增益较小。
- 输入电阻低，输出电阻高。
- 适用于高频信号放大，对低频信号响应较差。
这三种组态放大电路根据不同的应用需求选择，能够满足不同频率
范围、电压增益和输入输出特性的要求。
场效应管原理及放大电路
图6-47 分压式偏置电路
/info/flashshow/0079614.html（第 8／10 页）2010-9-6 19:00:12
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
结型场效应管(JFET)及其放大电路
4.8 结型场效应管4.8.1 JFET的结构和工作原理 4.8.2 JFET的特性曲线及参数 4.8.3 JFET放大电路的小信号模型分析法4.8.1 JFET的结构和工作原理1. 结构漏极栅极N沟道JFET P源极符号中的箭头方向表示什么？ 箭头：P → NN符号比较N沟道JFETSiO2绝缘层SiO2绝缘层N沟道增强型MOSFETN沟道耗尽型MOSFET2. 工作原理 （以N沟道JFET为例）耗尽层① vGS对沟道的控制作用当vGS＜0时( PN结加反压)导电沟道d+PN结反偏 耗尽层加厚 沟道变窄。
| vGS | ↑ ，沟道继续变窄。
gP++vDSP+耗尽层碰上,沟道夹断，--- VGG vGSN对应的栅源电压vGS称为夹断电压 VPVP （ 或VGS(off) ）。
s对于N沟道的JFET，VP <0。
注：g、s间加反偏电压， iG=0，rgs= 107, ，② vDS对沟道的影响当vGS=0时， vDS iD s d 电位逐渐升高， G、D间PN结的反压增 加，靠近漏极处的耗尽 层加宽，沟道变窄，从 上至下呈楔形分布。
当vDS ，使vGD=VP 时，靠漏极处出现预夹 断。
此时vDS 夹断区延长 沟道电阻iD=IDSS基本不变iD/mAIDSSVPvGS=0 vDS/V③ vGS和vDS同时作用时iD条件：g、s间加反偏电压 | vGS | ↑（g、s越负）导电沟道变窄，vDS 不变 iD↓dvGDgvGS对iD有控制作用P++在预夹断处 VGD=VGS-VDS =VPVGG vGSN+vDSP+Vs综上分析可知139页• 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。
• 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； 预夹断后：iD 趋于饱和。
第四章 场效应晶体管及其放大电路
ID
IDSS(1源自U GS U GS(off)
)
2
3. 结型场效应管
结型场效应管的特性和耗尽型绝 缘栅场效应管类似。图4-7 a)、 b) 分别为Ｎ沟道和Ｐ沟道的结型场效 应管图形符号。
图4-7
使用结型场效应管时，应使栅极与源极间加反偏电压，漏 极与源极间加正向电压。对于Ｎ沟道的管子来说，栅源电压应 为负值，漏源电压为正值。
图4-1
（1）工作原理
增强型MOS管的源区(N+)、衬底(P型)和漏区(N+)三者之 间形成了两个背靠背的PN+结，漏区和源区被P型衬底隔开。
当栅-源之间的电压 uGS 0时，不管漏源之间的电源VDD 极 性如何，总有一个PN+结反向偏置，此时反向电阻很高，不能 形成导电通道。
若栅极悬空，即使漏源之间加上电压 uDS，也不会产生漏 极电流 iD ，MOS管处于截止状态。
2) 输出特性曲线 I D f (U DS ) UGS常数
图4-4b)是N沟道增强型MOS管的输出特性曲线，输出特性曲 线可分为下列几个区域。
① 可变电阻区
uDS很小时，可不考虑 uDS 对沟道的影响。于是 uGS一 定时，沟道电阻也一定， 故 iD 与 uDS 之间基本上是 线性关系。
uGS 越大，沟道电阻越
的变化而变化，iD 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
uGS UGS(th)时以下的区域。
（夹断区）
当uDS增大一定值以后，漏源之间会发生击穿，漏极电流 iD急剧增大。
2. N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的结构
上述的增强型绝缘栅场效应管只有当 uGS U GS(th) 时才能形成导电沟道，如果在制造时就使它具有一个原始 导电沟道，这种绝缘栅场效应管称为耗尽型。
第4章 场效应管及其基本放大电路
恒流区
