场效应管及其放大电路
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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。
场效应管及其基本放大电路
= V u TV （BR）GS 栅源间的最高反向击ds穿
Uds=常数
∂ id
∂uds
PDM
最 大 漏 极id允v许gs功=常耗数， 与 三 极 管 类
似。
第34页/共51页
3）FET的三种工作组态
• 以NMOS（E）为例：
ID UDS
RD
UDS
D
B输
B
输 入
G S
UGS
输
G
输
出入
UGS RD
出
共源组态： 输入：GS 输出：DS
（1）栅源电压对沟道的控制作用
在栅源间加
令VDS =0
• 增强型IGFET象双结型三极管一样有一个开启电压
VT ，（相当于三极管死区电压）。
• 当UGS低于VT时，漏源之间夹断。ID=0
g = = •
当
时
m
UGS高于 I
的ID ∂ iD
∂uGS
DV=T 时I DUV，0GT（S漏
源
之
间
加电压 -1）2
2 2ID0(UGS-1)
后。
；
IDID0
VT VT
相当一个很大的电阻
G+ UGS
PN N结
PN
VDD
结N
P
- IS=ID
第5页/共51页
3)、JFET的主要参数
1）夹断电压VP:手册给出是ID为一微小值时的
VGS
32)）、饱电和压漏控极制电电流流I系DS数S;
gm=
4）交流输出电阻 rds=
uds
id
V =0，时的I id
GS vgs
Uds=常数
结型场效应晶体管JFET
Uds=常数
∂ id
∂uds
PDM
最 大 漏 极id允v许gs功=常耗数， 与 三 极 管 类
似。
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3）FET的三种工作组态
• 以NMOS（E）为例：
ID UDS
RD
UDS
D
B输
B
输 入
G S
UGS
输
G
输
出入
UGS RD
出
共源组态： 输入：GS 输出：DS
（1）栅源电压对沟道的控制作用
在栅源间加
令VDS =0
• 增强型IGFET象双结型三极管一样有一个开启电压
VT ，（相当于三极管死区电压）。
• 当UGS低于VT时，漏源之间夹断。ID=0
g = = •
当
时
m
UGS高于 I
的ID ∂ iD
∂uGS
DV=T 时I DUV，0GT（S漏
源
之
间
加电压 -1）2
2 2ID0(UGS-1)
后。
；
IDID0
VT VT
相当一个很大的电阻
G+ UGS
PN N结
PN
VDD
结N
P
- IS=ID
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3)、JFET的主要参数
1）夹断电压VP:手册给出是ID为一微小值时的
VGS
32)）、饱电和压漏控极制电电流流I系DS数S;
gm=
4）交流输出电阻 rds=
uds
id
V =0，时的I id
GS vgs
Uds=常数
结型场效应晶体管JFET
第4章 场效应管及其放大电路讲解
漏极电流 iD 随 uDS 几乎成正比地增大。
6/19/2019 12:06:17 AM
当 uDS 继续增大到 uDS uGS UGS(off) ，即 uGD uGS uDS UGS(off)时，靠
近漏极端的耗尽层在 A 点合拢，如图 4-3c 所示，称为预夹断。此时，
A 点耗尽层两边的电位差用夹断电压UGS(off)表示。预夹断处 A 点的电
到漏极端的不同位置上，栅极与导电沟道之间的电位差在逐渐变化， 即距离源极越远电位差越大，施加到 PN 结的反偏压也越大，耗尽层 越向沟道中心扩展，使导电沟道形成楔形，如图 4-3b 所示。
增大 uDS 靠近漏极的沟道变窄，沟道电阻增大，产生了阻碍漏极
电流 iD 增大的因素。但在 uDS 较小时靠近漏极的沟道还没有被夹断，
第4章 场效应管 放大电路
6/19/2019 12:06:17 AM
基本要求
• 了解场效应管的分类、结型场效应管 （JFET）和金属－氧化物－半导体场效 应管（MOSFET）的结构、工作原理；
• 熟悉输出特性曲线和转移特性曲线，以 及场效应管的主要参数；
• 掌握场效应管放大电路的组成、分析方 法和应用。
