第3章 场效管及其应用电路
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场效应管工作原理与应用通用课件
总结词
增强型场效应管是在正常工作状态下需要加正向栅极电压才能导通，而耗尽型场效应管则是加反向电 压导通。
详细描述
增强型场效应管在无电压时，半导体中没有导电沟道，需要加正向栅极电压后才会形成导电沟道；而 耗尽型场效应管在无电压时，半导体中已经存在导电沟道，加反向电压后可调节导电沟道的宽度。
绝缘栅双极晶体管（IGBT）
1 2
根据电路需求选择合适的类型
根据电路的电压、电流和频率要求，选择合适的 场效应管类型，如N沟道或P沟道。
考虑导通电阻和开关性能
选择导通电阻较小、开关速度较快的场效应管， 以提高电路性能。
3
考虑最大工作电压和电流
根据电路的最大电压和电流，选择能够承受的场 效应管。
场效应管使用注意事项
正确连接电源和信号线
效应管。
导通不良
02
如果场效应管导通不良，会影响电路性能，需要检查驱动信号
是否正常，以及场效应管本身是否有问题。
噪声干扰
03
如果电路中存在噪声干扰，会影响场效应管的正常工作，需要
采取措施降低噪声干扰。
05
场效应管封装与测试
场效应管封装形式
金属封装
采用金属外壳作为场效应管的封装，具有良好的 散热性能和电气性能。
场效应管工作原理与应用通 用课件
contents
目录
• 场效应管简介 • 场效应管工作原理 • 场效应管应用 • 场效应管选型与使用注意事项 • 场效应管封装与测试
01
场效应管简介
场效应管定义
场效应管（Field-Effect Transistor ，FET）：是一种利用电场效应控制 电流的半导体器件。
电场效应：是指外加电场对导体内部 的电荷分布和运动状态产生影响的现 象。
增强型场效应管是在正常工作状态下需要加正向栅极电压才能导通，而耗尽型场效应管则是加反向电 压导通。
详细描述
增强型场效应管在无电压时，半导体中没有导电沟道，需要加正向栅极电压后才会形成导电沟道；而 耗尽型场效应管在无电压时，半导体中已经存在导电沟道，加反向电压后可调节导电沟道的宽度。
绝缘栅双极晶体管（IGBT）
1 2
根据电路需求选择合适的类型
根据电路的电压、电流和频率要求，选择合适的 场效应管类型，如N沟道或P沟道。
考虑导通电阻和开关性能
选择导通电阻较小、开关速度较快的场效应管， 以提高电路性能。
3
考虑最大工作电压和电流
根据电路的最大电压和电流，选择能够承受的场 效应管。
场效应管使用注意事项
正确连接电源和信号线
效应管。
导通不良
02
如果场效应管导通不良，会影响电路性能，需要检查驱动信号
是否正常，以及场效应管本身是否有问题。
噪声干扰
03
如果电路中存在噪声干扰，会影响场效应管的正常工作，需要
采取措施降低噪声干扰。
05
场效应管封装与测试
场效应管封装形式
金属封装
采用金属外壳作为场效应管的封装，具有良好的 散热性能和电气性能。
场效应管工作原理与应用通 用课件
contents
目录
• 场效应管简介 • 场效应管工作原理 • 场效应管应用 • 场效应管选型与使用注意事项 • 场效应管封装与测试
01
场效应管简介
场效应管定义
场效应管（Field-Effect Transistor ，FET）：是一种利用电场效应控制 电流的半导体器件。
电场效应：是指外加电场对导体内部 的电荷分布和运动状态产生影响的现 象。
第3讲场效管放大电路和负反馈(定稿)
并联结构
串联结构
电压反馈与电流反馈
电压负反馈
xf=Fvo ， xid= xi－xf RL vo vo 电压负反馈稳定输出电压 xf xid
电压反馈与电流反馈
电流负反馈
xf=Fio ， xid= xi－xf RL io io 电流负反馈稳定输出电流 xf xid
例2： 1) 判反馈元件 RC RF
C1 RS
+ eS – + +
UGS(off) -3 -2 -1 0 1 2 转移特性曲线
4
0
