第4章 场效应管放大电路
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0 iD G D iD S B
耗尽型
G D iD S B
增强型
G D iD S B
耗尽型
G D iD S B
+
iD uGS=1.6V 1.4 1.2 1 uDS iD
0.2V uGS=0V -0.2 -0.4 uDS iD
iD uGS=-2.8V -2.6 -2.5 -2 -uDS iD
+
-0.2 uGS=0 0.2 V 0.4 -uDS iD
Rg1
Rd
+EDD
Rg1 RL
T C2 us
T U DSQ uo UGSQ Rg2 直流通道
u C1
i
Rg2
三、共源极放大电路的静态工作点（Q点）
2、静态工作点的估算 （1）画出实际放大电路的直流通路。并在 电路上标出ID、UGS、UDS； 4 IDQ 2 3 ID(mA )
（2）根据直流通路列出输入回路、输出回 路的电压方程 Rg2 EDD UGS=UG-US Rg1 Rg2
直流电源
扩音机框图
一、概述
5、符号规定
uA= UA+ ua 小写字母、大写下标，表示全量。
UA ua Ua 大写字母、大写下标，表示直流量。 小写字母、小写下标，表示交流分量。 大写字母、小写下标，表示交流分量的有效值。
uA ua 交流分量
UA直流分量 t
一、概述
6、场效应管是电压控制器件。它利用栅源电压来控制漏极电流的变化。它的 放大作用以跨导来体现，在场效应管的漏极特性的水平部分，漏极电流iD的值 主要取决于uGS，而几乎与uDS无关。 7、组成原则： 静态：适当的静态工作点，使MOS管工作在恒流区。 UGS > UTN , UGD≈UTN 动态：能为交流信号提供通路。 8、分析方法：
预埋了导电沟道 D N 4 3 1
ID(mA )
4 3 2
ID(mA )
+ + + + +
IDSS 2 UPN
B
1 UGS(V) 0 -.6 -.4 -.2 0 .2 .4
0.4 0.2 UGS=0V -0.2 -0.4 -0.6 4 8 12 16 20 UDS(V)
三、耗尽型MOS管
2、P 沟道耗尽型 UGS<0，沟道变厚 UGS>0，沟道变薄 符号： D
G
S
B
UDS<0 UGS S P N G P ID D 4 3 2 1 0
特性曲线 ID(mA )
- - - - -
B
-0.4V -0.2V UGS=0V 0.2V 0.4V 0.6V 4 8 12 16 20 -UDS(V)
四、MOS管的有关问题
N沟道 P沟道
增强型
电路符号 UTN或UPN 输出特性
第4章
场效应管三极管及其放大电路
§1 §2 §3 §4 §5 §6 §7 金属－氧化物－半导体场效应管 MOS管的共源极放大电路 图解分析法 小信号模型分析法 共漏极和共栅极放大电路 多级放大电路 结型场效应管及其放大电路
一、 MOS管的结构和电路符号
1、场效应管的分类
结型场效应管
Junction type Field Effect Transistor (JFET) 金属－氧化物－半导体场效应管 Metal-Oxide-Semiconductor type Field Effect Transistor (MOSFET) (绝缘栅场效应管)
Rg1 Rd Rd C1 R g g2 ui R EDD EGG T C2 EDD RL us EGG
T
RL EDD
us
uo
二、共源极放大电路的基本组成
3、直流通道和交流通道 放大电路中，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认 为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交 直流所走的通道是不同的。 Rd uo RL
预夹断后， ID由UGS控制：ID=Kn(UGS-UTN)2 ；
输出特性曲线分为三个区； UGS S N
UDS
G
ID≠0 D N
可变电阻区 预夹断曲线 ID(mA ) 2.4V 4
3 2
2.2V UGS=2V 1.8V 饱和区 1.6V 1.4V 4 8 12 16 20 UDS(V) 恒流区
P
交流通路
ui
Rg1 Rg2
短路 开路 us
