第五章 场效应管及其放大电路
场效应管及其基本放大电路
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
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 。
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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。
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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
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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
场效应晶体管及其放大电路
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
模拟电子技术第五章场效应管及其放大电路
况，称为预夹断。源区 而未夹断沟道部分为低阻，因
的自由电子在VDS电场力 的作用下，仍能沿着沟
此，VDS增加的部分基本上降落 在该夹断区内，而沟道中的电
道向漏端漂移，一旦到 场力基本不变，漂移电流基本
达预夹断区的边界处， 不变，所以，从漏端沟道出现
就能被预夹断区内的电 场力扫至漏区，形成漏
预夹断点开始， ID基本不随VDS
VDS ＝ VD － VS =VDD－IDRD－ VS
二、小信号模型
iD Kn vGS VT 2
Kn VGSQ vgs VT 2
漏极信号 电流
Kn VGSQ VT 2 2Kn VGSQ VT vgs Knvg2s
Kn
VGSQ
VT
2 gmvgs
K
nv
2 gs
IDQ id
3. 最大漏源电压V(BR)DS
指发生雪崩击穿时，漏极电流iD急剧上升时的vDS。与vGS有关。
4. 最大栅源电压 V(BR)GS
指PN结电流开始急剧增大时的vGS。
5.2 MOSFET放大电路
5.2.1 MOSFET放大电路
1. 直流偏置及静态工作点的计算 2. 小信号模型分析 3. MOSFET 三种基本放大电路比较
产生谐波或 非线性失真
λ= 0
λ≠ 0
共源极放大电路
例题5.2.4:
电路如图所示，设VDD=5V， Rd=3.9kΩ， VGS=2V， VT=1V， Kn=0.8mA/V2，λ=0.02V-1。试当管工作在饱和区时，试确定电路 的小信号电压增益。
例题5.2.5:
电路如图所示，设Rg1=150kΩ，Rg2=47kΩ，VT=1V，Kn=500μA/V2，λ=0， VDD=5V，-VSS=-5V， Rd=10kΩ， R=0.5kΩ， Rs=4kΩ。求电路的电压增益和 源电压增益、输入电阻和输出电阻。
场效应管及其放大电路自测题
第五章场效应管及其放大电路自测题一、填空题1.场效应管的转移特性I D～U GS，符合（B）规律。
A.指数B.平方C.线性2.当U GS=0时，仍能工作在饱和区的场效应管是（C）场效应管。
A.结型B.增强型MOSC.耗尽型MOS3.场效应管的跨导与双极性晶体管相比，一般情况下（B）。
A.更大B.更小C.差不多4.场效应管的漏极电流IDD从2mA变为4mA时，它的跨导gfm将（A）。
A.增大B.减小C.不变5.场效应管源极跟随器与双极型晶体管射极跟随器相比，（B C）。
A.其跟随特性更好B.跟随特性更差C.输出阻抗高D.输出阻抗低6.造成源极跟随器与射极跟随器相比有以上不同特性的根本原因是（B C）。
A.场效应管输入阻抗高B.场效应管跨导低C.场效应管放大倍数小7.以下几种场效应管构成的连接方式可以构成有源放大器的是（ABC）。
A.放大管和负载管为同种导电类型的器件B.放大管和负载管为不同导电类型的器件C.放大管为增强型NMOS管，负载管为耗尽型NMOS管D.放大管为耗尽型NMOS管，负载管为增强型NMOS管8.与双极型晶体管相比，场效应管具有的特点是（B C D）。
A.放大作用大B.输入阻抗高C.抗辐射能力强D.功耗小9.N沟道结型场效应管的偏置电压UGS应为（B）。
A.正B.负C.零10.可以采用自给偏置方式的场效应管有（A C ）。
A.结型场效应管B.增强型MOS场效应管C.耗尽型MOS场效应管第五章自测题答案。