IDSS/V
G
D S
+
-
VGG
+
V uGS
VDD
-
O
UGS = 0V -1 -2 -3 -4 -5 -6 夹断区 -7 U P 8V
击穿区
uDS /V
特性曲线测试电路
漏极特性
漏极特性也有三个区：可变电阻区、恒流区和夹断区。
各类场效应管的符号和特性曲线 种类 结型 耗 尽 N 沟道 型 结型 耗 尽 P 沟道 型 绝缘 增 栅型 强 N 沟道 型 符号
S
S
VGG
(c) UGS ＜UGS(off)
(b) UGS(off) < UGS < 0
（2） 漏源电压uDS 对漏极电流iD的控制作用
uGD ＝ uGS －uDS (a)
P+
D
iD
(b)
D
iD
G
N
P+
VDD
+ P+ GP N
P+
VDD
S iS uGS = 0，uGD > UGS（Off) ，iD 较大。
uDS /V
O
UT 2UT
uGS /V
二、N 沟道耗尽型 MOSFET
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 = UP , 感应电荷被 “耗尽”，iD 0。
导电沟道是 N 型的， 称 N 沟道结型场效应管。
结型场效应管及其放大电路
（2）当UDS增加时，漏极电 流ID从零开始增加，ID流过 导电沟道时，沿着沟道产生 电压降，使沟道各点电位不 再相等，沟道不再均匀。靠 近源极端的耗尽层最窄，沟 道最宽;靠近漏极端的电位 最高，且与栅极电位差最大， 因而耗尽层最宽，沟道最窄。 由 图 可 知 ， UDS 的 主 要 作 用 是形成漏极电流ID。
MOS（Metal Oxide Semiconductor）
vGS=0，iD=0，为增强型管； vGS=0，iD0，为耗尽型管（有初始沟道）。
一、场效应管概述
2、符号：
一、场效应管概述
3、场效应三极管的型号命名方法 ：
现行有两种命名方法
第一种命名方法： 与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O 代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表 材料，D是P型硅， 反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。 例如：3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3DO6C 是绝缘 栅型N沟道场效应三极管。
对于n沟道各极间的外加电压变为ugs漏源之间加正向电压即uds当gs两极间电压ugs改变时沟道两侧耗尽层的宽度也随着改变由于沟道宽度的变化导致沟道电阻值的改变从而实现了利用电压ugs场效应管工作原理二结型场效应管二结型场效应管场效应管两侧的pn结均处于零偏置形成两个耗尽层如图a所示
第八章：场效应管
一、场效应管概述 二、结型场效应管结构与原理 三、结型场效应管放大器 四、MOS场效应管介绍
2、判定栅极 用万用表黑表笔碰触管子的一个电极，红表笔分别碰触另外两个电极。若两次测出的阻值都很小，说明均是
正向电阻，该管属于N沟道场效应管，黑表笔接的也是栅极。 制造工艺决定了场效应管的源极和漏极是对称的，可以互换使用，并不影响电路的正常工作，所以不必加以
区分。源极与漏极间的电阻约为几千欧。 注意不能用此法判定绝缘栅型场效应管的栅极。因为这种管子的输入电阻极高，栅源间的极间电容又很小，
MOS（Metal Oxide Semiconductor）
vGS=0，iD=0，为增强型管； vGS=0，iD0，为耗尽型管（有初始沟道）。
一、场效应管概述
2、符号：
一、场效应管概述
3、场效应三极管的型号命名方法 ：
现行有两种命名方法
第一种命名方法： 与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O 代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表 材料，D是P型硅， 反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。 例如：3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3DO6C 是绝缘 栅型N沟道场效应三极管。