Rg1
短路 Rd 开路 T C2
置零
EDD
uo RL 直流通道
u C1
i
Rg2
二、共源极放大电路的基本组成
4、放大电路的习惯画法
Rg1
Rd
+EDD
Rg1 EDD uo RL Rg2
Rd T
+EDD
T C2 us
EDD
u C1
i
Rg2
直流通道
三、共源极放大电路的静态工作点（Q点）
GS
ID(mA ) 4 iD 3 2 1 0 4 2.4V
2.2V UGS=2V 1.8V 1.6V 1.4V 8 12 16 20 UDS(V) uDS
S N P
G
D N
B
五、MOS管的主要参数
（5）输出电流ID受UGS控制，故场效应管是一种电压控制器件； i ~10-1~101ms ； 衡量这种控制能力用低频互导(跨导)：gm D u GS u gm的公式表示： 2 iD=Kn (uGS-UTN)2 gm=2Kn (uGS-UTN) 2 K n iD I DO i D UTN
ID(mA ) IDM 4 3 2 1 安全工作区 0 4
IDUDS<PDM
2.4V
2.2V UGS=2V 1.8V 1.6V 1.4V 8 12 16 20 UDS(V) U(BR)DS
S N P
G
D N
B
第4章
场效应管三极管及其放大电路
§1 §2 §3 §4 §5 §6 §7 金属－氧化物－半导体场效应管 MOS管的共源极放大电路 图解分析法 小信号模型分析法 共漏极和共栅极放大电路 多级放大电路 结型场效应管及其放大电路
ID(mA )
2.4V
2.2V UGS=2V 1.8V 1.6V 1.4V 8 12 16 20 UDS(V)
2
1
0 0 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 UGS(V) UTN—开启电压 UTN
二、MOS管的工作原理
以N 沟道增强型为例
2、工作原理 UGS＝0时： ID=0，为截止工作状态。 UGS > 0时： 导电沟道刚形成对应的UGS ＝UTN称为开启电压 UGS足够大时感应出足够多电子到P区的顶部，出现以电子导电为主的 N型导电沟道——感生沟道； 当UDS≠0时， ID≠0 ；当UDS不太大时，导电沟道在两个N区区间是均匀 的， DS间相当于线性电阻。
DS
iD=Kn (uGS-UTN)2=gm(uGS-UTN)/2∝gmuGS ID(mA ) 4 3 iD 2 1 0 4 2.4V
2.2V UGS=2V uGS 1.8V 1.6V 1.4V 8 12 16 20 UDS(V)
S N P
G
D N
B
五、MOS管的主要参数
（6）极限参数 最大漏极电流IDM，最大耗散功率PDM， 漏源击穿电压U(BR)DS， 栅源击穿电压U(BR)GS （7）极间电容： 栅源电容CGS，栅漏电容CGD， 漏源电容CDS，栅衬电容CGB
0
0
0
iD
转移特性
0 UT uGS UP
0
uGS
UT 0uGS
0 UP uGS
（1）MOS管有四种基本类型； （2）由于受UDS的影响，导电沟道不均匀（被调制） （3）ID由UGS控制，正常工作时必须工作在恒流区 （4）增强型——开启电压UTN，耗尽型——夹断电压UPN
五、MOS管的主要参数
（1）开启电压UTN和夹断电压UPN； （2）耗尽型的MOS管的饱和漏电流IDSS； （3）MOS管的直流输入电阻特高，栅极几乎不取电流； 直流输入电阻：RGS=UGS/IG，～109－1015Ω uDS 2]-1 ~104~105W，常可以看 r （4）漏极输出电阻： ds =[ λK ( u U ) n GS TN i D u 作开路；λ——沟道长度调制系数
静态分析：确定不加输入信号时放大电 路的工作状态，估算静态工作点即UGS 、 ID、UDS
动态分析：计算出加上输入信号后放大 电路的各项主要技术指标，如电压放大 倍数Au、输入电阻Ri、输出电阻Ro等。 计算机仿真
估算法
来自百度文库图解法 图解法
微变等效电路法
二、共源极放大电路的基本组成
1、实际电路 T—放大元件iD=gmuGS； EGG—栅极电源，保证UGS > UTN ；EDD——漏极电源，保证UGD≈UTN ； Rg—栅极电阻，保证ui不被EGG短路； Rd—漏电极电阻，将变化的iD转变为变化的uDS，与EDD配合保证UGD≈UTN ； C1， C2—耦合电容隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输 入输出。 2、单电源放大电路