2. 耗尽型绝缘栅场效应管 (3) P 沟道耗尽型管 SiO2绝缘层中 掺有负离子 符号：
D
G 预埋了P型 导电沟道 S
增强型 D
耗尽型 D D G S S N沟道 G S P沟道 D
G S N沟道
G
P沟道
G、S之间加一定 电压才形成导电沟道
正反馈与负反馈的判断--瞬时极性法判断 (1)设接“地”参考点的电位为零，在某点对 “地”电压（即电位）的正半周，该点交流电位的 瞬时极性为正；在负半周则为负。 (2)设基极瞬时极性为正，根据集电极瞬时极性 与基极相反、发射极(接有发射极电阻而无旁路电 容时)瞬时极性与基极相同的原则，标出相关各点 的瞬时极性。
10 2 ~ 10 4 较低 rce很高
差 较复杂 B—E—C
10 ~ 10 较高 rds很高
7 14
好 简单，成本低 G—S—D
2.1.5
场效应管放大电路
场效应晶体管具有输入电阻高、噪声低等优点， 常用于多级放大电路的输入级以及要求噪声低的放 大电路。 场效应管的源极、漏极、栅极相当于双极型晶体 管的发射极、集电极、基极。 场效应管的共源极放大电路和源极输出器与双极 型晶体管的共发射极放大电路和射极输出器在结构 上也相类似。 场效应管放大电路的分析与双极型晶体管放大电 路一样，包括静态分析和动态分析。
第3章 场效应管
VGS = 4 V, VDS = 6 V
ID = 1 mA
例2. 单电源供电的N沟道DMOS管电路，已知，RG＝1MΩ， RS＝4kΩ，RD＝5kΩ，VDD＝5V，管子参数为µnCoxW/（2l） ＝0.25mA/V2，VGS(th)＝-2V，求ID。
VS = I DQ RS = 4I D
VGS = VG − VS = −4I D
ID =
µn CoxW
2l = 0.25(−4 I D + 2) 2
(VGS − VGS(th) ) 2
解得ID＝0.25mA和1mA。显然ID＝1mA应舍去。 取ID＝0.25mA，求得 VGS = 0 − I DQ RS = 0 − 0.25 × 4 = −1
VDS = VDD − I DQ ( RD + RS ) = 5 − 0.25 × 9 = 2.75
µ n CoxW
2l
例 在下图所示N沟道EMOS管电路中，已知RG1＝1.2 MΩ， RG2＝0.8 MΩ，RS＝4 kΩ，RD＝10 kΩ，VDD＝20 V，管子 参数为µCoxW/(2l)＝0.25 mA/V2，VGS(th)＝2 V，试求ID。 解
IG = 0
VG = VDD RG2 0.8 = 20 × = 8 (V) RG1 + RG2 1.2 + 0.8
三、vGS>VGS(th)，vDS>vGS－VGS(th)
当 vDS=vGS-VGS(th)时，近漏端沟道夹断。夹断后， vGA＝vGS(th)，夹断 点到源极的电压vAS也就恒为(vGS－VGS(th))，沟道电流iD不再随vDS的 变化而变化，只受vGS控制。这种沟道夹断与vGS<VGS(th) 整个沟道夹 断iD=0的情况不同。通常由vDS引起近漏极端的夹断称为预夹断。预 夹断后对应的工作区称为饱和区又称放大区。 但若考虑沟道长度调制效应(夹断点A会随着vDS的增加而向源极移 动)，当vGS 一定时，iD会随着vDS的增加而略微增加。
第3章--场效应管放大电路习题答案
第3章场效应管放大电路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。
（⨯）（2）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。
（⨯）3-2选择正确答案填入空内。
（1）U GS＝0V时，不能够工作在恒流区的场效应管有B 。
A. 结型管B. 增强型MOS管C. 耗尽型MOS管（2）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g m将 A 。
A.增大B.不变C.减小3-3改正图P3-3所示各电路中的错误，使它们有可能放大正弦波电压。
要求保留电路的共源接法。