对于n沟道各极间的外加电压变为ugs漏源之间加正向电压即uds当gs两极间电压ugs改变时沟道两侧耗尽层的宽度也随着改变由于沟道宽度的变化导致沟道电阻值的改变从而实现了利用电压ugs场效应管工作原理二结型场效应管二结型场效应管场效应管两侧的pn结均处于零偏置形成两个耗尽层如图a所示
第八章：场效应管
一、场效应管概述 二、结型场效应管结构与原理 三、结型场效应管放大器 四、MOS场效应管介绍
2、判定栅极 用万用表黑表笔碰触管子的一个电极，红表笔分别碰触另外两个电极。若两次测出的阻值都很小，说明均是
正向电阻，该管属于N沟道场效应管，黑表笔接的也是栅极。 制造工艺决定了场效应管的源极和漏极是对称的，可以互换使用，并不影响电路的正常工作，所以不必加以
区分。源极与漏极间的电阻约为几千欧。 注意不能用此法判定绝缘栅型场效应管的栅极。因为这种管子的输入电阻极高，栅源间的极间电容又很小，
第三章 场效应管放大电路讲解
起来。
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。
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。
第三章场效应管及其放大电路
第三章 场效应管及其放大电路1. JEFT 有两种类型，分别是N 沟道结型场效应管和P 沟道结型场效应管2. 在JFET 中：（1） 沟道夹断：假设0=DS v ，如图所示。
由于 0=DS v ，漏极和源极间短路，使整个沟道内没有压降，即整个沟道内的电位与源极的相同。
令反偏的栅-源电压GS v 由零向负值增大，使PN 结处于反偏状态，此时，耗尽层将变宽；由于在结型场效应管制作中，P 区的浓度远大于N 区的浓度，所以，耗尽层主要在N 沟道内变宽，随着耗尽层宽度加大，沟道变窄，沟道内的电阻增大。
继续反响加大GS v ，耗尽层将在沟道内合拢，此时，沟道电阻將变的无穷大，这种现象成为沟道夹断（2）在DS v 较小时，DS v 的加大虽然会增大沟道内的电阻，但这种影响不是很明显，沟道仍处于比较宽的状态，即沟道的电阻在DS v 比较小的时候基本不变，此时加大DS v ，会使D i 迅速增加，D i 与DS v 近似为线性关系。
加大DS v ，沟道内的耗尽层会逐渐变宽，沟道电阻增加，D i 随DS v 的上升，速度会变缓。
当||P DSV v =时，楔形沟道会在A 点处合拢，这种现象称为预夹断。
3. 解：（1）（a ）为N 沟道场效应管 （b ）为P 沟道场效应管（2）（a ）V V P4-= （b ）V V P 4= （3）（a ）A I DSS 5= （b ）A I DSS 5-=（4）电压DS v 与电流D i 具有相同的极性且与GS v 极性相反，因而，电压DS v 的极性可根据D i 或GS v 的极性判断4.解：当JFET 工作在饱和区时，有关系式：2)1(PGS DSS D V V I i -= 5. 解：在P 沟道JFET 中，要求栅-源电压GS v 极性为正，漏源电压DS v 的极性为负，夹断电源P V 的极性为正6. 解：MOS 型场效应管的详细分类7. 解：耗尽型是指，当0=GS v 时，即形成沟道，加上正确的GS v 时，能使对数载流子流出沟道，因而“耗尽”了载流子，使管子转向截止。
MOS场效应管放大电路解读
2.67K
五、应用举例
•
• 3、计算电压放大倍数 Au 。
•
Au
gmRS // RL
0.258 //1000
1 gmRS // RL 1 0.258 //1000
0.67
注意事项
(1)在使用场效应管时，要注意漏源电压 UDS、漏源电流ID、栅源电压UGS及耗散功率等 值不能超过最大允许值。
• 从表中可以看出，rgs和rds数值很大，可以忽略；跨 接在g~d之间的电容Cgd可以用与晶体管分析相同的方法 折合到输入和输出回路：
•
•
Cgs Cgs (1 K )Cgd , (K gm RL )
•
Cds
Cds
K
•
1
C
gd
,
K
•
(K gm RL )
场效应管的高频等效模型
• 由于输出回路的时间常数比输入回路小得多，可忽
1.08
0
解之，得：ID1 1.52mA, ID2 0.535mA
由于I D1
1.52mA
I
，
DSS
不合
题意，舍去。故：
IDQ 0.535mA
UGSQ 1.08V
U DSQ VDD I DQ (RD RS )
16 0.535 (10 8) 6.37V
五、应用举例