N沟道 P沟道 耗尽型 N沟道 增强型 耗尽型 增强型
P沟道
一、 MOS管的结构和电路符号
2、MOS管的结构和符号
以N 沟道增强型为例 Ai 源极 S 栅极 漏极 SiO2 G D S N G D N D G S B
P
B N沟道增强型
N P
高浓度 B 衬底
N
S
P
G
P N B
D
D G S B
扩散情况：NN>>NP
1、静态工作点的概念 由于电源的存在 → UGS0 ，ID0 4 3 UGSQ 和( IDQ,UDSQ ) 称为静态工作点。 I DQ 2 ID(mA )
2.4V 2.2V Q UGS=2V
1.8V 1.6V 1.4V 8 U12 16 20 UDS(V) DSQ Rd IDQ +EDD
1
0 4
EDD=UDS+IDRd （3）用估算公式 ID=IDO(UGS/UTN-1)2 不准确！！
2.4V 2.2V Q UGS=2V
1.8V 1.6V 1.4V 8 U12 16 20 UDS(V) DSQ Rd IDQ +EDD
1、特性曲线 （1）输出特性曲线 ID=f(UDS)|UGS （2）转移特性 ID=f(UGS)|UDS
以N 沟道增强型为例
ID D G
mA
正常放大时各条转移特性几乎重合， 通常我们就用一条曲线来表示。
UGS
UGS V
S V 12V
UDS
近似公式：ID=Kn(UGS-UTN)2 =IDO(UGS/UTN-1)2 Kn—与结构有关的常数，IDO=KnUTN2 ID(mA ) 4 3 4 3 2 1 4
D-S 间相当 于两个反接 的PN结
UGS S N
UDS
G
ID=0 ≠0 D N
ID(mA )
4 3 2 2.4V
2.2V UGS=2V 1.8V 1.6V 1.4V 8 12 16 20 UDS(V)
P
B
截止区 （UGS <0.8V）
1
0
4
二、MOS管的工作原理
以N 沟道增强型为例
2、工作原理 当UDS较大且UGD=UGS -UDS > UTN ，靠近D端的导电沟道变窄， UGS > UTN时： DS间的电阻随UDS是变化的——可变电阻。ID随UDS增加而增加。 UDS增加到UGD=UTN 时，靠近D端的沟道被夹断，称为预夹断； 预夹断后，UDS 继续增加， UGD≈UTN 时， ID呈恒流（饱和）特性；
B
截止区 （UGS <0.8V）
1
0
三、耗尽型MOS管
1、N 沟道耗尽型 UGS>0，沟道变厚 耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道。 UGS<0，沟道变薄 符号： 对应导电沟道刚刚消失的U =U —夹断电压
GS PN
D G S 特性曲线 UGS S N P G B
转移特性的近似公式： ID=Kn (UGS-UPN)2 =IDSS(UGS/UPN-1)2 IDSS=KnUPN2—饱和漏电流，即UGS=0时的漏极电流， K—与结构有关的常数。
一、概述
1、基本放大电路在电子电路中的地位： 电子电路的基本单元。 2、放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号，用四端网络表示。
ui
Au
uo
3、四种模型： 电压放大模型、电流放大模型、互阻放大模型、互导放大模型 4、基本放大电路的形式 共源放大器 共漏放大器 共栅放大器 前置 放大 功率 放大
P 沟道增强型
二、MOS管的工作原理
以N 沟道增强型为例
1、特性曲线 （1）输出特性曲线 ID=f(UDS)|UGS UDS=0→ID=0； UDS较小时，ID∝UDS； UDS>1V时， ID∝UGS，与UDS几乎无关； U 中间部分几乎平行等距； 实际是上疏下密。 ID(mA ) 4 3
ID D G
mA
UGS
GS
S V
UDS
V 2V
ID(mA ) 2.4V2.3V 2.2V UGS=2V
4 3 2 1 2.4V
2.2V UGS=2V 1.8V 1.6V 1.4V 8 12 16 20 UDS(V)
2
1 0 4
