第四章 场效应管(FET)及基本放大电路要点

第四章 场效应管（FET ）及基本放大电路§4.1 知识点归纳一、场效应管（FET ）原理·FET 分别为JFET 和MOSFET 两大类。

每类都有两种沟道类型，而MOSFET 又分为增强型和耗尽型（JFET 属耗尽型），故共有6种类型FET （图4-1）。

·JFET 和MOSFET 内部结构有较大差别，但内部的沟道电流都是多子漂移电流。

一般情况下，该电流与GS v 、DS v 都有关。

·沟道未夹断时，FET 的D-S 口等效为一个压控电阻（GS v 控制电阻的大小），沟道全夹断时，沟道电流D i 为零；沟道在靠近漏端局部断时称部分夹断，此时D i 主要受控于GS v ，而DS v 影响较小。

这就是FET 放大偏置状态；部分夹断与未夹断的临界点为预夹断。

·在预夹断点，GS v 与DS v 满足预夹断方程：耗尽型FET 的预夹断方程：P GS DS V v v -=（P V ——夹断电压） 增强型FET 的预夹断方程：T GS DS V v v -=（T V ——开启电压）·各种类型的FET ，偏置在放大区（沟道部分夹断）的条件由表4-4总结。

表4-4 FET 放大偏置时GS v 与DS v 应满足的关系·偏置在放大区的FET ，GS v ~D i 满足平方律关系：耗尽型：2)1(P GS DSS D V v I i -=（DSS I ——零偏饱和漏电流）增强型：2)(T GS D V v k i -=*· FET 输出特性曲线反映关系参变量G S VDS D v f i )(=，该曲线将伏安平面分为可变电阻区（沟道未夹断），放大区（沟道部分夹断）和截止区（沟道全夹断）；FET 转移特性曲线反映在放大区的关系)(GS D v f i =（此时参变量DS V 影响很小），图4-17画出以漏极流向源极的沟道电流为参考方向的6种FET 的转移特性曲线，这组曲线对表4-4是一个很好映证。

二、FET 放大偏置电路·源极自给偏压电路（图4-18）。

该电路仅适用于耗尽型FET 。

有一定稳Q 的能力，求解该电路工作点的方法是解方程组：22() [FET ()]GS D DSS d GS T P GS S D v i I v i k v V V v R i⎧=-=-⎪⎨⎪=-⎩对于增强型,用关系式·混合偏压电路（图4-20）。

该电路能用于任何FET ，在兼顾较大的工作电流时，稳Q的效果更好。

求解该电路工作点的方法是解方程组：⎪⎩⎪⎨⎧-+=D s CC GS i R R R R V v 212平方律关系式以上两个偏置电路都不可能使FET 全夹断，故应舍去方程解中使沟道全夹断的根。

三、FET 小信号参数及模型·迭加在放大偏置工作点上的小信号间关系满足一个近似的线性模型（图4-22低频模型，图4-23高频模型）。

·小信号模型中的跨导Q GSDm v i g ∂∂=m g 反映信号gs v 对信号电流d i 的控制。

m g 等于FET 转移特性曲线上Q 点的斜率。

m g 的估算：耗尽管DDSS P m I I V g ||2=增强管D m kI g 2=·小信号模型中的漏极内阻Dsds DQv r i ∂=∂ds r 是FET “沟道长度调效应”的反映，ds r 等于FET 输出特性曲线Q 点处的斜率的倒数。

四、基本组态FET 小信号放大器指标1．基本知识·FET 有共源（CS ）共漏（CD ）和共栅（CG ）三组放大组态。

·CS 和CD 组态从栅极输入信号，其输入电阻i R 由外电路偏置电阻决定，i R 可以很大。

·CS 放大器在其工作点电流和负载电阻与一个CE 放大器相同时，因其m g 较小，||V A可能较小，但其功率增益仍可能很大。

·CD 组态又称源极输出器，其1V A <。

在三种FET 组态中，CD 组态输入电阻很大，而输出电阻较小，因此带能力较强。

·由于FET 的电压电流为平方关系，其非线性程度较BJT 的指数关系弱。

因此，FET 放大器的小信号线性条件对GS v 幅度限制会远大于BJT 线性放大时对be v 的限制（be v <5mV ）。

2．CS 、CD 和CG 组态小信号指标 由表4-6归纳总结。

表4-6 FET 基本组态放大器小结§4.2 习题解答4-1 图P4-1中的FET 各工作在什么区？（a ） V P =-3V （b ） V P =-5V （c ） V P =4V图P 4-1（a ）这是N-JFET 。

GS P V V <，∴沟道全夹断，FET 处于截止区。

（b ）这是N-JFET 。

0GS P V V >>， (6V) (1V)DS GS PV V V >-，∴沟道部分夹断，FET 处于放大区。

（c ）这是P-JFET 。

0GS V =， (8V) (4V)DS GS PV V V <---，∴FET 偏置在放大区。

4-2 若某P 沟道JFET 的I DSS =-6mA ，V P =4V 。

画出该管的输出特性曲线；指出电阻区和恒流区以及它们的分界线（即预夹断轨迹）。

[解] 由原方律公式先画转移特性22(1)6(1)4GS GS D DSS P V Vi I V =-=--图P4-2-1 转移特性曲线图P4-2-2 输出特性曲线4-3 一支P 沟道耗尽型MOSFET 的I DSS =—6mA V P =4V ，另一支P 沟道增强型MOSFET 的V T =-4V .。