图P3-3解：（a）源极加电阻R S。
（b）漏极加电阻R D。
（c）输入端加耦合电容。
（d）在R g支路加－V G G，＋V D D改为－V D D改正电路如解图P3-3所示。
解图P3-33-4已知图P3-4(a)所示电路中场效应管的转移特性和输出特性分别如图（b）(c)所示。
A 、R i和R o。
（1）利用图解法求解Q点；（2）利用等效电路法求解u图P3-4解：（1）在转移特性中作直线u G S ＝－i D R S ，与转移特性的交点即为Q 点；读出坐标值，得出I D Q ＝1mA ，U G S Q ＝－2V 。
如解图P3-4（a ）所示。
解图P 3-4在输出特性中作直流负载线u D S ＝V D D －i D （R D ＋R S ），与U G S Q ＝－2V 的那条输出特性曲线的交点为Q 点，U D S Q ≈3V 。
如解图P3-4（b ）所示。
（2）首先画出交流等效电路（图略），然后进行动态分析。
mA/V 12DQ DSS GS(off)GSDm DS=-=∂∂=I I U u i g UΩ==Ω==-=-=k 5M 1 5D o i Dm R R R R R g A g u3-5 已知图P3-5（a ）所示电路中场效应管的转移特性如图（b ）所示。
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。
03第三章 场效晶体管放大电路
在І区域内，漏源电压vDS相对较小，是 曲线簇的上升段。该区域输出电阻ro随vGS的变 化而变化，所以称І区为可调电阻区。
在Ⅱ区内，漏极电流iD几乎不随漏源电 压vDS的变化而变化，所以称为饱和区。在该区 域内iD会随栅源电压vGS增大而增大，故Ⅱ区又 称为放大区。
Байду номын сангаасⅢ区叫击穿区，在这个区域内，由于漏
2.场效晶体管利用栅源电压vGS的电场效应控制导电沟道的宽窄，改 变沟道电阻而达到控制漏极电流iD的目的。场效晶体管的基本特性主要由 转移特性和输出特性来描述，跨导是表征输入电压对输出电流控制能力 的重要参数。
3.场效晶体管放大电路具有输入阻抗高、噪声低，热稳定性能好等优 点，常用于放大电路的输入级。场效晶体管的放大电路常用的有分压式 偏置共源放大电路，对于耗尽型绝缘栅场效晶体管可采用共源自偏压放 大电路。场效晶体管放大电路的分析方法和步骤与三极管放大电路有很 多类似之处，学习时应注意比较归纳。
7
Powerpoint Design by Chen Zhenyuan
中等职业教育国家规划教材 HEP
《电子技术基础》教学演示文稿
陈振源主编
漏源击穿电压V(BR)DS 指漏源极之间允许加的最大电压，实际电压值超 过该参数时，会使PN结反向击穿。
最大耗散功率PDSM 指ID与VDD的乘积不应超过的极限值，是从发热角度 对管子提出的限制条件。
第三章 场效晶体管放大电路
1
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第一节 绝缘栅场效晶体管
一、结构
绝缘栅场效晶体管（MOS管）分为增强型和耗尽型两类，各类又有P沟道和N 沟道两种。
三章场效应管放大器
注意：该电路产生负的栅源电压，所以只能用于需要负栅源电压的电路。
2.分压式自偏压电路
UGSUGUS
Rg1Rg2Rg2VDDIDR
C1 + ui
—
+ VDD Rd
Rg1 d C2 +
gT
s
uo
Rg3 Rg2
R
C
—
计算Q点：
已知UP ，由
UGSRgR1gR2 g2VDDIDR
ID IDSS(1UUGPS)2
（3）饱和漏极电流IDSS MOS耗尽型和结型FET, 当uGS=0时所对应的漏极电流。
（4）输入电阻RGS 结型场效应管，RGS大于107Ω，MOS场效应管, RGS可达109～1015Ω。
（5） 低频跨导gm gm反映了栅压对漏极电流的控制作用，单位是mS(毫西门子)。
（6） 最大漏极功耗PDM PDM= UDS ID，与双极型三极管的PCM相当。
