场效应晶体管及其放大电路
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3-1 MOS场效应管(北邮)
在vDS由零增大时，S源区(N+ 区）的多数载流子(自由电子)漂移过 导电沟道,
流向D漏区，形成电流 iD 。
vDS>0使栅、漏极间电压vGD=( vGS-vDS )＜vGS，使得导电沟道靠近漏极D
一侧吸引的电子少于源极S一侧。使导电沟道呈楔型状。
在导电沟道处于贯通的情况下，漏极电流 iD 与漏源电压vDS 呈二次函数关系。
夹断点向S源区方向移动。沟道长度有所缩短，源S、漏D间的耗尽区有所增长。
在vDS的作用下，自由电子由源区沿沟道向漏区方向运动，到达耗尽层夹断区， 被耗尽层内电场作用继续向漏区方向漂移，形成漏极电流iD 。
预夹断后再增加vDS ，vDS主要降在夹断沟道的、呈高电阻的耗尽层部分， 在剩余的沟道部分上的电场强度增加不多，因而，当vDS增大时， 电流 iD 基本不变，略有增加。此状态对应输出特性曲线的饱和区。
vGS=定值(较小)
vDS
vDS
vGS
iD
S N＋
G
D
N＋
P型衬底
12
(2) 可变电阻区
iD
可
（近似线形区）、(三极管区)
变 电
阻
导电沟道形成、楔形、预夹断前。 区
饱和区
vGS=定值
(较大) 击 穿 区
vGS＞Vth , vGD＞Vth , vDS＜vGS-Vth
0
iD
=
kp 2
W L
[2(vGS
源极S 栅极G
漏极 D
铝
SiO2绝缘层
t 厚度 ox
耗尽层
N+
L
P 型衬底
衬底
N+
沟 W宽道 度
B 衬底极
沟道 长度
流向D漏区，形成电流 iD 。
vDS>0使栅、漏极间电压vGD=( vGS-vDS )＜vGS，使得导电沟道靠近漏极D
一侧吸引的电子少于源极S一侧。使导电沟道呈楔型状。
在导电沟道处于贯通的情况下，漏极电流 iD 与漏源电压vDS 呈二次函数关系。
夹断点向S源区方向移动。沟道长度有所缩短，源S、漏D间的耗尽区有所增长。
在vDS的作用下，自由电子由源区沿沟道向漏区方向运动，到达耗尽层夹断区， 被耗尽层内电场作用继续向漏区方向漂移，形成漏极电流iD 。
预夹断后再增加vDS ，vDS主要降在夹断沟道的、呈高电阻的耗尽层部分， 在剩余的沟道部分上的电场强度增加不多，因而，当vDS增大时， 电流 iD 基本不变，略有增加。此状态对应输出特性曲线的饱和区。
vGS=定值(较小)
vDS
vDS
vGS
iD
S N＋
G
D
N＋
P型衬底
12
(2) 可变电阻区
iD
可
（近似线形区）、(三极管区)
变 电
阻
导电沟道形成、楔形、预夹断前。 区
饱和区
vGS=定值
(较大) 击 穿 区
vGS＞Vth , vGD＞Vth , vDS＜vGS-Vth
0
iD
=
kp 2
W L
[2(vGS
源极S 栅极G
漏极 D
铝
SiO2绝缘层
t 厚度 ox
耗尽层
N+
L
P 型衬底
衬底
N+
沟 W宽道 度
B 衬底极
沟道 长度
场效应管原理及放大电路
图6-47 分压式偏置电路
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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
场效应晶体管放大电路的分析方法
VDD
R g1
Rd
VT + C2
C1 +
U i Rg2
R
RL
+
Uo
CS
VDD
Rd
VT
+ C2
C1 +
U i RG2
R
RL
+
Uo
CS
图02.05.02 分压偏置
图02.05.03 自给偏压
HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法
2006.06
图02.05.04是N沟道FET的转移特性曲线，对于图(a)耗尽
对图02.05.07的放大电路可根据下列方程式进行图解
iD f (uGS)
uGS iDR
ID
Q
UGS (off)
O
UGSQ
I DSS
IDQ
UGS
直线方程 uGS =- iDR 与输入特性曲线的交点即 是工作点Q。
由工作点Q，即可确 定UGSQ 和IDQ。
图02.05.07 在输入特性曲线上图解
HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法
型FET应偏置在负栅区，对于图(b)增强型FET应偏置在正栅
区。N沟道耗尽型FET放大电路，可采用分压偏置外，也可采