电子电工学——模拟电子技术 第五章 场效应管放大电路
场效应管正常工作时漏极电流的上限值。
2. 最大耗散功率PDM
由场效应管允许的温升决定。
3. 最大漏源电压V(BR)DS 当漏极电流ID 急剧上升产生雪崩击穿时的vDS值。
4. 最大栅源电压V(BR)GS
是指栅源间反向电流开始急剧上升时的vGS值。
5.2 MOSFET放大电路
场效应管是电压控制器件，改变栅源电压vGS的大小，就可以控制漏极 电流iD，因此，场效应管和BJT一样能实现信号的控制用场效应管也 可以组成放大电路。
场效应管放大电路也有三种组态，即共源极、共栅极和共漏极电路。
由于场效应管具有输入阻抗高等特点，其电路的某些性能指标优于三极 管放大电路。最后我们可以通过比较来总结如何根据需要来选择BJT还
vGS＜0沟道变窄，在vDS作用下，iD 减小。vGS=VP(夹断电压，截止电 压）时，iD=0 。
可以在正或负的栅源电压下工作，
基本无栅流。
2.特性曲线与特性方程
在可变电阻区 iD
Kn
2vGS
VP vDS
v
2 DS
在饱和区iD
I DSS 1
vGS VP
2
I DSS KnVP2称为饱和漏极电流
4. 直流输入电阻RGS
输入电阻很高。一般在107以上。
二、交流参数
1. 低频互导gm 用以描述栅源电压VGS对漏极电流ID的控制作用。
gm
iD vGS
VDS 常数
2. 输出电阻 rds 说明VDS对ID的影响。
rds
vDS iD
VGS 常数
3. 极间电容
极间电容愈小，则管子的高频性能愈好。
三、极限参数
D iD = 0
场效应管放大电路
第五章 场效应管放大电路1、 图1所示场效应管工作于放大状态，ds r 忽略不计，电容对交流视为短路。
跨导为m 1ms g =。
（1）画出电路的交流小信号等效电路；（2）求电压放大倍数uA 和源电压放大倍数us A ；（3）求输入电阻i R 和输出电阻oR 。
题图12、电路如图2所示，场效应管的m 11.3ms g =，ds r 忽略不计。
试求共漏放大电路的源电压增益us A 、输入电阻i R 和输出电阻oR 。
图23、 放大电路如图3所示，已知场效应管的DSS 1.6mA I =，p U = -4V ，ds r 忽略不计，若要求场效应管静态时的GSQ 1V U =-，各电容均足够大。
试求：（1）g1R 的阻值；（2）uA 、i R 及o R 的值。
图34、图4(a)所示电路中的场效应管的转移特性为图4(b)所示，试求解该电路的GS U 、D I 和DS U 。
图45、电路如图5所示，已知FET 的I DSS = 3mA 、U P = －3V 、U (BR)DS = 10V 。
试问在下列三种条件下，FET 各处于哪种状态？(1) R d = 3.9k Ω；(2) R d = 10k Ω；(3) R d = 1k Ω。
VT+V DD R gR d图56、源极输出器电路如图6所示，已知场效应管在工作点上的互导m 0.9ms g ，ds r 忽略不计，其他参数如图中所示。
求电压增益u A 、输入电阻i R 和输出电阻oR 。
图6填空题1、双极型半导体三极管是器件，而场效应管属于器件。
2、对于MOSFET，用来描述栅源电压对漏极电流控制能力大小的参数称为。
3、在MOSFET中，在漏源电压一定的条件下，用以描述漏极电流与栅源电压之间关系的曲线称为。
4、在N沟道的MOSFET的电路中，若栅源电压已大于开启电压，漏源电压在某一变化区域内，漏极电流会随着漏源电压的增大而增大，说明此时MOSFET工作于区。
5、在构成放大器时，可以采用自给偏压电路的场效应管是场效应管。
场效应管放大电路
•
•
Au
Uo •
Uo •
gm RL
Ui Ugs
放大电路的输入电阻为
ri [RG (RG1 //RG2 )]// rgs ≈ RG (RG1 //RG2 )
场效应管的输入电阻rgs很高，并联后可略去。由上式可知，在分压点和 栅极之间接入一高电阻RG，可提高放大电路的输入电阻。
放大电路的输出电阻为
正，不能采用自给偏压偏置电路，必须采用分压式偏置电路。
电路中各元件作用如下：
RS为源极电阻，电路的静态工作点受它控制，其阻值约为几千欧姆； CS 为源极电阻上的交流旁路电容，其作用相当于共发射极放大电路中的 CE ， 其容量约为几十微法； RG为栅极电阻，用来构成栅极、源极间的直流通路， RG的阻值不能太小，否则会影响放大电路的输入电阻，其阻值约为200 kΩ～ 10 MΩ； RD为漏极电阻，它影响电路的电压放大倍数，其阻值约几十千欧； C1 ，C2分别是输入回路和输出回路的耦合电容，具有隔直流通交流的作用， 其容量约为0.01～0.47 μF。