—
g
d
Rg3 + u
gs
Rg1 Rg2 -S
gmugs
Ri
+
RL uo Rd
-
RO
2.共漏放大电路
分析：
（1）画交流小信号等效电路。 （2）电压放大倍数
由 u iu g s gm u g(sR /R /L ) uogm ug(sR//RL)
C1
RS
+
uS -
d
+ VDD
Rg1
T
s
Rg3
C2 +
Rg2
R
uo RL
-
得
Auu uoi
gm(R//RL) 1gm(R//RL)
RS
共源极场效应管放大电路
模拟电子技术
第3章 场效应管及其应用
3.3.2 交流放大特性
Ri Rg3 ( Rg1 // Rg2 )
模拟电子技术
第3章 场效应管及其应用
Hale Waihona Puke & & & g mU gs RL Uo Au & & & Ui U gs g mU gs RL g m RL 1 g m RL
U GS 2 I D I DO ( 1) (增强型MOS管） U GS(th)
U DS U DD I D ( Rd R)
模拟电子技术
第3章 场效应管及其应用
3.2.3 交流放大特性
共源极场效应管微变等效模型
模拟电子技术
第3章 场效应管及其应用
共源极场效应管放大电路的微变等效电路
式中RL ’ ＝RS∥RL 。 输出电压与输入电压同相，且gm RL 所以Au小于1，但接近于1。
’
>>1，
模拟电子技术
第3章 场效应管及其应用
Ri RG3 RG1 // RG 2
RO
1 1 gm RS
模拟电子技术
第3章 场效应管及其应用
分析可知，源极输出器的特点： 电压放大倍数小于且接近于1 输入电阻较高 输出电阻较低。
模拟电子技术
第3章 场效应管及其应用
3.2共源极场效应晶体管放大电路
3.2.1 电路结构
模拟电子技术
第3章 场效应管及其应用
3.2.2 直流静态工作点(P84)
U GS U G U S
Rg2 Rg1 Rg2
U DD I D RS
U GS 2 I D I DSS (1 ) (JFET和耗尽型MO S管) U GS(off)
模电第3章习题答案改
)
22 (1 2) 0.5ms 4 4
U i U g sg m U g(R ss1 R s2 )
U ogm U gR sD
14
3-7：如图所表示的电路图。已知 UGS=-2V,场 效应管子的IDSS=2mA,UGS(off)=-4V。
A u U o / U i
U gs
g m U gs R D g m U gs ( R S 1
解： A u U o / U s
g m U gs R L U gs g m U gs R L
g m R L
1
g
m
R
L
R L R s // R L
(12 // 12 ) 6 k
Au 1 6 0 .875 11 6
18
3-11：如图所示的源极输出电路中，已 知gm=1mS。 画 出其微变等效电路，并计算Au, Ri和Ro的值。
• 图中绝缘栅型N沟道增 强型的场效应管。
• d）是一个自给偏压式 共源放大电路，只用 于耗尽型和结型场效 应管。
• 不能。
10
3-7：如图所表示的电路图。已知 UGS=-2V,场 效应管子的IDSS=2mA,UGS(off)=-4V。
• 1计算ID和Rs1的值。 • 2.为了保证电路的正常
放大，求电阻Rs2可能 的最大值。 • 3.计算电压增益Au。
• 绝缘栅型N沟道耗尽型 场效应管。
• 因为没有漏极电阻， 使交流输出信号到地 短路uo无法取出。
• 不能。
8
3-4: 判断图所示的电路能否正常放大 ，并说明原因。
• 满足正常放大条件。 如在输入端增加大电 阻RG,可有效提高输入 电阻。
• 能。
9
3-4: 判断图所示的电路能否正常放大 ，并说明原因。
第3章 场效晶体管及场效晶体管放大电路讲解
3.1 结型场效晶体管 3.2 绝缘栅型场效晶体管 3.3 各种场效晶体管的比较 3.4 场效晶体管放大电路
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。
