第三章：场效应管放大电路
3场效应管放大电路
三、场效应管放大电路1、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gm将。
A.增大B.不变C.减小答案：A2.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 gs＝C gd＝5pF，g m＝5mS，C1＝C2＝C S＝10μF。
试求f H、f L各约为多少，并写出的表达式。
图P5.14解：f H、f L、的表达式分析如下：：图2图1（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VP和饱和漏极电流IDSS各是多少？解由图题4．1．3可见，它是N沟道JFET，其VP＝–4 V，IDSS＝3 mA。
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
MOS场效应管放大电路
2、共源放大电路的分析
• ⑵交流分析 • 再画出交流等效电路:
29
2、共源放大电路的分析
• 再根据等效电路计算交流性能: • ① 电压放大倍数
•
•
UO gmUgs(RD //RL)
•
•
Au
gmUgs(RD
•
// RL)
•gmRL
Ugs
• 电压放大倍数为负值,说明输出电压与输入电压反相。
30
•
研究动态信号时用全微分表示：
13
场效应管的低频小信号等效模型
• 定义:
• 当信号较小时,管子的电压、电流仅在Q点附近变化，可以认 为是线形的，gm与rds近似为常数，用有效值表示：
Id gmUgsr1dsUds
14
场效应管的低频小信号等效模型
• 由此式可画出场效应管的低频小信号等效模型:
• 可见场效应管的低频小信号等效模型比晶体管还要 简单。
0.258//1000
1gmRS//RL 10.258//1000
0.67
55
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。
(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。
RS
//1 gm
38
4、共栅放大电路的分析
• ⑴电路结构 一个共栅放大器的电路图如下:
39
4、共栅放大电路的分析
• ⑵交流性能分析 • 先画出交流通路:
40
4、共栅放大电路的分析
• ⑵交流性能分析 • 再画出交流等效电路:
场效应管放大电路及多级放大电路
哪种场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？
3.4 场效应管放大电路的动态分析
一、场效应管的交流等效模型 与晶体管的h参数等效模型类似：
说明:
(1)以结型、增强型为例ig=0，所以g、s间断开，但ugs≠0
(2)小信号工作时，在恒流区 iD
uGS
UDS
gm（常数）用受控源等效。
(3)在线性区
u GS
0时）
3、极限参数
1) 最大漏极电流：IDM 2) 最大漏源电压：U(BR)DS
3) 最大栅源电压：U(BR)GS
4) 最大漏极功耗PDM：PDM vDSiD
3.3 场效应管静态工作点的设置方法
场效应管放大电路：共源(S)、共漏(d)、共栅(g) 共射(e)、共集(c)、共基(b) 。
二多级放大电路的动态分析i2o2两级放大电路如图所示已知三极管的场效应管的写出两级放大电路的组态并求出输入电阻输出电阻及电压放大倍数共集放大电路图示电路的静态工作点合适画出它的交流等效电路并写出ro的表达式
模拟电子技术基础
第三章 场效应管放大电路
及多级放大电路
第三章 场效应管及其放大电路
3.1、结型场效应管（JFET） 3.2、金属-氧化物-半导体场效应管
（1）耗尽型管工作原理
小到一定 值才夹断
uGS=0时就存在 导电沟道
加正离子
1）当ugs>0时，由于二氧化硅绝缘层则ig=0，导电沟 道变宽，在uDS作用下，iD较大
2）当ugs<0时，导电沟道变窄，iD变小，当ugs=UGS（0ff时， 出现夹断区，iD=0.