用自给偏压。采用自给偏压时，Rg2中无电流，所以UG=0。在 负栅区因IDSS＞0，故US＞0，于是UGS=UG-US = - ID R，可满 足负偏压的要求。对于增强型管，因UGS=0时，ID=0 ，故不能 采用自给偏压。
Rs Us
U i
如果放大电路采用增强型场效应管，则栅源电压
VDD
R g1
Rd
晶体管多级放大电路及场效应管放大电路
RB +
T1
u_i
VBB
RE1
T2
+
RE2
RL uO
_
【解】由图可知，放大电路是由两级放大电路组成 第一级共射极放大电路，第二级共集电极放大电路
2.7 多级放大电路
(1) 求电压放大倍数
A·u2 UU··io2
RC1
+VCC
(1 2 )RL 2 rbe2 (1 2 )RL 2
式中
RL 2 RE2 // RL
(a) 结型场效应管，简称JFET (Junction Field Effect Transistor)
(b) 绝缘栅型场效应管，简称IGFET (Isolated Gate Field Effect Transistor)
3.1 结型场效应管
3.1.1 结型场效应管的结构和类型
1. 结型场效应管的类型 结型场效应管按结构分
2 ≤i ≤ n
2.7 多级放大电路
【例1】试写出图示放大电路的电压放大倍数Au、输入电阻Ri
和输出电阻Ro的表达式。已知晶体管T1、T2的电流放大倍数、
输入电阻分别为1、2和rbe1、rbe2。
+VCC
RC1
RB +
T1
u_i
VBB
RE1
T2
+
RE2
RL uO
_
2.7 多级放大电路
RC1
+VCC
27
A&u A&u1 A&u2 A&u2 27
2.7 多级放大电路
RB1 255k
C1 10μF
RB21 51k
T1 C2
ui
场效应管及其放大电路(5)
氧化硅，故又称金属-氧化物-半导体场效应管，简
称MOS场效应管。
源极S 栅极G 漏极D
金属电极
SiO2绝缘层
符号： D
G
P型硅衬底
高掺杂N区
S 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 。
2021/4/3
3
(2) N沟道增强型管的工作原理 由结构图可见，N+型漏区和N+型源区之间被P型
当UGS UGS(th）后，场效 应管才形成导电沟道，
开始导通，若漏–源之间 加上一定的电压UDS，则 有漏极电流ID产生。在 一定的UDS下漏极电流ID 的大小与栅源电压UGS有 关。所以，场效应管是
一种电压控制电流的器
件。
–ED +
S
EG
–UG+S G
D
N+
N+
P型硅衬底
N型导电沟道
在一定的漏–源电压UDS下，使管子由不导通变 为导通的临界栅源电压称为开启电压UGS(th）。
输出电阻
ri RG ( RG1 // RG2) rO RD
RG是为了提 高输入电阻ri 而设置的。
2021/4/3
24
由于晶体管的输出特性具有恒流输出特性，漏
源电阻(即场效晶体管的输出电阻)：
rds
ID/mA
ΔU DS ΔI D
uGS C
rds是很高的，在共源极放 大电路中，漏级电阻RD与 管子的输出电阻rds并联。
增尽强 型型 ：： 当当UGUS＝GS＝0时0时，，存没在有导导电电沟沟道道，，IDI0D＝。0。耗
2021/4/3
16
3. 场效应管的主要参数
(1) 开启电压 UGS(th)：是增强型MOS管的参数
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。
场效应晶体管及其放大电路PPT
（3） 在N沟道JFET中，uGS和UGS（off）均为负值。
在P沟道JFET中，uGS和UGS（off）均为正值。
3.1.3
结型场效应管的伏安特性
+ + – –
在正常情况下，iG =0，管子无输入特性。
1．输出特性（漏极特性）
+ +
6
4
2
可 变 电 阻 区
–
–
放大区
特性曲线
0
10
20
截止区
6
（2）当管子工作于恒流区时，转移特性曲线基本重合。
I DSS
当管子工作于恒流区时
uGS 2 iD I DSS (1 ) U GS(off)
I DSS iD uGS 0 V
uDS U GS(off)
称为零偏漏极电流
3.1.4
结型场效应管的主要电参数
1．直流参数
(1) 夹断电压UGS(off)
=0
G D
+ + P P
UGS(off)——
栅源截止电压 或夹断电压
N型导电沟
N
道
P+
当uDS=0时，uGS对沟道的控制作用动画演示
2．当uGS =0时，uDS对沟道的控制作用 – S =0 G + D
P+
N型导电沟