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。
模拟电子线路第三章
0 －1
3 2
9 8
－2 1 7
－3 0 6
－4 －1 5 －5 －2 4 －6 －3 3
0
uDS
线性可变电阻区
图3―12各种场效应管的转移特性和输出特性对比
(a)转移特性；(b)输出特性
45
各种类型场效应管的工作区间小结：
JFET
iD
D ID减小
N沟道
UGSoff
UGSoff
uGS
P沟道
P UGS
16
2.恒流区（相当于晶体管的放大区） 当漏、栅间电压|uDG|> | UGSoff |时，即预夹
断后所对应的区域。
当UGS一定时：
uDS↑→漂移电流↑→iD↑，但同时uDS↑→D结 变宽↑→iD↓，因此iD变化很小，只是略有增 加。
因此：uDS对iD的控制能力很弱。（类似基
区宽度调制效应）
17
当UGSoff <UGS<0时，iD与uGS关系符合
图3―4 uDS
13
iD /mA
4 3
可 变 u DS ＝ uGS－UGSoff
电
UGS ＝0V
阻
区
恒
－0.5V
流
－1V
2
区
－1.5V
1
－2V
0
5
10
15
20
截止区
击 穿 区
UGSoff uDS /V
(b)输出特性曲线
图3―3JFET的转移特性曲线和输出特性曲线
14
1. 可变电阻区（相当于晶体管的饱和区）
50
UGSth
iD N沟 道
UGsth
P沟道
截止区：GS结夹断。 可变电阻区：GS结未夹断，GD结 uGS 未夹断
模拟电子技术基础课件：场效应管及其放大电路
場效應管及其放大電路
場效應管及其放大電路
一、場效應管 二、場效應管放大電路靜態工作點 的設置方法 三、場效應管放大電路的動態分析 四、複合管
一、場效應管（以N溝道為例）
場效應管有三個極：源極（s）、柵極（g）、漏極（d）， 對應於電晶體的e、b、c；有三個工作區域：截止區、恒流區、 可變電阻區，對應於晶體管的截止區、放大區、飽和區。
1. 場效應管的交流等效模型
與電晶體的h參數等效模型類比：
近似分析時可認 為其為無窮大！
gm
iD uGS
U DS
根據iD的運算式或轉移特性可求得gm。
2. 基本共源放大電路的動態分析
Au
U o U i
Id Rd U gs
gm Rd
Ri
Ro Rd
若Rd=3kΩ， Rg=5kΩ，
gm=2mS，則 Au ?
uGS=0可工作在恒流區的場效應管有哪幾種？ uGS＞0才工作在恒流區的場效應管有哪幾種？ uGS＜0才工作在恒流區的場效應管有哪幾種？
二、場效應管靜態工作點的設置方法
1. 基本共源放大電路
根據場效應管工作在恒流區的條件，在g-s、d-s間 加極性合適的電源
UGSQ VBB
I DQ
I
DO
( VBB U GS(th)
增強型MOS管uDS對iD的影響
剛出現夾斷
iD隨uDS的增Βιβλιοθήκη 大而增大，可uGD＝UGS（th）, 預夾斷
變電阻區
uGS的增大幾乎全部用 來克服夾斷區的電阻
iD幾乎僅僅 受控於uGS，恒 流區
用場效應管組成放大電路時應使之工作在恒流區。N 溝道增強型MOS管工作在恒流區的條件是什麼？
耗盡型MOS管
場效應管及其放大電路
一、場效應管 二、場效應管放大電路靜態工作點 的設置方法 三、場效應管放大電路的動態分析 四、複合管
一、場效應管（以N溝道為例）
場效應管有三個極：源極（s）、柵極（g）、漏極（d）， 對應於電晶體的e、b、c；有三個工作區域：截止區、恒流區、 可變電阻區，對應於晶體管的截止區、放大區、飽和區。
1. 場效應管的交流等效模型
與電晶體的h參數等效模型類比：
近似分析時可認 為其為無窮大！
gm
iD uGS
U DS
根據iD的運算式或轉移特性可求得gm。
2. 基本共源放大電路的動態分析
Au
U o U i
Id Rd U gs
gm Rd
Ri
Ro Rd
若Rd=3kΩ， Rg=5kΩ，
gm=2mS，則 Au ?