总结：耗尽型MOS管可以在ugs正负电压下工作，而结型管 仅在ugs<0时工作，相同点是ig=0
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。
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。
项目三场效应管放大电路
项目三场效应管放大电路【技能实训】技能实训1 共源极MOS管放大电路的搭建【任务分析】场效应管和晶体三极管一样，能够实现对信号的放大作用。
如图3-1所示，是由场效应管2N70000组成的共源极放大电路，该电路由分立元件搭建而成，共有15个元器件。
2N7000为N沟道增强型MOS管，本例中采用TO-92封装，将管子平面对着自己，其管脚排列从左往右依次为S、G、D，使用时注意管脚顺序要正确。
该实训要求在洞洞板上搭建该电路，并通电测试其功能，搭建时要求整体布局合理，元器件安装满足工艺要求，焊接质量好。
图3-1 2N70000共源极放大电路原理图【技能要求】1．掌握常用元器件的识别与检测方法。
2．能按照电路原理图的要求，在洞洞板上按所提供的元器件搭建电路，元器件的布局、安装、焊接应符合装配工艺要求。
3．能对搭建好的电路板进行通电调试，使电路工作在最佳状态。
【任务实施】第一步：清点元器件根据电路原理图清点元器件数量，同时对元器件进行识别和检测，将结果填写在表3-1对应的空格中。
表3-1 2N70000放大电路元器件识别和检测表序号名称图中标号数量型号或标称值识别和检测结果质量判定1 场效应管Q1 1 在右图所示的外形示意图中1脚是极，2脚是极，3脚是极，管型是2 电阻R1 1 …………标称值是：测量值是：3 电阻R2 1 …………标称值是：测量值是：4 电阻R3、R4、R5、R6、R75 …………………………………………5 电位器RP1 1 …………标称值是：测量值是：6 电解电容C1 1 …………容量是，耐压值是，长脚是极7 电解电容C2、C3 2 …………………………………………8 发光二极管LED1 1 Φ5(红色) 长脚是极，短脚是极9 防反插座P1 1 2pin 2.54间距…………………………………10 单排针 J1-J7 7 ………………………………………11 绝缘导线…… 1 单芯Φ0.5×400mm…………………………………【技巧提示】1．在清点元器件时，可以做一个元器件清点分类图，具体做法：在一张白纸上贴上双面胶，然后把每一个元器件分类粘贴在双面胶上，并在每一个元器件后注明该元器件的图号及标称值。
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。
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)
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。
模电课件第三章场效应管及其基本电路
iD
I
D
0
(1
uGS U GSoff
)2
ID0表示uGS=0时所对应的漏极电流。
式中:
ID0
unCox 2
W L
(U
2 GSoff
)
2024年9月17日星期二
模拟电子线路
37
iD
ID0
UGSoff
0
uGS
(a) 图3―10N沟道耗尽型MOS管的特性及符号 (a)转移特性；(b)输出特性；(c)表示符号
2024年9月17日星期二
模拟电子线路
13
3―1―2 结型场效应管的特性曲线
一、转移特性曲线
uGS≤0, iD≥0
iD f (uGS ) uDS C
恒流区中:
iD
IDSS (1
uGS UGSoff
)2
式中: IDSS——饱和电流，表示uGS=0时的iD值；
UGSoff——夹断电压，表示uGS=UGSoff时iD为
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D
P
P
UGS
横向电场作用: ︱UGS︱↑→ PN结耗尽层宽度↑ →沟道宽度↓
S
(b) UGS负压增大, 沟道变窄 图3―2栅源电压UGS对沟道的控制作用示意图
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D
P
P
UGSoff——夹断电压
UGS
S
(c) UGS负压进一步增大, 沟道夹断 图3―2栅源电压UGS对沟道的控制作用示意图
(2) uGS固定, uDS增大, iD增大极小。
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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
南京邮电大学模拟电子线路第3章场效应管及其基本电路解读
D
ID
D
N
P G N 型 沟 道
实际 流向
S
G S
(b)P沟道JFET 图3.1.1结型场效应管的结构示意图及其表示符号
2019年4月16日星期二
K0400041S 模拟电子线路
7
二、结型场效应管的工作原理
iD f (uGS , uDS )
N P
D
G
P
S
(a) UGS =0，沟道最宽
图3.1.2栅源电压UGS对沟道的控制作用示意图
3.2.2 场效应管偏置电路 一、自偏置电路 二、分压偏置电路
3.3场效应管放大电路
3.3.1 场效应管的低频小信号模型
3.3.2共源放大器
3.3.3共漏放大器
作 业
2019年4月16日星期二 K0400041S 模拟电子线路 3
第3章场效应晶体管及其放大电路
（1）了解场效应管内部工作原理及性能特点。
图3.1.5 MOSFET结构示意图(b)剖面图