6/19/2019 12:06:17 AM
4.1.2.1 uGS对导电沟道和 iD 的控制作用
d
d
d
g
g
U GG
g
U GG
s
uGS
s
(a)
(b)
uGS
s
(c)
图4－2 uDS 0时uGS 对沟道的控制作用
(a) uGS 0 (b) uGS 0 (c) uGS UGS(off)
导电沟道
增加(负数减小)近似按平方律上升，即
6/19/2019 12:06:17 AM
当 uDS 继续增大到 uDS uGS UGS(off) ，即 uGD uGS uDS UGS(off)时，靠
近漏极端的耗尽层在 A 点合拢，如图 4-3c 所示，称为预夹断。此时，
A 点耗尽层两边的电位差用夹断电压UGS(off)表示。预夹断处 A 点的电
到漏极端的不同位置上，栅极与导电沟道之间的电位差在逐渐变化， 即距离源极越远电位差越大，施加到 PN 结的反偏压也越大，耗尽层 越向沟道中心扩展，使导电沟道形成楔形，如图 4-3b 所示。
增大 uDS 靠近漏极的沟道变窄，沟道电阻增大，产生了阻碍漏极
电流 iD 增大的因素。但在 uDS 较小时靠近漏极的沟道还没有被夹断，
第4章 场效应管 放大电路
6/19/2019 12:06:17 AM
基本要求
• 了解场效应管的分类、结型场效应管 （JFET）和金属－氧化物－半导体场效 应管（MOSFET）的结构、工作原理；
• 熟悉输出特性曲线和转移特性曲线，以 及场效应管的主要参数；
• 掌握场效应管放大电路的组成、分析方 法和应用。
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4.1.2.1 uGS对导电沟道和 iD 的控制作用
d
d
d
g
g
U GG
g
U GG
s
uGS
s
(a)
(b)
uGS
s
(c)
图4－2 uDS 0时uGS 对沟道的控制作用
(a) uGS 0 (b) uGS 0 (c) uGS UGS(off)
导电沟道
增加(负数减小)近似按平方律上升，即
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。
电子技术基础第三章场效应管及其放大电路
• JFET是利用PN结反向电压对耗尽层厚度的控制， 来改变导电沟道的宽窄，从而控制漏极电流的大小。
• 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后， iD趋于 饱和。
2019/10/20
思考：为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？
场效应管的应用小结
• 一是当作压控可变电阻，即非线性电阻来使用， VGS的绝对值 越大，导电沟道就越窄，对应的导电沟道电阻越大，即电压 V电G阻S控使制用电时阻，的导大电小沟，道管还子没工有作出在现可预变夹电断阻；区，当作压控可变
2019/10/20
场效应管的分类
场效应管 FET
结型
JFET
IGFET ( MOSFET ) 绝缘栅型
N沟道 P沟道 增强型
耗尽型
2019/10/20
N沟道 P沟道
N沟道 P沟道
第二节 结型场效应管(JFET)的 结构和工作原理
一、结型场效应管的结构
二、结型场效应管的工作原理
三、结型场效应管的特性曲线 及参数
UDS（sat） ≤│Up│。
JFET的三个状态
• 恒流区（放大区、饱和区） • 可变电阻区 • 截止区
2019/10/20
小结
• 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。
第一节 场效应管概述 第二节 结型场效应管的结构和工作原理 第三节 绝缘栅场效应管的结构和工作原理 第四节 场效应管放大电路
2019/10/20
• 3-1 • 3-4 • 3-6 • 3-12
作业
2019/10/20
• 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后， iD趋于 饱和。
2019/10/20
思考：为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？
场效应管的应用小结