试分别画出它们的输出特性曲线，标明电阻区和恒流区以及它们的分界线（即预夹断轨迹）。

[解] 曲线分别如图P4-3-1和P4-3-2所示。

图P4-3-1图P4-3-24-5 设图P4-5中JFET 的I DSS 的绝对值都等于4mA ，且沟道部分夹断，求输出端的直流电压V O 。

（a ）04106V V =-=-（b ）04V V =（c ）04V V =（d ）04106V V =-+=图P4-54-6 设图P4-6中的MOSFET 的P T V ,V 均为1V ，问它们各工作于什么区？图P4-6（a ）N 沟道耗尽型MOSFET ，1P V =-V ，(2V)GS P V V >，且 (6V) (3V)DS GS PV V V >-，∴工作于放大区。

（b ）N 沟道增强型MOSFET ，1T V =V ， (2V) (1V)GS T V V >，且 (6V) (1V)DS GS TV V V >-，∴工作于放大区。

（c ）P 沟道耗尽型MOSFET ，1P V =V ， (2V) (1V)GS TV V >，∴工作于截止区。

（d ）P 沟道增强型MOSFET ，1P V =-V ， (2V) (1V)GS TV V >-∴工作于截止区。

4-7 JFET 自给偏压放大器如图P4-7所示。

设R D ＝12k Ω，R G ＝1M Ω，R S ＝470Ω，电源电压V DD ＝30V 。

FET 的参数：I DSS ＝3mA ，V P ＝－2.4V 。

（1） 求静态工作点V GS 、I D 和V DS 。

（2） 当漏极电阻超过何值时FET 会进入电阻区？[解] （1） 列联立方程2(1)GS D DSS P GS s D V i I V V R i ⎧=-⎪⎨⎪=-⎩23(1)2.40.47 GS D GS D V i V i ⎧=+⎪⇒⎨⎪=-⎩②代入①，并化简得20.1151 2.17530D D i i -+= 图P4-7∴1.5mA 17.4mA(,)D GS P I V V ⎧=⎨<∴⎩该值使舍去 ∴ 1.5D I =mA ，0.47 1.50.71GS V =-⨯=-V ，()11.3DS DD D D S V V I R R =-+=V（2）当0.71 2.4 1.69DS GS P V V V =-=-+=V 时，沟道预夹断。

此时，0()16.9DD D S V I R R -+= 30 1.6918.870.4718.41.5D S R R k -=-=-=Ω∴18.4D R k >Ω时，FET 进入电阻区。

4-8 在图P4-8所示电路中，已知JFET 的I DSS ＝1mA ，V P ＝－1V 。

如果要求漏极到地的静态电压V DQ ＝10V ，求电阻R 1的阻值。

[解]24100.2556DD DQD DV V I R --===mA① ②由原方律关系2(1)GS D DSS P V I I V =-20.25(1)GS V =+∴10.5GS V =-V由1GS D V I R =-，∴0.520.25GS D V R k I =-==Ω 图P4-84-9 已知FET 的输出特性如图P4-9所示。

（1）判断该管类型，并确定V P 和I DSS 的数值（2）求V DS ＝10V ，I D ＝2mA 处的跨导g m 。

图P4-9图P4-10[解] （1）0Ds V <，∴为P 沟道FET又 5V 0V GS V >>，GS V 与DS V 反极性，故为JFET 结论：P 沟道JFET ，5P V =V ，4DDSI mA（2）1.13m g ==ms 。

4-10 FET 放大电路图P4-10所示。

FET 参数为：I DSS ＝2mA ，V P ＝－4V ，r ds 可忽略不计。

试估算静态工作点，并求A V 、R i 和R o 之值。

[解]（1）估算工作点：0GS V =， ∴2D DSS I I ==mA ，20416DS DD D D V V I R =-=-=V（2）画出交通通路，组态为CS 放大器。

图P4-10-1∴ ////v m ds D L A g r R R =-⋅2//||DSSD LP I R R V =-⋅1.43=-。

5i G R R M ==Ω，0//2ds D D R r R R k ==Ω。

4-11 在图P4-11所示共源放大器中，JFET 的参数为：I DSS ＝4.5mA ，V P ＝－3V ，r ds 可忽略不计。

试求：（1）静态工作点V GS 、I D 和V DS ；（2）中频段端电压增益A V 、输入电阻R i 和输出电阻R o 。

[解] （1）11100183600G DD R V V R R ==⨯=+V联立24.5(1)332GS D GS D V i V i ⎧=+⎪⎨⎪=-⎩设2213180D D i i -+=∴2D I =mA （ 4.5D I =mA 舍去），1GS V =-V 图P4-11()1827.6 2.8DS DD D D S V V I R R =-+=-⨯=（V ）（上式满足DS GS P V V V >-，即放大区条件）（2）2m g ===（ms ）∴//2 2.8 5.6v m D L A g R R =-⋅=-⨯=- 312// 2.083M i R R R R =+=Ω 0 5.6D R R k ==Ω4-12 N 沟道JFET 共漏放大器如图P4-12所示，电路参数为：R 1＝40k Ω，R 2＝60k Ω，R 3＝2M Ω，R 4＝20k Ω，负载电阻R L ＝80k Ω，电源电压V DD ＝30V ，信号源内阻R S ＝200k Ω。