N
道
P+
a．0<uDS<|UGS(off)|
(a) 漏极电流iD≠0 uDS增大，iD增大。 (b) 沿沟道有电位梯度 (c)沿沟道PN结 反偏电压不同
– S =0 G
+ D
P+
N型导电沟
uDS 道
N
晶体管及其小信号放大-场效应管放大电路
传感器信号的特点
传感器输出的信号通常比较微弱，容易受到噪声干扰的影响 。为了准确获取传感器数据，需要使用晶体管和场效应管放 大电路对信号进行放大和噪声抑制。
放大电路的作用
通过适当的信号放大，可以增强传感器信号的强度，降低噪 声干扰的影响，提高信号的信噪比，从而获得更准确、可靠 的传感器数据。
THANKS
3
图解分析法
通过图形直观地分析晶体管的工作状态和性能指 标。
03
场效应管放大电路
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
场效应管放大原理
场效应管通过改变输入电压来控 制输出电流，从而实现放大功能。
场效应管具有输入阻抗高、噪声 低、热稳定性好等优点，适用于
小信号放大。
无线通信系统中的信号放大
无线通信系统
在无线通信系统中，信号传输距离较 远，信号强度会逐渐减弱。为了确保 信号的稳定传输，需要使用晶体管和 场效应管放大电路对信号进行放大。
信号质量与可靠性
通过适当的信号放大，可以增强无线 信号的强度，提高信号传输的可靠性 和稳定性，确保通信系统的正常运行 。
传感器信号的放大处理
输出级
负责将放大的信号进行功率放 大，提供足够的输出功率。
电压放大级
位于输入级和输出级之间，对 信号进行进一步放大。
偏置电路
为晶体管提供合适的静态工作 点，确保放大器正常工作。
晶体管放大电路的分析方法
1 2
直流通路分析法
在静态工作点下分析电路的直流工作状态和性能 指标。
交流通路分析法
在动态工作状态下分析电路的交流工作状态和性 能指标。
场效应管放大电路的放大倍数由 场效应管的跨导和电阻决定。
场效应晶体管放大电路
使继电器动作，路灯不会熄灭。一旦输出功率达到继电器的动作功率， 路灯电源断开，即使光照再强，输出功率再大，也没什么作用。因此 可根据实际需要，来规定放大器应有的输出功率，通常称为额定输出 功率。 • 2.具有足够的放大倍数 • 放大倍数是衡量放大电路放大能力的重要参数。放大器的输入信号 十分微弱，如果要使它的输出达到额定功率，就要求放大器具有足够 的电流、电压或功率放大倍数。 •
• 类似的电路也可用于机床的安全保护，如果人手伸入了危险部位， 挡断了光源，控制电路就马上动作，切断电源，保护操作人员。形形 色色的半导体敏感器件配合晶体管的放大作用，构成了电工设备中各 种各样的控制电路。
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第一节 放大器的基本概念
• 图7一2所示的电路接有12V电源，放大器接电源才能工作。电路中 的硅光电池只提供了微小的晶体管基极电流，使继电器动作所需的较 大电流即晶体管集电极电流不是硅光电池提供的，而是从电源供给发 射极，从发射极流到集电极再流过继电器的。使继电器动作的输出功 率比硅光电池输入的功率大得多，它是从电源所提供的电能中转化来 的。由于基极电流对集电极电流有控制作用，所以硅光电池能以微小 的功率变化来控制由电源提供给继电器的较大功率变化。
• 放大电路的核心是晶体管，晶体管的三个电极可分别作为输入信号 和输出信号的公共端，所以就有共发射极、共集电极和共基极三种接 法，如图7一3所示。本章主要讨论共发射极和共集电极两种放大电路。
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第一节 放大器的基本概念
• 二、放大电路的要求 • 1.有一定的输出功率 • 在路灯自动开关的实例中，当光照很弱时，电路的输出功率不足以
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第一节 放大器的基本概念
• 3.失真要Biblioteka • 凡包含放大器的仪器设备，如示波器、扩音机等，都要求输出信号
• 类似的电路也可用于机床的安全保护，如果人手伸入了危险部位， 挡断了光源，控制电路就马上动作，切断电源，保护操作人员。形形 色色的半导体敏感器件配合晶体管的放大作用，构成了电工设备中各 种各样的控制电路。
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第一节 放大器的基本概念