• 一是当作压控可变电阻，即非线性电阻来使用， VGS的绝对值 越大，导电沟道就越窄，对应的导电沟道电阻越大，即电压 V电G阻S控使制用电时阻，的导大电小沟，道管还子没工有作出在现可预变夹电断阻；区，当作压控可变
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场效应管的分类
场效应管 FET
结型
JFET
IGFET ( MOSFET ) 绝缘栅型
N沟道 P沟道 增强型
耗尽型
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N沟道 P沟道
N沟道 P沟道
第二节 结型场效应管(JFET)的 结构和工作原理
一、结型场效应管的结构
二、结型场效应管的工作原理
三、结型场效应管的特性曲线 及参数
UDS（sat） ≤│Up│。
JFET的三个状态
• 恒流区（放大区、饱和区） • 可变电阻区 • 截止区
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小结
• 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。
第一节 场效应管概述 第二节 结型场效应管的结构和工作原理 第三节 绝缘栅场效应管的结构和工作原理 第四节 场效应管放大电路
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• 3-1 • 3-4 • 3-6 • 3-12
作业
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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
场效应管的三种放大电路
和半导体三极管一样，场效应管的电路也有三种接法即共源极电路、
共漏极电路和共栅极电路。
1.共源极电路
共源极电路除有图16-13 所示的接法外，还可采用图16-14 所示的电路。
这种电路的栅偏压是由负电压UG经偏置电阻RG提供的。
该电路虽然简单.但R G不易取得过大.否则会在栅漏泄电流流过时产生较大的压降，使栅偏压发生变化.造成工作点的偏离。
共源极基本放大电路的主要参数，可由以下各式确定:
2. 共漏极电路(源极输出器)
共漏极电路如图16-15 所示。
该电路中除有源极电阻Rs提供的自偏压外，还有由R1和R2组成的分压器为栅极提供的固定栅偏压。
共漏极电路的输出与输入同相，可起到阻抗变换器的作用。
共漏极基本放大电路的主要参数可由以下各式确定:
3. 共栅极电路
共栅极电路如图16-16 所示。
偏置电路为自给偏置，当ID流经Rs 时产生压降ID·Rs，由于栅极接地，相当于源极电位比栅极高出一个ID·Rs值。
这种方法简单.栅极电压也会随信号自动调节，对工作点的稳定有好处C 该电路有良好的放大特性。
共栅极电路的输入电阻和输出电阻由下式确定:。
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。
模电第10讲 场效应管及其放大电路
三、场效应管放大电路的动态分析
1. 场效应管的交流等效模型
与晶体管的h参数等效模型类比：
近似分析时可认 为其为无穷大！
iD gm uGS
U DS
根据iD的表达式或转移特性可求得gm。
i D 2 I DSS 1 uGS gm uGS U U GS(off) U GS(off)
U
DS
2 I
2 DSS
1 uGS U GS(off) U GS(off)
2
U DS
2 U GS(off)
2 U GS(off)
2 UGS(th)
I DSS iD
当小信号作用时，可以用来 I DQ近似id，所以
gm
I DSS I DQ
同理，对于增强型MOS管
gm
I DO I DQ
2. 基本共源放大电路的动态分析
• 例2.7.1 已知图中所示电路 VGG 6V VDD 12V Rd 3kΩ
VGS(th) 4V I DO 10mA
试估算电路的Q点
Au
Ro
解：（1）求Q：
VGS VGG 6V 2 U GSQ I DQ I DO 1 2.5mA U GS(th) UDSQ VDD I DQ Rd 4.5V
优点：输入电阻高、噪声系数低、温度稳定性好、 抗辐射能力强、便于集成化。缺点：放大能力差。
输入 输出 公共极
Au