• 2、计算输入电阻Ri和输出电阻RO Ri RG RG1 // RG2 1 0.16 // 0.04 1.03M RO RD 10K
(2)场效应管从结构上看漏源两极是对称 的，可以互相调用，但有些产品制作时已将衬 底和源极在内部连在一起，这时漏源两极不能 对换用。
(3)结型场效应管的栅源电压UGS不能加 正向电压，因为它工作在反偏状态。通常各极 在开路状态下保存。
第5章场效应管放大电路分析
如果接有外负载RL
Rg1
Rd d Vo
g sb
RL
Vi Rg2
Rg3 R
AV gm (Rd // RL )
Ri Rg3 Rg1 // Rg 2
g
Vi
Rg3 gmVgs R’g
d Rd Vo RL
Ro Rd
s R’g=Rg1//Rg2
27
源极电阻上无并联电容:
AV
Vo Vi
Vgs
gmVgs Rd gmVgs R
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 – vG
0.4
S
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+ PN+
18
3 、特性曲线
4区：击穿
区
3区
截止区
vGS<V
T
vGD<V
T
VT
1区：可变电阻区: vGS>VT vGD>VT 沟道呈电阻性，iD随vDS
的增大而线性增大。
iD=0 2区：恒流区(线性放大区）
vGS>VT vGD<VT iD=IDO｛(vGS/VT)-1｝2 IDO是vGS=2VT时，iD的值。
VT R
g
m
(VT
)
VT R
VT
(gm
1) R
模拟电路场效应管及其基本放大电路
UGS(off)
信息技术学院
3. 特性
（1）转移特性
在恒流区
uGS 2 iD I DSS (1 ) U GS(off)
漏极饱 和电流
(U GS (off ) uGS 0)
夹断 电压
信息技术学院
（2）输出特性
iD f (uDS ) U GS 常量
IDSS g-s电压 控制d-s的 等效电阻
信息技术学院
P 沟道场效应管 D
P 沟道场效应管是在 P 型 硅棒的两侧做成高掺杂的 N 型区(N+)，导电沟道为 P 型， 多数载流子为空穴。 d
P G
N+ 型 沟 道 N+
g
S
s 符号
信息技术学院
2. 工作原理
（1）栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用
uDS=0
UGS（off）
沟道最宽 (a)uGS = 0
2)耗尽型MOS管
夹断 电压
信息技术学院
各类场效应管的符号和特性曲线
种类 结型 N 沟 道 符号 D 转移特性 ID /mA IDSS 漏极特性 UGS= 0V
ID
-
G
S D
UGS(off) O
UGS
O + + + ID O
o
UDS
ID
结型
P 沟 道
O UGS(off) UGS
G
IDSS
S D B
iD f (uGS ) U DS 常量
当场效应管工作在恒流区时，由于输出特性曲线可近似为横轴的一组平行 线，所以可用一条转移特性曲线代替恒流区的所有曲线。输出特性曲线的 恒流区中做横轴的垂线，读出垂线与各曲线交点的坐标值，建立uGS，iD坐 标系，连接各点所得的曲线就是转移特性曲线。
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
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。
场效应管及放大电路
场效应管及基本放大电路
场效应管是利用电场效应来控制电流 大小，与双极型晶体管不同，它是多子导 电，输入阻抗高，温度稳定性好、噪声低。 场效应管有两种: 绝缘栅型场效应管MOS 结型场效应管JFET
分类：
JFET 结型 MOSFET (IGFET) 绝缘栅型
N沟道
P沟道
（耗尽型） N沟道
FET 场效应管
ID=f(VDS)VGS=const
输出特性曲线
vGS 在恒流区，iD I D 0 ( - 1) 2 VT
I D 0是vGS 2VT时的iD值
输出特性曲线
(1) 截止区（夹断区） VGS< VT以下区域就是截止区 VGS VT ID=0
iD
(2) 放大区（恒流区） 产生夹断后，VDS增大，ID不变的 区域，VGS -VDS VP VDSID不变 处于恒流区的场效应管相当于一 个压控电流源 (3)饱和区（可变电阻区） 未产生夹断时，VDS增大，ID随着增大的区域 VGS -VDS VP VDSID 处于饱和区的场效应管相当于一个压控可变电阻