• 图7一2所示的电路接有12V电源，放大器接电源才能工作。电路中 的硅光电池只提供了微小的晶体管基极电流，使继电器动作所需的较 大电流即晶体管集电极电流不是硅光电池提供的，而是从电源供给发 射极，从发射极流到集电极再流过继电器的。使继电器动作的输出功 率比硅光电池输入的功率大得多，它是从电源所提供的电能中转化来 的。由于基极电流对集电极电流有控制作用，所以硅光电池能以微小 的功率变化来控制由电源提供给继电器的较大功率变化。
• 放大电路的核心是晶体管，晶体管的三个电极可分别作为输入信号 和输出信号的公共端，所以就有共发射极、共集电极和共基极三种接 法，如图7一3所示。本章主要讨论共发射极和共集电极两种放大电路。
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第一节 放大器的基本概念
• 二、放大电路的要求 • 1.有一定的输出功率 • 在路灯自动开关的实例中，当光照很弱时，电路的输出功率不足以
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第一节 放大器的基本概念
• 3.失真要Biblioteka • 凡包含放大器的仪器设备，如示波器、扩音机等，都要求输出信号
晶体管及其小信号放大-场效应管放大电路
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。
22
几种常用的场效应三极管的主要参数
参 数 PDM
IDSS
型号
mW mA
VRDS VRGS VV
VP gm
fM
V mA/ V MHz
3DJ2D 100 <0.35 >20 >20 -4 ≥2 300
场效应晶体管(FET)
• 电压控制器件 • 多子导电 • 输入阻抗高,噪声低,热稳定好,抗辐射,工
艺简单,便于集成,…应用广泛
1
§4 场效应晶体管及场效应管放大电路
§4.1 场效应晶体管(FET)
FET 场效应管
JFET 结型
IGFET
N沟道 （耗尽型）
P沟道
增强型
N沟道 P沟道
绝缘栅型
耗尽型
N沟道 P沟道
7
三、特性曲线和电流方程
1. 输出特性 2. 转移特性
iD f (v ) DS vGSconst.
iD f (v ) GS vDS const.
iD
I
DSS
(1
vGS VGS(off)
)2
(VGS(off) vGS 0)
U UGD GS (off ) =
（饱和区）
夹断区
U GS (off )
输出特性曲线
ID=f(VDS)VGS=const
VGD=VGS（th)
（饱和区）
夹断区
14
转移特性曲线
ID=f(VGS)VDS=const
iD
I
DO
( vGS VGS(th)
22
几种常用的场效应三极管的主要参数
参 数 PDM
IDSS
型号
mW mA
VRDS VRGS VV
VP gm
fM
V mA/ V MHz
3DJ2D 100 <0.35 >20 >20 -4 ≥2 300
场效应晶体管(FET)
• 电压控制器件 • 多子导电 • 输入阻抗高,噪声低,热稳定好,抗辐射,工
艺简单,便于集成,…应用广泛
1
§4 场效应晶体管及场效应管放大电路
§4.1 场效应晶体管(FET)
FET 场效应管
JFET 结型
IGFET
N沟道 （耗尽型）
P沟道
增强型
N沟道 P沟道
绝缘栅型
耗尽型
N沟道 P沟道
7
三、特性曲线和电流方程
1. 输出特性 2. 转移特性
iD f (v ) DS vGSconst.
iD f (v ) GS vDS const.
iD
I
DSS
(1
vGS VGS(off)
)2
(VGS(off) vGS 0)
U UGD GS (off ) =
（饱和区）
夹断区
U GS (off )
输出特性曲线
ID=f(VDS)VGS=const
VGD=VGS（th)
（饱和区）
夹断区
14
转移特性曲线
ID=f(VGS)VDS=const
iD
I
DO
( vGS VGS(th)
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
场效应晶体管放大电路
N
N
G
P+ P+
UDS G
P+ P+
UDS
UGS
S
S
第3页/共34页
Sect
3.1.2 JFET特性曲线
1. 输出特性曲线：
iD f (U DS )∣ UGS const
可变电阻区 线性放大区 ID=gm UGS 击穿区
2. 转移特性曲线：
ID
I
DSS
(1
U GS UP
)
2
IDSS：饱和栅极漏极电流,