uGS=0可工作在恒流區的場效應管有哪幾種？ uGS＞0才工作在恒流區的場效應管有哪幾種？ uGS＜0才工作在恒流區的場效應管有哪幾種？
二、場效應管靜態工作點的設置方法
1. 基本共源放大電路
根據場效應管工作在恒流區的條件，在g-s、d-s間 加極性合適的電源
UGSQ VBB
I DQ
I
DO
( VBB U GS(th)
增強型MOS管uDS對iD的影響
剛出現夾斷
iD隨uDS的增Βιβλιοθήκη 大而增大，可uGD＝UGS（th）, 預夾斷
變電阻區
uGS的增大幾乎全部用 來克服夾斷區的電阻
iD幾乎僅僅 受控於uGS，恒 流區
用場效應管組成放大電路時應使之工作在恒流區。N 溝道增強型MOS管工作在恒流區的條件是什麼？
耗盡型MOS管
场效应管及其放大电路[可修改版ppt]
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D
P
N+ 型 N+
G
沟
道
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
G
S 图 P沟道结型场效应管结构图
S 符号
4.3 绝缘栅型场效应管（MOSFET）
结型场效应管的输入电阻虽然可达106～109，在使用中 若要求输入电阻更高，仍不能满足要求。绝缘栅型场效应管 又称为金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）具有更高输 入电阻，可高达1015 。且有制造工艺简单、适于集成等优 点。
P
导电沟道增厚
沟道电阻减小
N沟道增强型MOSFET的工作原理
(1) vGS对沟道的控制作用, vDS=0 –
当vGS>VT时，电场增强 将P衬底的电子吸引到表
S–
面，这些电子在栅极附
近的P衬底表面便形成一
个N型薄层，称为反型层
N+
vDS +
vGS + G
D
N+
且与两个N+区相连通， 在漏源极间形成N型导电 沟道。
三极管
场效应管
三极管放大器
场效应管放大器
分析方法
分析方法
图解法，估算法，微变等效电路法 Q 、 A• 、Ri、Ro
场效应三极管（FET）
只有一种载流子参与导电，且利用电场效应来控制 电流的三极管，称为场效应管，也称单极型三极管。
结型场效应管（JFET） 场效应管分类
绝缘栅场效应管（MOSFET）
从衬底引出电极
MOSFET
金属 Metal
氧化物 Oxide
半导体 Semiconductor
P
N+ 型 N+
G
沟
道
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
G
S 图 P沟道结型场效应管结构图
S 符号
4.3 绝缘栅型场效应管（MOSFET）
结型场效应管的输入电阻虽然可达106～109，在使用中 若要求输入电阻更高，仍不能满足要求。绝缘栅型场效应管 又称为金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）具有更高输 入电阻，可高达1015 。且有制造工艺简单、适于集成等优 点。
P
导电沟道增厚
沟道电阻减小
N沟道增强型MOSFET的工作原理
(1) vGS对沟道的控制作用, vDS=0 –
当vGS>VT时，电场增强 将P衬底的电子吸引到表
S–
面，这些电子在栅极附
近的P衬底表面便形成一
个N型薄层，称为反型层
N+
vDS +
vGS + G
D
N+
且与两个N+区相连通， 在漏源极间形成N型导电 沟道。
三极管
场效应管
三极管放大器
场效应管放大器
分析方法
分析方法
图解法，估算法，微变等效电路法 Q 、 A• 、Ri、Ro
场效应三极管（FET）
只有一种载流子参与导电，且利用电场效应来控制 电流的三极管，称为场效应管，也称单极型三极管。
结型场效应管（JFET） 场效应管分类
绝缘栅场效应管（MOSFET）
从衬底引出电极
MOSFET
金属 Metal
氧化物 Oxide
半导体 Semiconductor
[图文]电子技术基础与技能课件第3章-
![[图文]电子技术基础与技能课件第3章-](https://img.taocdn.com/s3/m/38cabbdc960590c69fc3764d.png)
3.3.3 场效晶体管的使用二、用万用表检测结型场效晶体管 1. 引脚排列场效晶体管引脚排列位置依其品种、型号及功能不同而异。
大功率管子其引脚排列基本是G、D、S。
2. 检测万用表置于电阻挡，任选两电极，分别测出它们之间的正、反向电阻。
若正、反向电阻值相等，则该两电极为漏极D和原极S，余下的则为栅极。