夹断 电压
在恒流区时 uGS 2 iD I DSS (1 ) Up
uGD=UGS(off)时称为 预夹断
3. 主要参数
① 夹断电压VP (或VGS(off))： 漏极电流约为零时的VGS值 。 ② 饱和漏极电流IDSS： VGS=0时对应的漏极电流。 ③ 低频跨导gm： 低频跨导反映了vGS对iD的控制作用。gm 可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子)。
2. 静态工作点
Q点： VGS 、 ID 、 VDS 已知VP ，由
vGS = - iDR
VDS = VDD - ID (Rd + R )
场效应管是利用电场效应来控制电流 大小，与双极型晶体管不同，它是多子导 电，输入阻抗高，温度稳定性好、噪声低。 场效应管有两种: 绝缘栅型场效应管MOS 结型场效应管JFET
分类：
JFET 结型 MOSFET (IGFET) 绝缘栅型
N沟道
P沟道
（耗尽型） N沟道
FET 场效应管
ID=f(VDS)VGS=const
输出特性曲线
vGS 在恒流区，iD I D 0 ( - 1) 2 VT
I D 0是vGS 2VT时的iD值
输出特性曲线
(1) 截止区（夹断区） VGS< VT以下区域就是截止区 VGS VT ID=0
iD
(2) 放大区（恒流区） 产生夹断后，VDS增大，ID不变的 区域，VGS -VDS VP VDSID不变 处于恒流区的场效应管相当于一 个压控电流源 (3)饱和区（可变电阻区） 未产生夹断时，VDS增大，ID随着增大的区域 VGS -VDS VP VDSID 处于饱和区的场效应管相当于一个压控可变电阻
夹断 电压
在恒流区时 uGS 2 iD I DSS (1 ) Up
uGD=UGS(off)时称为 预夹断
3. 主要参数
① 夹断电压VP (或VGS(off))： 漏极电流约为零时的VGS值 。 ② 饱和漏极电流IDSS： VGS=0时对应的漏极电流。 ③ 低频跨导gm： 低频跨导反映了vGS对iD的控制作用。gm 可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子)。
2. 静态工作点
Q点： VGS 、 ID 、 VDS 已知VP ，由
vGS = - iDR
VDS = VDD - ID (Rd + R )
场效应管及其基本放大电路
场效应管及其基本放大电路3.2.3.1 场效应管（ FET ）1.场效应管的特色场效应管出生于 20 世纪 60 年月，它主要拥有以下特色：①它几乎仅靠半导体中的多半载流子导电，故又称为单级型晶体管。
②场效应管是利用输入回路的电场效应来控制输出回路的电流，并以此命名。
③输入回路的内阻高达 107 -1012Ω；此外还拥有噪声低、热稳固性好、抗辐射能力强、耗电小，体积小、重量轻、寿命长等特色，因此宽泛地应用于各样电子电路中。
场效应管分为结型和绝缘栅型两种不一样的构造，下边分别加以介绍。
2.结型场效应管⑴结型场效应管的符号和N 沟道结型场效应管的构造结型场效应管（JFET）有 N 沟道和 P 沟道两种种类，图3-62(a) 所示为它们的符号。
N沟道结型场效应管的构造如图 3-62(b) 所示。
它在同一块 N型半导体上制作两个高混杂的P 区，并将它们连结在一同，引出电极，称为栅极 G； N 型半导体的两头分别引出两个电极，一个称为漏极 D，一个称为源极 S。
P 区与 N 区交界面形成耗尽层，漏极与源极间的非耗尽层地区称为导电沟道。
(a) 符号(b)N 沟道管的构造表示图图 3-62 结型场效应管的符号和构造表示图⑵结型场效应管的工作原理为使 N沟道结型场效应管正常工作，应在其栅 - 源之间加负向电压（即U GS0）,以保证耗尽层蒙受反向电压；在漏- 源之间加正向电压u DS , 以形成漏极电流i D。
下边经过栅-源电压 u GS和漏-源电压 u DS对导电沟道的影响，来说明管子的工作原理。
①当 u DS=0V（即D、S短路）时， u GS对导电沟道的控制作用ⅰ当 u GS=0V时，耗尽层很窄，导电沟道很宽，如图3-63(a)所示。
ⅱ当 u GS增大时，耗尽层加宽，沟道变窄（图(b) 所示），沟道电阻增大。