gm Rd 大 倒相
Ri
Ro
共源 g
d
s
很大 大几千欧 几倍~几十倍
gm Rs 1 gm Rs 小同相
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。
感谢您的观看
场效应管放大电路
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N沟道增强型MOSFET的结构示意图和符号
3.1.1 增强型MOS场效应管
二、增强型NMOS管的基本工作原理
VDD
iD
RD
D
iG =0 G
B
vs
S
vO (vDS )
vGS
VGSQ
vBS =0
增强型电阻负载共源放大电路
3.1.1 增强型MOS场效应管
栅源电压vGS的影响
加入栅源电压vGS － 导电沟道的形成 开启电压 VGS(th): 开始形成导电沟道的vGS vGS 对导电沟道有控制作用
vDS VDSQ
k pW L
(VGS
VGS(th) )(1 VDSQ )
2k p
W L
IDQ (1 VDSQ )
2IDQ VGS VGS(th)
3.1.1 增强型MOS场效应管
转移特性曲线
iD= f (vGS)vDS=常数
iD
kp 2
W L
(vGS
VGS(th) )2 (1 vDS )
场效应管在饱和区输出电流
热稳定性好，抗干扰能力强
输入阻抗高, 易集成
3.1 MOS场效应管
场效应管的分类
绝缘栅型场效应管( Insulated Gate Field Effect Transister, IGFET) 也称金属氧化物半导体三极管MOSFET，简称MOS管
（Metal Oxide Semiconductor FET）
与输入电压呈二次函数关系 ( 均
指瞬时值、全值 )。 双极型晶体
管在放大区输出电流与输入电
压呈指数关系。
iD I S (evD /VT 1)
VGS(th)
对交流而言，在Q点附近均 是线性关系，原因是用Q点的切 线代替曲线，近似为线性。
3.1.1 增强型MOS场效应管
四、MOS场效应管的击穿
iD= f (vDS)vGS=常数
3.1.1 增强型MOS场效应管
沟道长度调制效应 漏源电压vDS对沟道长度的调制作用
iD
kp 2
W L
(vGS
VGS(th) )2 (1 vDS )
1 沟道长度调制因子
VA
典型值：0.001~0.03 V-1
厄尔利电压
3.1.1 增强型MOS场效应管
漏极和源极之间的微变等效电阻rds
iD= f (vGS)vDS=常数
由输出特性曲线求转移特性曲线
3.1.1 增强型MOS场效应管
转移特性曲线
iD= f (vGS)vDS=常数
iD
kp 2
W L
(vGS
VGS(th) )2 (1 vDS )
VGS(th)
跨导gm: 衡量栅源电压对漏极电流 的控制作用。
iD
iD IDQ
击穿区: 多种击穿共存
在饱和区，vDS过大会使管内 漏、源区间的耗尽区出现击穿。
截止区
vDS过大时，会导致漏区与衬 底间的PN结出现反向击穿。
对沟道长度较短的MOS管， vDS过大会使漏源区之间全部转为 耗尽区，发生贯通击穿。
栅极下存在SiO2绝缘层，vGS 过大会使绝缘层击穿。
3.1.1 增强型MOS场效应管
结型场效应管 (Junction type Field Effect Transister, JFET)
FET 场效应管
MOSFET 绝缘栅型
JFET 结型
增强型
N沟道 P沟道
耗尽型
N沟道
P沟道 N沟道
（耗尽型）
P沟道
3.1.1 增强型MOS场效应管
一、N沟道增强型MOS管的结构
（简称增强型NMOS管） D(Drain)为漏极， 相当c G(Gate)为栅极， 相当b S(Source)为源极，相当e
vGS Vth
S
G
D
N+
N+
电子移动方向
P型衬底
耗尽层
B
vGS Vth
S
G
D
N+
N+
P型衬底
反型层 B
3.1.1 增强型MOS场效应管
漏源电压vDS对导电沟道的影响
vDS
vDS
i vGS Vth
D
i vGS Vth D
S
G
D
S
G
D
S
vDS
i vGS Vth D
G
D
N+
N+
沟道
P型衬底
耗尽层
饱和区: vGS VGS(th) , vGD VGS(th)
截止区
iD
kp 2
W L
(vGS
VGS(th) )2