3.3.4 场效晶体管放大电路一、自偏压放大电路电路从栅极输入信号，漏极输出信号，源极是信号输入与输出的公共端。
如图所示。
自偏压共源放大电路
3.3.4 场效晶体管放大电路二、分压式自偏压放大电路分压式放大电路是在自偏压电路的基础上加分压电阻后组成的。
如图所示。
分压式自偏压放大电路。
第3章 场效管及其应用电路
较小，且有零温度系数点
输入电阻 几十到几千欧姆
几兆欧姆以上
静电影响 不受静电影响
易受静电影响
集成工艺 不易大规模集成
适宜大规模和超大规模集成
3.3 场效应管放大电路
场效应管放大电路的三种接法
场效应管必须工作在放大区，即必须采用合适的直
流电流将其工作点（UDS，ID）设置于输出特性曲线的 放大区，且保持稳定。与晶体管放大电路相类似，场效
iD / mA
iD / mA
uDS=常数
Q UGS
ID
ID
O
uGS
/
V O
Q
UGS
uDS / V
2）极间电容 场效应管三个电极之间的电容，包括CGS、CGD和CDS。 这些极间电容愈小, 则管子的高频性能愈好。一般为几 个pF。 3）输出电阻 输出电阻rd说明了uDS对iD的影响，是输出特性某一点 上切线的斜率倒数。
+
T
RG
uo RS C
−
+UDD RD
RG
RS
U G S U G Q Q U S Q 0 I D R S Q I D R S Q
ID QID(S 1 SU U G PS )2Q ID(S 1 SIU D P R Q S)2
U DS U Q D D ID(Q R D R S )
N
N
P
夹断后，即
使UDS 继续 增加，ID仍
呈恒流特性。
绝缘栅型场效应管特性曲线
1)增强型MOS管
开启 电压
2)耗尽型MOS管
夹断 电压
各种场效应管所加偏压极性小结
结型PN沟沟道道((uuGGS＞ S＜00)) 场效应管绝缘栅型耗 增尽 强型 型PPNN沟 沟沟 沟道 道道 道((((uuuuGGGGSS＜ SS极＞ 极00性性 )) 任任意意))
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uds
Cds
−
图3-18场效应管高频小信号模型
2.应用小信号模型法分析场效应管放大电路
+UDD RD
RG g
d
RG uo
ui UGG
（a）电路
ui
ugs
RD
uo
gmugs
s
（b）微变等效电路
U&i U&gs
A&u
U&o U&i
gmU&gs RD U&gs
gmRD
2）.共漏放大电路的动态分析
漏端的沟道被夹断， 称为予夹断。
D UDS增大则被夹断 区向下延伸。
G N
UGS<Up UGD=UP时 ID UDS N
UGS S
此时，电流ID由未 被夹断区域中的载 流子形成，基本不 随UDS的增加而增 加，呈恒流特性。
G
UGS
UGS<Up UGD=UP时 D ID
UDS NN
S
工作原理
ID
N
N
P
UGS UDS
UDS增加，UGD=UT 时， 靠近D端的沟道被夹断， 称为予夹断。
S GD ID
N
N
P
夹断后，即
使UDS 继续 增加，ID仍
呈恒流特性。
绝缘栅型场效应管特性曲线
1)增强型MOS管
开启 电压
2)耗尽型MOS管
夹断 电压
各种场效应管所加偏压极性小结
结型PN沟沟道道((uuGGSS＞＜00)) 场效应管绝缘栅型耗增尽强型型PPNN沟沟沟沟道道道道((((uuuuGGGGSSSS＜极＞极0性0性)) 任任意意))
Io
Au
Uo Ui
gm RS 1 gm RS
IRS
RS
Ri
Uo
Io
Uo RS
gmUo
Ro
Uo Io
Uo RS
Uo gmUo
1 RS
1 gm
RS //
1 gm
三种基本放大电路的性能比较
BJT
FET
组态对应关系： CE
CS
CC
CD
电压增益：
CB
CG
CE： CC： CB：
BJT
( Rc1// RL )
P 沟道增强型
SG D
P
P
N
予埋了导 电沟道
D G
S
P 沟道耗尽型
3.2.2MOS管的工作原理
以N 沟道增强型为例
UGS=0时
UGS UDS
S GD
ID=0
对应截止区
N
N
P
D-S 间相当于
两个反接的 PN结
UGS>0时
UGS UDS S GD
N
N
P
UGS UDS S GD
N
N
P
UGS UDS S GD
2.分压器式自偏压电路
+UDD
RD
Rg1
Cb2
Cb1 +
ui -
Rg3
Rg2
RS
+
UG U DD
Rg2 Rg1 Rg2
uo
C -
Rg1
Rg3 Rg2
+UDD RD
RS
UGS
UG
US
UDD
Rg2 Rg1 Rg2
I D RS
( I D RS
UDD
Rg2 ) Rg1 Rg2
IDQ
I
DO
(1