2019年4月16日星期二 K0400041S 模拟电子线路 22
2.N沟道增强型MOSFET的工作原理
S
N
＋
G
N P型衬底
＋
D
PN结(耗尽层)
UGS=0，导电沟道未形成
2019年4月16日星期二
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S
UGS N＋
G
第3章场效应晶体管及其放大电路 3.1场效应晶体管 3.1.1 结型场效应管 一、结型场效应管的结构 二、结型场效应管的工作原理 三、特性曲线 1.输出特性曲线 2.转移特性曲线 3.1.2 绝缘栅场效应管(IGFET) 一、N沟道增强型MOSFET 二、N沟道耗尽型 MOSFET
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场效应管放大电路
这一节我们来学习另一种放大器件——场效应管。
它是通过改变输入电压来控制输出电流的，它是电压控制器件,它不吸收信号源电流,不消耗信号源功率,因此它的输入电阻很高,它还具有很好的温度特性、抗干扰能力强、便于集成等优点。
场效应管是靠一种极性的载流子导电，它又被称为单极性三极管，它分为结型场效应管(JFＥＴ)和绝缘栅场效应管(MＯＳ管）
我们在学习时把这一章的内容分为三节，它们是
§3.1 场效应管的类型
§3.2 场效应管的主要参数和特点3§ﻫ.３总结
§3.1场效应管的类型（第一页）
这一节我们要了解场效应管的分类，各种场效应管的工作特点及根据特性曲线能判断管子的类型。
场效应管分为结型场效应管(JＦET）和绝缘栅场效应管（ＭOＳ管）
一：结型场效应管
１．结型场效应管的分类ﻫ结型场效应管有两种结构形式。
它们是N沟道结型场效应管(符号图为（1））和P沟道结型场效应管(符号图为(2))
从图中我们可以看到,结型场效应管也具有三个电极,
它们是：Ｇ——栅极；D——漏极；S——源极。
电路符号
中栅极的箭头方向可理解为两个PN结的正向导电方向。
2.结型场效应管的工作原理（以N沟道结型场效应管为例)
在D 、S间加上电压U DS，则源极和漏极之间形成电流IＤ,我们通过改变栅极和源极的反向电压ＵＧS，就可以改变两个ＰN结阻挡层的(耗尽层)的宽度,这样就改变了沟道电阻，因此就改变了漏极电流ＩD。
3．结型场效应管的特性曲线(以N沟道结型场效应管为例)
输出特性曲线:（如图(３)所示）ﻫ根据
工作特性我们把它分为四个区域，即：可
变电阻区、放大区、击穿区、截止区。
ﻫ对此不作很深的要求，只要求我们看
到输出特性曲线能判断是什麽类型的管
子即可
转移特性曲线：
我们
ﻫ
根据这个特性关系可得出它的特性曲线
如图(4)所示。
它描述了栅、源之间电压
对漏极电流的控制作用。
从图中我们可以看出当U GＳ＝ＵＰ时I D=0。
我们称ＵP为夹断电压。
注:转移特性和输出特性同是反映场效应管工作时，UＧS、UＤＳ、IＤ之间的关系，它们之间是可以互相转换的。
§3.１场效应管的类型（第二页)
二：绝缘栅场效应管（MOS管）
1.绝缘栅场效应管的分类
绝缘栅场效应管也有两种结构形式,它们是N沟道型和P沟道型。
无论是什麽沟道，它们又分为增强型和耗尽型两种。
2.绝缘栅型场效应管的工作原理(以N沟道增强型ＭOS场
效应管)ﻫ我们首先来看N沟道增强型MＯＳ场效应管的
符号图：如图(1)所示ﻫ它是利用UＧS来控制“感应电
荷”的多少，以改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道
的状况，然后达到控制漏极电流的目的。
3．绝缘栅型场效应管的特性曲线(以Ｎ沟道增强型MＯＳ场效应管)
它的转移特性曲线如图(２)所示;ﻫ它的输出特性曲线如图(3)所示,它也分为4个区:可变电阻区、放大区、截止区和击穿区。
注：对此我们也是只要求看到输出特性曲线和转移曲线能判断出是什麽类型的管子，即可。
§3.2场效应管的主要参数和特点
一：场效应管的主要参数
（１)直流参数
饱和漏极电流I DＳS它可定义为:当栅、源极之间的电压等于零,而漏、源极之间的电压大于夹断电压时，对应的漏极电流。
ﻫ夹断电压U P它可定义为：当UＤS一定时，使IＤ减小到一个微小的电流时所需的ＵGＳﻫ开启电压U T 它可定义为：当ＵDS一定时,使I D到达某一个数值时所需的ＵGS
(2)交流参数ﻫ低频跨导gｍ它是描述栅、源电压对漏极电流的控制作用。
极间电容场效应管三个电极之间的电容,它的值越小表示管子的性能越好。
3(ﻫ）极限参数
漏、源击穿电压当漏极电流急剧上升时，产生雪崩击穿时的U DS。
栅极击穿电压结型场效应管正常工作时,栅、源极之间的PN结处
于反向偏置状态,若电流过高,则产生击穿现象。
二：场效应管的特点
场效应管具有放大作用，可以组成放大电路，它与双极性三极管相比具有以下特点：ﻫ（1)场效应管是电压控制器件,它通过ＵＧＳ来控制IＤ;
(2）场效应管的输入端电流极小,因此它的输入电阻很高;
（３)它是利用多数载流子导电,因此它的温度稳定性较好；ﻫ(４)它组成的放大电路的电压放大系数要小于三极管组成放大电路的电压放大系数；ﻫ（５）场效应管的抗辐射能力强。
§3.3 总结
这一节我们对前面所述的内容进行总结一下,以突出重点为目的。
下面我们通过表格把各种场效应管的符号和特性曲线表示出来:种类符号转移特性输出特性结
型N 沟道耗尽型
结
型P 沟道耗尽型
绝缘栅型N 沟道增强型
耗尽型
绝缘栅型P 沟道增强型
耗尽型
我们这一节要掌握的问题是：ﻫ（1）场效应管与三极管相比所具有的特点；
（２）根据输出特性或转移特性能判断出是什麽类型的管子(这一点是我们学习的重点）（3)结型和绝缘栅型场效应管的工作特点和原理（只要求我们了解)。