ⅲ当u GS增大到某一数值时，耗尽层闭合，沟道消逝（图(c) 所示） , 沟道电阻趋于无穷大，称此时u GS的值为夹断电压U GS( off )。
第1113讲场效应管及其放大电路
3. 分压式偏置电路
即典型的Q点稳定电路
UGQ
UAQ
Rg1 Rg1Rg2
VDD
USQ IDQRs
ID IDO(UUGGSS(Qt h) 1)2
U DS V Q D D ID(Q R dR s)
为什么加Rg3?其数值应大些小些？
哪种场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？
[例1.4.1] 已知某管子的输出特性曲线如图所示。试分 析该管为什么类型的场效应管（结型、绝缘栅型、N 沟道、P沟道、增强型、耗尽型）。
增强型MOS管uDS对iD的影响
刚出现夹断
iD随uDS的增 大而增大，可
uGD＝UGS（th）, 预夹断
变电阻区
uGS的增大几乎全部用 来克服夹断区的电阻
iD几乎仅仅 受控于uGS，恒 流区
用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。N 沟道增强型MOS管工作在恒流区的条件是什么？
耗尽型MOS管
1. 结型场效应管
结构示意图
漏极
符号
栅极
导电 沟道
源极
栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用
沟道最宽
UGS（off）
沟道变窄
沟道消失 称为夹断
uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必 须加负电压？
动画1
漏-源电压对漏极电流的影响
uGD>UGS（off）
uGD＝UGS（off）
预夹断
uGD<UGS（off）
第11-13讲 场效应管及其放大电路
一、场效应管
二、场效应管放大电路静态工作点 的设置方法 三、场效应管放大电路的动态分析 四、复合管
一、场效应管（以N沟道为例）
场效应管有三个极：源极（s）、栅极（g）、漏极（d）， 对应于晶体管的e、b、c；有三个工作区域：截止区、恒流区、 可变电阻区，对应于晶体管的截止区、放大区、饱和区。
场效应管放大电路及多级放大电路
展望
随着电子技术的不断发展，场效应管放大电路和多级放大电路的性能将不 断提升，应用领域也将不断扩大。
未来研究将更加注重电路的集成化、小型化和智能化，以提高系统的可靠 性和稳定性。
在实际应用中，需要不断优化电路设计，提高放大倍数、降低噪声、减小 失真等性能指标，以满足不断增长的技术需求。
THANKS
高增益
多级放大电路具有较高的电压和 功率放大倍数，能够实现较大的 信号增强。
复杂性高
多级放大电路结构复杂，设计和 调试难度较大，同时对元件性能 要求较高。
稳定性好
通过负反馈和动态平衡机制，多 级放大电路具有较好的稳定性。
适应性强
多级放大电路可以根据实际需求 灵活设计各级的组成和参数，以 适应不同应用场景。
放大电路的重要性
放大电路是电子系统中的重要组成部 分，用于将微弱的信号放大到足够的 幅度，以满足各种应用需求。
在通信、音频处理、自动控制系统等 领域，放大电路发挥着至关重要的作 用。
Part
02
场效应管放大电路
场效应管的工作原理
电压控制器件
场效应管依靠电场效应控 制半导体导电能力，输入 电压控制输出电流。
STEP 03
偏置电路
为场效应管提供合适的偏 置电压，以调整放大电路 的性能。
将放大的信号从漏极输出， 通过负载电阻转换成电压 信号。
场效应管放大电路的特点
高输入阻抗
场效应管具有很高的输入阻抗， 减小了信号源的负担。
易于集成
场效应管易于集成在集成电路中， 减小了电路体积并提高了稳定性。
低噪声性能
场效应管内部热噪声较低，提高 了放大电路的信噪比。
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场效应管放大电路
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R
g1
U
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SQ
I
DQ
Rs
GSQ
U GQ U SQ
R R
g1
g1
Rg 2
V
DD
I DQ Rs
R g1 u GS V DD i D R s R g1 R g 2 2 [ u GS 1] i D I DO U GS (th)