着源极、栅极的次序焊在电路上； • 电烙铁或测试仪表与场效应晶体管接触时，均
第15页/共34页
各种场效应管所加偏压极性小结
结型
N沟道(uGS＜0) P沟道(uGS＞0)
场效应管
绝缘栅型
增强型
耗尽型
PN沟沟道道((uuGGSS＜＞00)) N沟道(uGS极性任意) P沟道(uGS极性任意)
uo
u gs
g m u gs
u ds
S
GD
Id
RG
Ui
Ugs
gm Ugs RD
RL
Uo
R2
R1
S
第26页/共34页
动态分析：
G
电压放大倍数
Id
RL
D
RG
Ugs
Ui R2R1RD g源自 UgsRL Uo•
•
Ui Ugs
S
ri
•
ro
Au gm R'L
•
•
Uo gm Ugs (RD // RL )
ID(mA)
第8页/共34页
UGS=6V
场效应管结合晶体管前置放大电路_概述及解释说明
场效应管结合晶体管前置放大电路概述及解释说明1. 引言1.1 概述场效应管和晶体管是电子学中常用的两种器件，它们在现代电路设计中起着重要的作用。
场效应管通过调控栅极电压来控制源极与漏极之间的导通状态，而晶体管则利用控制基极-发射极电压来控制集电极-发射极之间的导通状态。
这两种器件有着不同的工作原理和特性，但都可以被用来实现放大功能。
1.2 文章结构本文将围绕场效应管结合晶体管前置放大电路展开讨论。
首先，我们会介绍场效应管和晶体管的基本原理，包括它们的工作原理、特点和应用领域。
接下来，我们会概述前置放大电路的定义、用途以及常见分类及特点。
最后，我们会详细解析场效应管结合晶体管前置放大电路，包括其结合原理与优势、电路示意图及元件选型说明以及工作过程和信号增益分析。
1.3 目的本文旨在介绍场效应管结合晶体管前置放大电路，并对其原理和特点进行详细说明。
通过阅读本文，读者将能够了解场效应管和晶体管的基本原理、前置放大电路的概述，以及如何设计和分析场效应管结合晶体管前置放大电路。
同时，我们也希望能够展望该技术在未来的发展方向，为读者提供对电子学领域中这一重要电路的深入理解和应用的启示。
2. 场效应管和晶体管的基本原理：2.1 场效应管的工作原理：场效应管，也称为晶体管场效应管（FET），是一种三极电子器件。
它由沟道、栅极和漏源组成。
在工作时，栅极施加的电压可以控制沟道中电子的浓度，从而改变漏源之间的电流流动情况。
场效应管有两种主要类型：增强型（n通道与p通道）和耗尽型（n通道与p通道）。
增强型FET的工作原理如下：当栅极电压低于临界值时，沟道中存在很少数量的载流子；而当栅极电压高于临界值时，会形成一个导电通路并产生大量的载流子。
因此，在增强型FET中，栅极电压对沟道中载流子浓度和导电性能起到关键影响。
2.2 晶体管的工作原理：晶体管是一种用于放大信号和控制电流流动的半导体器件。
它由三个区域组成：发射区（Emitter）、基区（Base）和集电区（Collector）。
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 )。
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为同极性偏置
场 效 应 管 放 大
➢结型场效应管为
反极性偏置
电 路
C1 vI RG
TRL vO
➢耗尽型MOS场效
应管两者均可 自给偏压适用于结 型或耗尽型管
自给偏压式偏置(二)
VDD
C1
RD RCD 2 DT
vI RG RGS vs VGSO
B SCS
RL
VDD 在本集级成放大电电路RD中路的，VDD
截止区：vGS VGS (off )
第 一
可变电阻区：
节 ：
vGS VGS (off )
场
0 vDS (vGS VGS (off ) )
饱和(恒流)区：
效 应 管
vGS VGS (off ) vDS (vGS VGS (off ) )
iD
kp 2
W L
(vGS
VGS (off ) )2
饱和漏极电流
iD / mA
节 ：
结
变 I DSS 电
vGS 0V
恒 1 击
I DSS
型
场
效
阻 区
流 区
2 3
穿 夹断电压 区
应 管
4 vDS /V
VGS (off )
vGS /V 0
场效应管的微变信号模型
源极 栅极 漏极
SGD
g
SiO2
耗尽层
Vgs
N
N
P型衬底 B
g
Vgs
Cgb
s
gmVgs
sb
输入端直流偏置
vO vo
通的必电常要输平CGR由时出移1 G提 动前 加DS供 单级 入B 电 直元，路 流vo v称i 这R种2 偏置RS方式
为直接偏置