vDS在一定范围内变化，剩余 导电沟道上的电压基本不变，iD也 基本不变，输出特性曲线为直线。
但随着vDS的增大，剩余沟道 长度减小，沟道电阻减小，iD会随 vDS增大而略有增大，称这种现象 为沟道长度调制效应。
输出特性曲线
iD= f (vDS)vGS=常数
可变电阻区: vGS VGS(th) vGD VGS(th)
iD
kp 2
W L
[2(vGS
VGS(th) )vDS
vD2 S ]
Ron
kp
W L
1 (vGS VGS(th) )
截止区
3.1.1 增强型MOS场效应管
输出特性曲线
iD= f (vDS)vGS=常数
B 可变电阻区
N+
N+
VGS VGS(th)
预夹断 P型衬底
B
N+
N+
P型衬底
夹断点
B
饱和区
楔型沟道
vGD > VGS(th) vDS < (vGS -VGS(th))
预夹断状态
vGD = VGS(th) vDS = (vGS -VGS(th))
夹断状态
vGD<VGS(th) vDS > (vGS -VGS(th))
3.1.1 增强型MOS场效应管
三、增强型NMOS管特性曲线
输出特性曲线
iD= f (vDS)vGS=常数
转移特性曲线
iD= f (vGS)vDS=常数
3.1.1 增强型MOS场效应管
输出特性曲线
iD= f (vDS)vGS=常数
截止区: vGS VGS(th) iD 0
3.1.1 增强型MOS场效应管
截止区: vGS VGS(th) iD 0
可变电阻区: vGS VGS(th) vGD VGS(th)
rds
vDS
iD
I DQ VDSQ
VDSQ VA I DQ
VA I DQ
1
I DQ
1
VA
iD
kp 2
W L
(vGS
VGS(th) )2
iD
kp 2
W L
(vGS
VGS(th) )2 (1
vDS )
3.1.1 增强型MOS场效应管
转移特性曲线
转移特性反映了场效应管在截止区和饱和区内输出电流iD与 输入电压vGS的关系。
电子电路基础
Electronic and Circuit Foundation
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
场效应晶体管的特点
通过改变电场强度控制半导体的导电能力
栅源电压vGS 控制漏源电流iD
仅有一种载流子参与导电
N沟道器件：载流子为电子 P沟道器件：载流子为空穴
3.1.1 增强型MOS场效应管
二、增强型NMOS管的基本工作原理
VDD
iD
RD
D
iG =0 G
B
vs
S
vO (vDS )
vGS
VGSQ
vBS =0
增强型电阻负载共源放大电路
3.1.1 增强型MOS场效应管
栅源电压vGS的影响
加入栅源电压vGS － 导电沟道的形成 开启电压 VGS(th): 开始形成导电沟道的vGS vGS 对导电沟道有控制作用
vDS VDSQ
k pW L
(VGS
VGS(th) )(1 VDSQ )
2k p
W L
IDQ (1 VDSQ )
2IDQ VGS VGS(th)
3.1.1 增强型MOS场效应管
转移特性曲线
iD= f (vGS)vDS=常数
iD
kp 2
W L
(vGS
VGS(th) )2 (1 vDS )
场效应管在饱和区输出电流
热稳定性好，抗干扰能力强
输入阻抗高, 易集成
3.1 MOS场效应管
场效应管的分类
绝缘栅型场效应管( Insulated Gate Field Effect Transister, IGFET) 也称金属氧化物半导体三极管MOSFET，简称MOS管
（Metal Oxide Semiconductor FET）
与输入电压呈二次函数关系 ( 均
指瞬时值、全值 )。 双极型晶体
管在放大区输出电流与输入电
压呈指数关系。
iD I S (evD /VT 1)
VGS(th)
对交流而言，在Q点附近均 是线性关系，原因是用Q点的切 线代替曲线，近似为线性。
3.1.1 增强型MOS场效应管
四、MOS场效应管的击穿
iD= f (vDS)vGS=常数
3.1.1 增强型MOS场效应管
沟道长度调制效应 漏源电压vDS对沟道长度的调制作用
iD
kp 2
W L
(vGS
VGS(th) )2 (1 vDS )
1 沟道长度调制因子
VA
典型值：0.001~0.03 V-1
厄尔利电压