当外加反向电压增大至某一数值时，两侧的耗尽层相遇，整 个沟道被夹断，沟道电阻趋于无穷大。此时所对应的栅-源 电压称为夹断电压。
第3章 场效应管及其放大电路分析
（2） u
GS
0 ，
u
DS
0
情况
第3章 场效应管及其放大电路分析
当栅-源之间加反向电压，漏-源之间加正向电压时，由于栅源之间加反向电压，耗尽层加宽，导电沟道变窄，沟道电阻 增大； 设栅-源之间所加反向电压为范围内的某一固定值。此时由 于漏-源之间加正向电压，就有从漏极到源极的漏极电流产 生。由于漏极电流在流经导电沟道时会产生电压降，使得沟 道上各点与栅极之间的电压不再相等，从而导致沟道中耗尽 层的宽度进一步变得不等宽。
第3章 场效应管及其放大电路分析
3.1.2 绝缘栅型场效应管
MOS管按照制造工艺和材料不同，可分为N沟道和P沟道； MOS管按照工作方式不同，又可分为增强型和耗尽型； 因此MOS管可分为N沟道增强型、P沟道增强型、 N沟道耗 尽型和P沟道耗尽型四种。 增强型MOS管与耗尽型MOS管的区别是：增强型MOS管在 栅-源之间未加电压时，无导电沟道；只有当栅-源之间加上 电压后，才能产生导电沟道。而耗尽型MOS管在栅-源之间 未加电压时，已经存在导电沟道。 以N沟道增强型MOS管为例，介绍MOS管的结构、工作原 理及特性曲线。
u
第3章 场效应管及其放大电路分析
（2） 0 ， GS 0 情况 DS 当漏-源之间不加电压，栅-源之间加正向电压时，由于栅极 和衬底之间相当于以绝缘层为介质的平板电容器，在栅-源 正向电压的作用下，栅极表面会积累正电荷，该正电荷能够 吸引衬底中的少子自由电子，排斥衬底中的多子空穴，使得 栅极附近的P型衬底中留下不能移动的负离子，形成耗尽 层。 随着外加栅-源电压的增加，耗尽层将继续加宽，当增加至 一定值时，自由电子将被吸引到绝缘层与耗尽层之间，形成 一个N型薄层，称为反型层，这个反型层即是漏-源之间的导 电沟道。开始形成反型层时的栅-源电压，称为开启电 压。形成反型层后，继续增加，反型层将加宽，沟道电阻将 减小。如图示。
第3章 场效应管及其放大电路分析
3.2.1 共源放大电路的分析
1．自偏压电路
第3章 场效应管及其放大电路分析
直流通路：
uGS iD Rs 2 u GS ] i D I DSS [1 U GS (off )
U
DSQ
V DD I DQ R s R D
第3章 场效应管及其放大电路分析
模拟电子技术
第3章 场效应管及其放大电路分析 范立南 恩莉 代红艳 李雪飞 中国水利水电出版社
第3章 场效应管及其放大电路分析
第3章 场效应管及ຫໍສະໝຸດ 放大电路分析3.1 场效应管的基本概念
3.2 场效应管放大电路的分析
第3章 场效应管及其放大电路分析
3.1 场效应管的基本概念 3.1.1结型场效应管
第3章 场效应管及其放大电路分析
（3）极限参数 ①最大漏电流：是指管子正常工作时所允许通过的漏极电流 的最大值。 ②最大耗散功率：是决定管子温升的参数，超过此值时，管 子会因过热而被烧坏。 ③漏源击穿电压：是指随着漏-源电压的增加，使得漏极电 流急剧增加是的漏-源电压值。正常工作时，若超过此值， 管子将会被击穿。 ④栅源击穿电压：是指栅源间所能承受的最大电压。正常工 作时，若超过此值，栅极和沟道间的PN结将会被击穿。
第3章 场效应管及其放大电路分析
NMOS管的低频小信号简化等效电路如图所示。
第3章 场效应管及其放大电路分析
①画交流通路
第3章 场效应管及其放大电路分析
②画交流等效电路
第3章 场效应管及其放大电路分析
③求交流性能。
U A U
u
o
g
m
U ( R // R )
gs d L
第3章 场效应管及其放大电路分析
3．特性曲线 转移特性曲线是用于描述漏-源电压一定情况下，漏极电流 与栅-源电压之间关系的曲线，即 。 f
i
D
u GS U
DS
常数
N沟道JFET的转移特性曲线如图所示。
第3章 场效应管及其放大电路分析
输出特性曲线是用于描述栅-源电压一定情况下，漏极电流 与漏-源电压之间关系的曲线，即 i D f u DS 。
U
GS
常数
N沟道JFET的输出特性曲线如图所示。
第3章 场效应管及其放大电路分析
4．主要参数 （1）直流参数 ①夹断电压：是指漏-源电压为某定值时，使漏极电流为0或 某一微小数值（如10）时的栅-源电压值。 ②饱和漏电流：是指栅-源电压 断时所对应的漏极电流值。