第 四 节 ： 场 效 应 管 放 大 电 路
偏置电阻对交流信号有损耗作用，也 降低了放大电路的输入电阻
例题
分析以下电路能否进行正常放大。若 不能，则请给出修改意见
效 应 管
➢由于栅极电流为零，因此在等效模 型中的栅极为悬空。受控电流源所反
放 大 电
映的为栅源电压对漏极电流的控制作 路
用
➢跨导一般较小，从而使得场效应管
放大电路的具体参数与三极管放大电
路相比有一些不同之处
分压式偏置
RD
R1 D
CG G B
S
vi
R2
RS
VDD
vo
管与先对子沟道产生后被夹断VVVG➢➢➢➢GSS状三假于来QQQVVVNNNPoot态极定不说hff沟沟沟沟ffVIRRDG11QQ管管同，的0RR道 道道 道00R22RRSV类处类应分耗 型V增 结22VVVSGVVGGQGDSDDDD析似 于 型 注Q尽 管强 型QQQDD ， 饱 的 意过型型VVVVIooDotfhffffQf即 和 管 ：程RS
ID ：
N
N
G
场
B
效 应
管
MOS
P型衬底
MOS管的命 沟道的含 名原因 B 义
S
符号的识 别方式
N沟道增强型场效应管的基本工作原理(一)
MOS
栅源电压 vGS 对管工作的影响 (vBS 0)
源极
S
SiO2 S
v栅GvGSG极S G
漏极
VGSD(th) D
耗尽层
设 vDS 0
vGS管 子0 时i截D 止
效 应
管
VGS (off )：或截阈止值电电压压
BB
if (vDS 0)
沟有v道 漏GS ，极 0故电时流v已D产S 有生0导时电即
也会产生预夹断 和漏极电流饱和 的情况
耗尽型MOS场效应管(三)
MOS
iD / mA
可 变 电 阻 区
vGS 1V 击
饱 和
0V
穿 区
区 1V
2V 3V 5 10 15 20 vDS /V 截止区
vD导S 电0时沟道变为楔
型
第 二 节 ： 结 型 场 效
G
P
P
N
vDS
vDS vGS 时 VGS (off )
应 管
沟道预夹断，此
时的漏极电流为
vGS
饱和电流 IDSS
vDS 继续增大时
此时对应于输出 特性曲线饱和区
S
结型场效应管的特性曲线
第
二
可iD
/ mA vDS
vGS
VGS (off )
➢温度稳定性能好 ➢抗辐射能力强
增强型的含义
N沟道增强型场效应管的输出特性曲线(一)
MOS
源极 栅极 漏极
由于栅极与源极和 第
S SiO2
G
D
漏极之间有绝缘层
耗尽层 隔开，故栅极输入
一 节 ：
N
N
电入流电极阻小极高iG ， 0可，以输
场 效
达到109 以上
应 管
P型衬底
B
因此，常用的特性 曲线为输出特性曲 线和转移特性曲线
P沟道型管的特性可与之类比
MOS管类型总结
MOS
MOS管
N沟道MOS管 P沟道MOS管
N沟道增强型MOS管 第
N沟道耗尽型MOS管
一 节
P沟道增强型MOS管 ：
P沟道耗尽型MOS管 场
➢MOS管的结构
源极 栅极 漏极
SGD
效 应 管
➢注意N沟道与P沟 SiO2
耗尽层
道的区别
D
N
N
➢注意增强
ID
场效应晶体管及其放大电路
内容提要
场效应晶体管利用输入电压在管
内 容
内形成的电场影响导电沟道的形
提 要
状，进而控制输出电流
场效应管的特点：
➢输入阻抗高 ➢抗辐射能力强 ➢热稳定性好
重点介绍场效应管的结构、工作 原理及其应用电路
N沟道增强型场效应管的结构
源极 栅极 漏极
SGD
SiO2
耗尽层
D
第 一
节
vGS
iD mA
vDS
N沟道增强型场效应管的输出特性曲线(二)
MOS
i / mA D
vDS vGS VGS (th)
可 变 电 阻 区
vGS 6V 击
饱 和
5V
穿 区
区 4V
3V 2V
5 10 15 20 vDS /V
预夹断点 截止区 厄沟尔道利长电度压调制VA效应
截无止沟区道：vGS VGS (th) 可沟变vG道S电未阻V夹GS区(断th)：
vGvS DS VGS (th)
S
vGSG
VGS
Di (th) D
设v V
GS
GS (th) vi
v 0 时 VGSQ DS
GB S
导电沟道变为
SGD
楔形
第 一 节vO ：
场 效 应
N
N
vDS vGS Vth 时 管
N
N
出现预夹断
vGPSP型型衬Vt衬h底? 底
vDS vGS Vth 时 沟道被夹断
第 四 节 ： 场 效 应 管 放 大 电 路
状态电并源展电开压分应析为，
看结负果值是否一致
自给偏压式偏置(一)
C1
vI RG
VDD
RD C2
T
RVDSD
CS
RL
RD C2
静态时靠源极电阻 第