1.8V 1.6V 1.4V 8 12 16 20 UDS(V)
0
4
二、MOS管的工作原理
耗尽型
G D iD S B
增强型
G D iD S B
耗尽型
G D iD S B
+
iD uGS=1.6V 1.4 1.2 1 uDS iD
0.2V uGS=0V -0.2 -0.4 uDS iD
iD uGS=-2.8V -2.6 -2.5 -2 -uDS iD
+
-0.2 uGS=0 0.2 V 0.4 -uDS iD
Rg1
Rd
+EDD
Rg1 RL
T C2 us
T U DSQ uo UGSQ Rg2 直流通道
u C1
i
Rg2
三、共源极放大电路的静态工作点（Q点）
2、静态工作点的估算 （1）画出实际放大电路的直流通路。并在 电路上标出ID、UGS、UDS； 4 IDQ 2 3 ID(mA )
（2）根据直流通路列出输入回路、输出回 路的电压方程 Rg2 EDD UGS=UG-US Rg1 Rg2
直流电源
扩音机框图
一、概述
5、符号规定
uA= UA+ ua 小写字母、大写下标，表示全量。
UA ua Ua 大写字母、大写下标，表示直流量。 小写字母、小写下标，表示交流分量。 大写字母、小写下标，表示交流分量的有效值。
uA ua 交流分量
UA直流分量 t
一、概述
6、场效应管是电压控制器件。它利用栅源电压来控制漏极电流的变化。它的 放大作用以跨导来体现，在场效应管的漏极特性的水平部分，漏极电流iD的值 主要取决于uGS，而几乎与uDS无关。 7、组成原则： 静态：适当的静态工作点，使MOS管工作在恒流区。 UGS > UTN , UGD≈UTN 动态：能为交流信号提供通路。 8、分析方法：
预埋了导电沟道 D N 4 3 1
ID(mA )
4 3 2
ID(mA )
+ + + + +
IDSS 2 UPN
B
1 UGS(V) 0 -.6 -.4 -.2 0 .2 .4
0.4 0.2 UGS=0V -0.2 -0.4 -0.6 4 8 12 16 20 UDS(V)
三、耗尽型MOS管
2、P 沟道耗尽型 UGS<0，沟道变厚 UGS>0，沟道变薄 符号： D
G
S
B
UDS<0 UGS S P N G P ID D 4 3 2 1 0
特性曲线 ID(mA )
- - - - -
B
-0.4V -0.2V UGS=0V 0.2V 0.4V 0.6V 4 8 12 16 20 -UDS(V)
四、MOS管的有关问题
N沟道 P沟道
增强型
电路符号 UTN或UPN 输出特性
第4章
场效应管三极管及其放大电路
§1 §2 §3 §4 §5 §6 §7 金属－氧化物－半导体场效应管 MOS管的共源极放大电路 图解分析法 小信号模型分析法 共漏极和共栅极放大电路 多级放大电路 结型场效应管及其放大电路
一、 MOS管的结构和电路符号
1、场效应管的分类
结型场效应管
Junction type Field Effect Transistor (JFET) 金属－氧化物－半导体场效应管 Metal-Oxide-Semiconductor type Field Effect Transistor (MOSFET) (绝缘栅场效应管)
Rg1 Rd Rd C1 R g g2 ui R EDD EGG T C2 EDD RL us EGG
T
RL EDD
us
uo
二、共源极放大电路的基本组成
3、直流通道和交流通道 放大电路中，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认 为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交 直流所走的通道是不同的。 Rd uo RL
预夹断后， ID由UGS控制：ID=Kn(UGS-UTN)2 ；
输出特性曲线分为三个区； UGS S N
UDS
G
ID≠0 D N
可变电阻区 预夹断曲线 ID(mA ) 2.4V 4
3 2
2.2V UGS=2V 1.8V 饱和区 1.6V 1.4V 4 8 12 16 20 UDS(V) 恒流区
P
交流通路
ui
Rg1 Rg2
短路 开路 us
Rg1
短路 Rd 开路 T C2
置零
EDD
uo RL 直流通道
u C1