3.1.1 增强型MOS场效应管
漏极和源极之间的微变等效电阻rds
iD= f (vGS)vDS=常数
由输出特性曲线求转移特性曲线
3.1.1 增强型MOS场效应管
转移特性曲线
iD= f (vGS)vDS=常数
iD
kp 2
W L
(vGS
VGS(th) )2 (1 vDS )
VGS(th)
跨导gm: 衡量栅源电压对漏极电流 的控制作用。
iD
iD IDQ
击穿区: 多种击穿共存
在饱和区，vDS过大会使管内 漏、源区间的耗尽区出现击穿。
截止区
vDS过大时，会导致漏区与衬 底间的PN结出现反向击穿。
对沟道长度较短的MOS管， vDS过大会使漏源区之间全部转为 耗尽区，发生贯通击穿。
栅极下存在SiO2绝缘层，vGS 过大会使绝缘层击穿。
3.1.1 增强型MOS场效应管
结型场效应管 (Junction type Field Effect Transister, JFET)
FET 场效应管
MOSFET 绝缘栅型
JFET 结型
增强型
N沟道 P沟道
耗尽型
N沟道
P沟道 N沟道
（耗尽型）
P沟道
3.1.1 增强型MOS场效应管
一、N沟道增强型MOS管的结构
（简称增强型NMOS管） D(Drain)为漏极， 相当c G(Gate)为栅极， 相当b S(Source)为源极，相当e
vGS Vth
S
G
D
N+
N+
电子移动方向
P型衬底
耗尽层
B
vGS Vth
S
G
D
N+
N+
P型衬底
反型层 B
3.1.1 增强型MOS场效应管
漏源电压vDS对导电沟道的影响
vDS
vDS
i vGS Vth
D
i vGS Vth D
S
G
D
S
G
D
S
vDS
i vGS Vth D
G
D
N+
N+
沟道
P型衬底
耗尽层
饱和区: vGS VGS(th) , vGD VGS(th)
截止区
iD
kp 2
W L
(vGS
VGS(th) )2
vDS在一定范围内变化，剩余 导电沟道上的电压基本不变，iD也 基本不变，输出特性曲线为直线。
但随着vDS的增大，剩余沟道 长度减小，沟道电阻减小，iD会随 vDS增大而略有增大，称这种现象 为沟道长度调制效应。
输出特性曲线
iD= f (vDS)vGS=常数
可变电阻区: vGS VGS(th) vGD VGS(th)
iD
kp 2
W L
[2(vGS
VGS(th) )vDS
vD2 S ]
Ron
kp
W L
1 (vGS VGS(th) )
截止区
3.1.1 增强型MOS场效应管
输出特性曲线
iD= f (vDS)vGS=常数
B 可变电阻区
N+
N+
VGS VGS(th)
预夹断 P型衬底
B
N+
N+
P型衬底
夹断点
B
饱和区
楔型沟道
vGD > VGS(th) vDS < (vGS -VGS(th))
预夹断状态
vGD = VGS(th) vDS = (vGS -VGS(th))
夹断状态
vGD<VGS(th) vDS > (vGS -VGS(th))
3.1.1 增强型MOS场效应管
三、增强型NMOS管特性曲线
输出特性曲线
iD= f (vDS)vGS=常数
转移特性曲线
iD= f (vGS)vDS=常数
3.1.1 增强型MOS场效应管
输出特性曲线
iD= f (vDS)vGS=常数
截止区: vGS VGS(th) iD 0
3.1.1 增强型MOS场效应管
截止区: vGS VGS(th) iD 0
可变电阻区: vGS VGS(th) vGD VGS(th)
rds
vDS
iD
I DQ VDSQ
VDSQ VA I DQ
VA I DQ
1
I DQ
1
VA
iD
kp 2
W L
(vGS
VGS(th) )2
iD
kp 2
W L
(vGS
VGS(th) )2 (1
vDS )
3.1.1 增强型MOS场效应管
转移特性曲线
转移特性反映了场效应管在截止区和饱和区内输出电流iD与 输入电压vGS的关系。
电子电路基础
Electronic and Circuit Foundation
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
场效应晶体管的特点
通过改变电场强度控制半导体的导电能力
栅源电压vGS 控制漏源电流iD
仅有一种载流子参与导电
N沟道器件：载流子为电子 P沟道器件：载流子为空穴