电 工 电 子 技 术
过渡页
第2页
场效应管放大电路
• 1.1 自给偏压偏置电路 • 1.2 分压式偏置电路
第3页
场
效
应
管 放 大
自 给 偏 压
电偏
路置
电
路
1.1
如图10-21所示是N沟道耗尽 型绝缘栅场效应管的自给偏压偏 置电路，图中，源极电流 （等于 漏极电流 ）流经源极电阻 ，在 上产生的压降为 。由于绝缘栅场 效应管的栅极电流为零，因此 上 的压降为零，所以
图10-21 场效应管自给偏压偏置电路
UGS ISRS ISRD
图10-21 场效应管自给偏压偏置电路
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。
场效应管放大电路
场效应管放大电路场效应管放大电路与双极型晶体管放大电路类似，也有与之对应的三种基本组态：共源（共射）、共漏（共集）和共栅极（共基极）。
1.直流偏置及静态分析场效应管放大电路有两种常用的直流偏置方式：自给偏压和分压式偏置。
由于耗尽型（包括结型）管子在时就有漏极电流，利用这一电流在源极电阻上产生的电压给管子供应直流偏置，因此自给偏压仅适合于耗尽型管子。
分压式偏置方式，利用分压电阻供应的栅极直流电位和源极电阻上产生的直流压降共同建立栅源间极的直流偏置。
调整分压比可以使偏置电压为正或为负，使用敏捷，适合于各种场效应管。
场效应管放大电路的静态分析有图解法和解析法两种。
图解法与双极型晶体管放大电路的图解法类似，读者可对比学习。
解析法是依据直流偏置电路分别列出输入、输出回路电压电流关系式，并与场效应管工作在恒流区（放大区）漏极电流和的关系联立求解获得静态工作点。
2.动态分析场效应管放大电路的动态分析也有图解法和微变等效电路法两种。
它与双极型晶体管放大电路的分析法类似，读者可对比学习。
在双极型晶体管放大电路动态分析中，通常给出了管子的β值，而在场效应管放大电路分析中则需要利用解析法计算跨导gm。
例如耗尽型管子的由下式求得：上式表明gm与IDQ有关，IDQ越大，gm也就越大。
3.三种基本放大电路的特点场效应管放大电路的组态判别与双极型晶体管放大电路类似此处不再赘述。
三种基本放大电路的性能特点如表1所示。
表1 场效应管三种基本放大电路的性能特点共源极共漏极共栅极输入电阻大大小输出电阻较大小较大电压放大倍数大小于等于1大uo与ui的相位关系反相同相同相。
场效应管及放大电路
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。
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场效应管放大电路
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第五章场效应管及其放大电路自测题
一、填空题
1.场效应管的转移特性I D～U GS，符合（B）规律。
A.指数
B.平方
C.线性
2.当U GS=0时，仍能工作在饱和区的场效应管是（C）场效应管。
A.结型
B.增强型MOS
C.耗尽型MOS
3.场效应管的跨导与双极性晶体管相比，一般情况下（B）。
A.更大
B.更小
C.差不多
4.场效应管的漏极电流IDD从2mA变为4mA时，它的跨导gfm将（A）。
A.增大
B.减小
C.不变
5.场效应管源极跟随器与双极型晶体管射极跟随器相比，（B C）。
A.其跟随特性更好
B.跟随特性更差
C.输出阻抗高
D.输出阻抗低
6.造成源极跟随器与射极跟随器相比有以上不同特性的根本原因是（B C）。
A.场效应管输入阻抗高
B.场效应管跨导低
C.场效应管放大倍数小
7.以下几种场效应管构成的连接方式可以构成有源放大器的是（ABC）。
A.放大管和负载管为同种导电类型的器件
B.放大管和负载管为不同导电类型的器件
C.放大管为增强型NMOS管，负载管为耗尽型NMOS管
D.放大管为耗尽型NMOS管，负载管为增强型NMOS管
8.与双极型晶体管相比，场效应管具有的特点是（B C D）。
A.放大作用大
B.输入阻抗高
C.抗辐射能力强
D.功耗小
9.N沟道结型场效应管的偏置电压UGS应为（B）。
A.正
B.负
C.零
10.可以采用自给偏置方式的场效应管有（A C ）。
A.结型场效应管
B.增强型MOS场效应管
C.耗尽型MOS场效应管
第五章自测题答案。