i
Rg2
二、共源极放大电路的基本组成
4、放大电路的习惯画法
Rg1
Rd
+EDD
Rg1 EDD uo RL Rg2
Rd T
+EDD
T C2 us
EDD
u C1
i
Rg2
直流通道
三、共源极放大电路的静态工作点（Q点）
GS
ID(mA ) 4 iD 3 2 1 0 4 2.4V
2.2V UGS=2V 1.8V 1.6V 1.4V 8 12 16 20 UDS(V) uDS
S N P
G
D N
B
五、MOS管的主要参数
（5）输出电流ID受UGS控制，故场效应管是一种电压控制器件； i ~10-1~101ms ； 衡量这种控制能力用低频互导(跨导)：gm D u GS u gm的公式表示： 2 iD=Kn (uGS-UTN)2 gm=2Kn (uGS-UTN) 2 K n iD I DO i D UTN
ID(mA ) IDM 4 3 2 1 安全工作区 0 4
IDUDS<PDM
2.4V
2.2V UGS=2V 1.8V 1.6V 1.4V 8 12 16 20 UDS(V) U(BR)DS
S N P
G
D N
B
第4章
场效应管三极管及其放大电路
§1 §2 §3 §4 §5 §6 §7 金属－氧化物－半导体场效应管 MOS管的共源极放大电路 图解分析法 小信号模型分析法 共漏极和共栅极放大电路 多级放大电路 结型场效应管及其放大电路
ID(mA )
2.4V
2.2V UGS=2V 1.8V 1.6V 1.4V 8 12 16 20 UDS(V)
2
1
0 0 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 UGS(V) UTN—开启电压 UTN
二、MOS管的工作原理
以N 沟道增强型为例
2、工作原理 UGS＝0时： ID=0，为截止工作状态。 UGS > 0时： 导电沟道刚形成对应的UGS ＝UTN称为开启电压 UGS足够大时感应出足够多电子到P区的顶部，出现以电子导电为主的 N型导电沟道——感生沟道； 当UDS≠0时， ID≠0 ；当UDS不太大时，导电沟道在两个N区区间是均匀 的， DS间相当于线性电阻。
DS
iD=Kn (uGS-UTN)2=gm(uGS-UTN)/2∝gmuGS ID(mA ) 4 3 iD 2 1 0 4 2.4V
2.2V UGS=2V uGS 1.8V 1.6V 1.4V 8 12 16 20 UDS(V)
S N P
G
D N
B
五、MOS管的主要参数
（6）极限参数 最大漏极电流IDM，最大耗散功率PDM， 漏源击穿电压U(BR)DS， 栅源击穿电压U(BR)GS （7）极间电容： 栅源电容CGS，栅漏电容CGD， 漏源电容CDS，栅衬电容CGB
0
0
0
iD
转移特性
0 UT uGS UP
0
uGS
UT 0uGS
0 UP uGS
（1）MOS管有四种基本类型； （2）由于受UDS的影响，导电沟道不均匀（被调制） （3）ID由UGS控制，正常工作时必须工作在恒流区 （4）增强型——开启电压UTN，耗尽型——夹断电压UPN
五、MOS管的主要参数
（1）开启电压UTN和夹断电压UPN； （2）耗尽型的MOS管的饱和漏电流IDSS； （3）MOS管的直流输入电阻特高，栅极几乎不取电流； 直流输入电阻：RGS=UGS/IG，～109－1015Ω uDS 2]-1 ~104~105W，常可以看 r （4）漏极输出电阻： ds =[ λK ( u U ) n GS TN i D u 作开路；λ——沟道长度调制系数
静态分析：确定不加输入信号时放大电 路的工作状态，估算静态工作点即UGS 、 ID、UDS
动态分析：计算出加上输入信号后放大 电路的各项主要技术指标，如电压放大 倍数Au、输入电阻Ri、输出电阻Ro等。 计算机仿真
估算法
来自百度文库图解法 图解法
微变等效电路法
二、共源极放大电路的基本组成
1、实际电路 T—放大元件iD=gmuGS； EGG—栅极电源，保证UGS > UTN ；EDD——漏极电源，保证UGD≈UTN ； Rg—栅极电阻，保证ui不被EGG短路； Rd—漏电极电阻，将变化的iD转变为变化的uDS，与EDD配合保证UGD≈UTN ； C1， C2—耦合电容隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输 入输出。 2、单电源放大电路