上提供的一电压个为负的栅－偏源压，四节：
vO
故称自给偏压
VGSQ VSQ IDQ RS
➢增强型场效应管
B
N
N
场
S
效 应
P型衬底
管
MOS
B
B
耗尽型MOS管在栅源零偏时即已
存在导电沟道
D ID
注意其符号与增强型的区别 G
B
S
MOS
耗尽型MOS场效应管(二)
VGS VDS
S
VGGS
SG
N
N
D
D
N
N
PP型型衬衬底底
if (vGS 0)
第 一 节
if (vGS 0)
：
场
if (vGS VGS (off ) )
型与耗尽 型的区别 G
B
P型衬底
S
B
结型场效应管的结构
D
耗尽层
G
P
P
N
D
耗尽层
D iD G
G S
N
N
P
第
二
节
：
D
结 型
iD 场
效
G
应
管
S
导电沟道
导电沟道
S
S
结型场效应管(JFET：Junction Field
Effect Transistor)
根据沟道类型不同亦可分类
结型场效应管的基本工作原理(一)
Cgd
Id
第
d
四 节
：
rds
场 效
应
管
放
大
I
d
电 路d
Cgs gmVgs
Vbs
gmbVbs Cbs
rds
Cbd
s
b
场效应管放大电路的要点
➢分析方法与三极管放大电路相同， 仍然是先静态后动态，既可以使用图
第 四 节
解法又可以使用等效电路法
： 场
➢注意偏置电路的设置（对于不同的 场效应管来说有不同的设置需求）
效 应 管
在相同工作点电流
情况下，MOS管跨导
的数值通常会比双
极型管的小，可能
小1~2个数量级
P沟道增强型MOS场效应管(一)
场 效 应 管 放 大
➢结型场效应管为
反极性偏置
电 路
C1 vI RG
TRL vO
➢耗尽型MOS场效
应管两者均可 自给偏压适用于结 型或耗尽型管
自给偏压式偏置(二)
VDD
C1
RD RCD 2 DT
vI RG RGS vs VGSO
B SCS
RL
VDD 在本集级成放大电电路RD中路的，VDD
截止区：vGS VGS (off )
第 一
可变电阻区：
节 ：
vGS VGS (off )
场
0 vDS (vGS VGS (off ) )
饱和(恒流)区：
效 应 管
vGS VGS (off ) vDS (vGS VGS (off ) )
iD
kp 2
W L
(vGS
VGS (off ) )2
饱和漏极电流
iD / mA
节 ：
结
变 I DSS 电
vGS 0V
恒 1 击
I DSS
型
场
效
阻 区
流 区
2 3
穿 夹断电压 区
应 管
4 vDS /V
VGS (off )
vGS /V 0
场效应管的微变信号模型
源极 栅极 漏极
SGD
g
SiO2
耗尽层
Vgs
N
N
P型衬底 B
g
Vgs
Cgb
s
gmVgs
sb
输入端直流偏置
vO vo
通的必电常要输平CGR由时出移1 G提 动前 加DS供 单级 入B 电 直元，路 流vo v称i 这R种2 偏置RS方式
为直接偏置
第 四 节 ： 场 效 应 管 放 大 电 路
偏置电阻对交流信号有损耗作用，也 降低了放大电路的输入电阻
例题
分析以下电路能否进行正常放大。若 不能，则请给出修改意见
效 应 管
➢由于栅极电流为零，因此在等效模 型中的栅极为悬空。受控电流源所反
放 大 电
映的为栅源电压对漏极电流的控制作 路
用
➢跨导一般较小，从而使得场效应管
放大电路的具体参数与三极管放大电
路相比有一些不同之处
分压式偏置
RD
R1 D
CG G B
S
vi
R2
RS
VDD
vo
管与先对子沟道产生后被夹断VVVG➢➢➢➢GSS状三假于来QQQVVVNNNPoot态极定不说hff沟沟沟沟ffVIRRDG11QQ管管同，的0RR道 道道 道00R22RRSV类处类应分耗 型V增 结22VVVSGVVGGQGDSDDDD析似 于 型 注Q尽 管强 型QQQDD ， 饱 的 意过型型VVVVIooDotfhffffQf即 和 管 ：程RS
ID ：
N
N
G
场
B
效 应
管
MOS
P型衬底
MOS管的命 沟道的含 名原因 B 义
S
符号的识 别方式
N沟道增强型场效应管的基本工作原理(一)
MOS
栅源电压 vGS 对管工作的影响 (vBS 0)
源极
S
SiO2 S
v栅GvGSG极S G
漏极
VGSD(th) D
耗尽层
设 vDS 0
vGS管 子0 时i截D 止
效 应
管
VGS (off )：或截阈止值电电压压
BB
if (vDS 0)
沟有v道 漏GS ，极 0故电时流v已D产S 有生0导时电即
也会产生预夹断 和漏极电流饱和 的情况