u
GS
0 时，管子发生预夹
第3章 场效应管及其放大电路分析
由于漏极电流在流经导电沟道时产生的电压降从漏极到源极 逐渐增大，沟道上各点的电位从漏极到源极逐渐减小，即漏 极处的电位最大；源极处的电位最小为零，所以沟道上各点 与栅极之间的电压从漏极到源极逐渐减小，使得漏极处的耗 尽层最宽，从漏极到源极耗尽层宽度逐渐减小，从而沟道宽 度从漏极到源极逐渐增大，沟道电阻从漏极到源极逐渐减 小。 随着的进一步增大，沟道在漏极处发生预夹断，即漏极处两 侧的耗尽层相遇，如图示。此后继续增大，只是夹断区沿沟 道进一步加长，漏极电流不再增加，达到饱和。
解：该管为N沟道增强型MOS管。
第3章 场效应管及其放大电路分析
3.2 场效应管放大电路的分析
按照输入输出回路公共端的不同，场效应管放大电路也分为 共源、共漏和共栅三种组态。 分析步骤为： （1）求静态工作点 ①画直流通路； ②求静态工作点。 （2）求交流性能 ①画交流通路； ②画交流等效电路； ③求交流性能。
第3章 场效应管及其放大电路分析
例：转移特性曲线如图所示。试判断：（1）该管为何种类 型？（2）从该曲线可以求出该管的夹断电压还是开启电 压？值是多少？
解：该管为N沟道结型场效应管，从该曲线上可以求出该管 的夹断电压，其值是-4V。
第3章 场效应管及其放大电路分析
【例3-2】输出特性曲线如图所示。试判断该管为何种类 型？
第3章 场效应管及其放大电路分析
1．结构 增强型NMOS管的结构示意图如图所示。
第3章 场效应管及其放大电路分析
增强型NMOS、 PMOS管的符号如图所示。
第3章 场效应管及其放大电路分析
耗尽型NMOS、 PMOS管的符号如图所示。
第3章 场效应管及其放大电路分析
2．工作原理 （1） GS 0 情况 当栅-源之间未加电压时，漏-源之间是一对背靠背的PN结， 所以无论漏-源之间加正向电压还是反向电压，总有一个PN 结是截止的，漏-源之间没有导电沟道，也没有漏极电流产 生，如图示。
u
u
第3章 场效应管及其放大电路分析
第3章 场效应管及其放大电路分析
（3） uGS uGS (th) ，且为定值， uDS 0
情况
设栅-源之间所加电压为的某一固定值，漏-源之间加正向电 ) 压。由于 uGS uGS (th，所以漏-源之间的导电沟道已经形成， 又由于漏-源电压 uDS 0 ，所以有从漏极到源极的漏极电 流产生。由于漏极电流在流经导电沟道时会产生电压降，使 得沟道上各点与栅极之间的电压不再相等，从而导致沟道宽 度进一步变得不等宽。如图示。
第3章 场效应管及其放大电路分析
第3章 场效应管及其放大电路分析
由于漏极电流在流经导电沟道时产生的电压降从漏极到源极 逐渐增大，沟道上各点的电位从漏极到源极逐渐减小，所以 沟道上各点与栅极之间的电压从漏极到源极逐渐增大，从而 沟道宽度从漏极到源极逐渐增大，沟道电阻从漏极到源极逐 渐减小。 随着的进一步增大，增至使 u GD U GS (th) 时，沟道在漏极处 发生预夹断。此后 uDS 继续增大，只是夹断区沿沟道进一步 加长，漏极电流不再增加，达到饱和。
③直流输入电阻：是指在漏-源之间短路时，栅-源电压与栅 极电流的比值。一般 RGS 107 。
第3章 场效应管及其放大电路分析
（2）交流参数 ①低频跨导：是指漏-源电压为某定值时，漏极电流的变化 量与对应栅-源电压的变化量的比值，单位为S。
②极间电容：场效应管的三个电极间存在着极间电容，即栅 源电容、栅漏电容和漏源电容。 ③输出电阻：是指在恒流区内，当栅-源电压为某定值时， 漏-源电压的变化量与漏极电流的变化量的比值。是用于 反映漏-源电压对漏极电流的影响的参数，体现在输出特 性曲线上，即是曲线上某点切线斜率的倒数。
i
U
g ( R // R )
m d L
gs
R R
i
g
R R
o
d
第3章 场效应管及其放大电路分析
2．分压式自偏压电路 分压式自偏压共源放大电路如图示。
第3章 场效应管及其放大电路分析
（1）求静态工作点 画直流通路
第3章 场效应管及其放大电路分析
U
GQ
U AQ
R g 2 V DD R g1
场效应管按照结构不同，可分为结型场效应管和绝缘栅型场效 应管两大类；
结型场效应管（Junction Field Effect Transistor，简称JFET） 按照制造工艺和材料不同，可分为N沟道结型场效应管和P沟 道结型场效应管两种。