N沟道 P沟道 耗尽型 N沟道 增强型 耗尽型 增强型
P沟道
一、 MOS管的结构和电路符号
2、MOS管的结构和符号
以N 沟道增强型为例 Ai 源极 S 栅极 漏极 SiO2 G D S N G D N D G S B
P
B N沟道增强型
N P
高浓度 B 衬底
N
S
P
G
P N B
D
D G S B
扩散情况：NN>>NP
1、静态工作点的概念 由于电源的存在 → UGS0 ，ID0 4 3 UGSQ 和( IDQ,UDSQ ) 称为静态工作点。 I DQ 2 ID(mA )
2.4V 2.2V Q UGS=2V
1.8V 1.6V 1.4V 8 U12 16 20 UDS(V) DSQ Rd IDQ +EDD
1
0 4
EDD=UDS+IDRd （3）用估算公式 ID=IDO(UGS/UTN-1)2 不准确！！
2.4V 2.2V Q UGS=2V
1.8V 1.6V 1.4V 8 U12 16 20 UDS(V) DSQ Rd IDQ +EDD
1、特性曲线 （1）输出特性曲线 ID=f(UDS)|UGS （2）转移特性 ID=f(UGS)|UDS
以N 沟道增强型为例
ID D G
mA
正常放大时各条转移特性几乎重合， 通常我们就用一条曲线来表示。
UGS
UGS V
S V 12V
UDS
近似公式：ID=Kn(UGS-UTN)2 =IDO(UGS/UTN-1)2 Kn—与结构有关的常数，IDO=KnUTN2 ID(mA ) 4 3 4 3 2 1 4
D-S 间相当 于两个反接 的PN结
UGS S N
UDS
G
ID=0 ≠0 D N
ID(mA )
4 3 2 2.4V
2.2V UGS=2V 1.8V 1.6V 1.4V 8 12 16 20 UDS(V)
P
B
截止区 （UGS <0.8V）
1
0
4
二、MOS管的工作原理
以N 沟道增强型为例
2、工作原理 当UDS较大且UGD=UGS -UDS > UTN ，靠近D端的导电沟道变窄， UGS > UTN时： DS间的电阻随UDS是变化的——可变电阻。ID随UDS增加而增加。 UDS增加到UGD=UTN 时，靠近D端的沟道被夹断，称为预夹断； 预夹断后，UDS 继续增加， UGD≈UTN 时， ID呈恒流（饱和）特性；
B
截止区 （UGS <0.8V）
1
0
三、耗尽型MOS管
1、N 沟道耗尽型 UGS>0，沟道变厚 耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道。 UGS<0，沟道变薄 符号： 对应导电沟道刚刚消失的U =U —夹断电压
GS PN
D G S 特性曲线 UGS S N P G B
转移特性的近似公式： ID=Kn (UGS-UPN)2 =IDSS(UGS/UPN-1)2 IDSS=KnUPN2—饱和漏电流，即UGS=0时的漏极电流， K—与结构有关的常数。
一、概述
1、基本放大电路在电子电路中的地位： 电子电路的基本单元。 2、放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号，用四端网络表示。
ui
Au
uo
3、四种模型： 电压放大模型、电流放大模型、互阻放大模型、互导放大模型 4、基本放大电路的形式 共源放大器 共漏放大器 共栅放大器 前置 放大 功率 放大
P 沟道增强型
二、MOS管的工作原理
以N 沟道增强型为例
1、特性曲线 （1）输出特性曲线 ID=f(UDS)|UGS UDS=0→ID=0； UDS较小时，ID∝UDS； UDS>1V时， ID∝UGS，与UDS几乎无关； U 中间部分几乎平行等距； 实际是上疏下密。 ID(mA ) 4 3
ID D G
mA
UGS
GS
S V
UDS
V 2V
ID(mA ) 2.4V2.3V 2.2V UGS=2V
4 3 2 1 2.4V
2.2V UGS=2V 1.8V 1.6V 1.4V 8 12 16 20 UDS(V)
2
1 0 4
1.8V 1.6V 1.4V 8 12 16 20 UDS(V)
0
4
二、MOS管的工作原理