耗尽型MOS场效应管(三)
MOS
iD / mA
可 变 电 阻 区
vGS 1V 击
饱 和
0V
穿 区
区 1V
2V 3V 5 10 15 20 vDS /V 截止区
vD导S 电0时沟道变为楔
型
第 二 节 ： 结 型 场 效
G
P
P
N
vDS
vDS vGS 时 VGS (off )
应 管
沟道预夹断，此
时的漏极电流为
vGS
饱和电流 IDSS
vDS 继续增大时
此时对应于输出 特性曲线饱和区
S
结型场效应管的特性曲线
第
二
可iD
/ mA vDS
vGS
VGS (off )
➢温度稳定性能好 ➢抗辐射能力强
增强型的含义
N沟道增强型场效应管的输出特性曲线(一)
MOS
源极 栅极 漏极
由于栅极与源极和 第
S SiO2
G
D
漏极之间有绝缘层
耗尽层 隔开，故栅极输入
一 节 ：
N
N
电入流电极阻小极高iG ， 0可，以输
场 效
达到109 以上
应 管
P型衬底
B
因此，常用的特性 曲线为输出特性曲 线和转移特性曲线
P沟道型管的特性可与之类比
MOS管类型总结
MOS
MOS管
N沟道MOS管 P沟道MOS管
N沟道增强型MOS管 第
N沟道耗尽型MOS管
一 节
P沟道增强型MOS管 ：
P沟道耗尽型MOS管 场
➢MOS管的结构
源极 栅极 漏极
SGD
效 应 管
➢注意N沟道与P沟 SiO2
耗尽层
道的区别
D
N
N
➢注意增强
ID
场效应晶体管及其放大电路
内容提要
场效应晶体管利用输入电压在管
内 容
内形成的电场影响导电沟道的形
提 要
状，进而控制输出电流
场效应管的特点：
➢输入阻抗高 ➢抗辐射能力强 ➢热稳定性好
重点介绍场效应管的结构、工作 原理及其应用电路
N沟道增强型场效应管的结构
源极 栅极 漏极
SGD
SiO2
耗尽层
D
第 一
节
vGS
iD mA
vDS
N沟道增强型场效应管的输出特性曲线(二)
MOS
i / mA D
vDS vGS VGS (th)
可 变 电 阻 区
vGS 6V 击
饱 和
5V
穿 区
区 4V
3V 2V
5 10 15 20 vDS /V
预夹断点 截止区 厄沟尔道利长电度压调制VA效应
截无止沟区道：vGS VGS (th) 可沟变vG道S电未阻V夹GS区(断th)：
vGvS DS VGS (th)
S
vGSG
VGS
Di (th) D
设v V
GS
GS (th) vi
v 0 时 VGSQ DS
GB S
导电沟道变为
SGD
楔形
第 一 节vO ：
场 效 应
N
N
vDS vGS Vth 时 管
N
N
出现预夹断
vGPSP型型衬Vt衬h底? 底
vDS vGS Vth 时 沟道被夹断
第 四 节 ： 场 效 应 管 放 大 电 路
状态电并源展电开压分应析为，
看结负果值是否一致
自给偏压式偏置(一)
C1
vI RG
VDD
RD C2
T
RVDSD
CS
RL
RD C2
静态时靠源极电阻 第
上提供的一电压个为负的栅－偏源压，四节：
vO
故称自给偏压
VGSQ VSQ IDQ RS
➢增强型场效应管
B
N
N
场
S
效 应
P型衬底
管
MOS
B
B
耗尽型MOS管在栅源零偏时即已
存在导电沟道
D ID
注意其符号与增强型的区别 G
B
S
MOS
耗尽型MOS场效应管(二)
VGS VDS
S
VGGS
SG
N
N
D
D
N
N
PP型型衬衬底底
if (vGS 0)
第 一 节
if (vGS 0)
：
场
if (vGS VGS (off ) )
型与耗尽 型的区别 G
B
P型衬底
S
B
结型场效应管的结构
D
耗尽层
G
P
P
N
D
耗尽层
D iD G
G S
N
N
P
第
二
节
：
D
结 型
iD 场
效
G
应
管
S
导电沟道
导电沟道
S
S
结型场效应管(JFET：Junction Field
Effect Transistor)
根据沟道类型不同亦可分类
结型场效应管的基本工作原理(一)
Cgd
Id
第
d
四 节
：
rds
场 效
应
管
放
大
I
d
电 路d
Cgs gmVgs
Vbs
gmbVbs Cbs
rds
Cbd
s
b
场效应管放大电路的要点
➢分析方法与三极管放大电路相同， 仍然是先静态后动态，既可以使用图
第 四 节
解法又可以使用等效电路法
： 场
➢注意偏置电路的设置（对于不同的 场效应管来说有不同的设置需求）
效 应 管
在相同工作点电流
情况下，MOS管跨导
的数值通常会比双
极型管的小，可能
小1~2个数量级
P沟道增强型MOS场效应管(一)