a.静态：
IDQ
I
DO
U (
GSQ
UT
1)2
UGSQ UGG IDQRs
U
DSQ
UDD
I DQ Rs
+UDD
RG g Ugs s
RG
Ui
UGG
Rs
Uo
Ui
g mUgs
d
RS
Uo
RG g Ugs s
Uo Id RS gmUgs RS
Ui
g mUgs
d
Rg
Ui
g
s
gmUo
d
RS Uo U&i U&gs U&o U&gs gmU&gsRS
G UGS
D ID P
NN
S
UDS=0U时 UDS
UGS越大耗尽区越宽， 沟道越窄，电阻越大。
D
但区当宽度UG有S较限小U，D时存S=，在0U耗导时尽
电沟道。DS间相当于 线I性D 电阻。
P
UDS
G NN
UGS S
UGS达到一定值时 （夹断电压UP）,耗 尽区碰到一起，DS
间被夹断，这时，即
使UDS 0U，漏极电 D ID
② 饱和漏极电流IDSS： UGS=0时对应的漏极电流。
③ 低频跨导gm：
gm
iD uGS
U DS
或
gm
2IDSS
(1
UGS UP
UP
) （ UP
UGS
0）
低频跨导反映了UGS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)。
④ 输出电阻rd：
rd
UDS iD
U GS
绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。
rbe
(1 ) ( Re // RL ) rbe (1 )( Re // RL )
( Rc // RL )
rbe
FET
CS： gm(Rd // RL ) CD： gm( R // RL )
1 gm(R // RL ) CG： gm ( Rd // RL )
48
三种基本放大电路的性能比较
ID
变窄U，GS从继上续至减下小呈，楔沟形道分继布续。变窄
靠压在漏当UU预当极GGU夹S沟D处称D=断S道U出增为G处夹现加夹S-断U预到断D时夹S使电=，断U压U对GP。UD应=P U（的P 时或栅，源在电紧 此U时GSU(ofDf)S） 。 夹断区延长 对于沟N道沟电道阻的JFEITD基，本UP不<0变。
3.2 绝缘栅场效应管
3.2.1 结构和电路符号
s源极
氧化层
二氧化硅
绝缘层
N+
耗尽层
g栅极
d漏极 金属铝
P型衬底
N+ 耗尽层
SG
N P
D 金属铝
两个N区 N
B衬底引线
D
G
P型基底 SiO2绝缘层
S
导电沟道
N沟道增强型
SG D
N
N
P
予埋了导 电沟道
D
G S
N 沟道耗尽型
SG D PN P
D
G S
5
uDS=uGS−UP
iD / mA
6 IDSS
5
4
B
1V
3
2
C −2 V
4
3
U DS>4V
2
1
RDS 大 D
−3 V
UP=−4 V
UP=-4 V
1
0
4
8 12 截止区
16
20
24 UDSS
uDS / V
输出特性曲线
-4
-3 -2 -1
0 uGS / V
转移特性曲线
主要参数
① 夹断电压UP (或UGS(off))： 漏极电流约为零时的UGS值 。
UGSQ UT
)2
U DSQ U DD I DQ (RD RS )
3.3.2 场效应管放大电路的动态分析
1.场效应管小信号模型
g
ugs
rgs
d
id
g
gmugs rd
uds
ugs
gmugs
id d
rd
ugs
s
s
(a) 结型场效应管小信号模型
(b)绝缘栅型场效应管小信号模型
对于结型场效应管
gm
参数 型号 3DJ2D 3DJ7E 3DJ15H 3DO2E CS11C
PDM mW
100 100 100 100 100
IDSS mA
<0.35
<1.2 6～11 0.35～1.2 0.3～1
VRDS VRGS
V
V
>20 >20
>20 >20
>20 >20
>12 >25
-25
VP
gm
V mA/ V
1.自偏压电路
Cb1 + ui −
+UDD RD Cb2
+
T
RG
uo RS C
−
+UDD RD
RG
RS
U GSQ U GQ U SQ 0 I DQ RS I DQ RS
I DQ
I
DSS
(1
U GSQ UP
)
2
I DSS (1
I DQ RS )2 UP
U DSQ U DD I DQ (RD RS )
iD uG S
|UDS
2 I DSS UP
(1
uG S UP
)
|UDS
2
I
2 DSS
(1
uG S UP
)2
|U DS
UP
2 UP
I DSSiD
gm
2 UT
IDO IDQ
当小信号作用时，可以用IDQ来近似iD，所以
gm
2 UP
IDSS IDQ
g
+
ugs
rgs