场效应管及其电路
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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
场效应管及其基本电路
ri RG R1 // R2
1.0375M
ro=RD=10k
Uo gm U gs (RD // RL )
Au g m R'L
2.6.3 源极输出器
一、静态分析
+UDD R1 150k
D
G S C2
R1 UG U DD 5V R1 R2
绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。
3.2 绝缘栅场效应管: 3.2.1N沟道增强型场效应管
一、结构和电路符号
S
G
D
金属铝
D
两个N区 N N G S
P
P型基底 SiO2绝缘层 导电沟道 N沟道增强型
S
G
D D
N P
予埋了导 电沟道
N
G
S
N 沟道耗尽型
D S
G
D
G
P N
P
S
P 沟道增强型
S
G
漏极输出电阻
场效应管的微变等效电路为：
iD D
G
uDS
ugs
D
gmugs rDS uds
G uGS
S
S G
ugs
D
gmugs uds
很大， 可忽略。
S
场效应管的分压式自偏压放大电路
UDD=20V R1 C1 G RG ui R2 1M 50k S RS 10k 10k RL uo 150k RD 10k C2 D
压VP）,耗 尽区碰到一起，DS 间被夹断，这时，即 使UDS 0V，漏极电 D 流ID=0A。
UDS=0时
ID P N UDS
G
N
UGS
S
越靠近漏端，PN 结反压越大
第4章 场效应管及其电路
第4章
场效应管及其电路
场效应管(FET)是一种电压控制器件，它是利用输入电压 产生电场效应来控制输出电流的。它具有输入电阻高、噪声低、 热稳定性好、耗电省等优点，目前已被广泛应用于各种电子电 路中。 场效应管按其结构不同分为结型(JFET)和绝缘栅型(IGFET) 两种，其中绝缘栅型场效应管由于其制造工艺简单，便于大规 模集成，因此应用更为广泛。
求得ID和UGS后，再求
U DS VDD I D (Rd Rs )
第4章
场效应管及其电路
4.3 场效应管放大电路
(2) 动态分析
①FET的简化H参数等效电路
图4-14 FET简化H参数等效电路
第4章
场效应管及其电路
4.3 场效应管放大电路
图4-2
uGS 0 时的情况
第4章
场效应管及其电路
4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
2．工作原理 0 (2) 栅源电压 uGS 0 ，漏源电压 uDS 时的情况 如图4-3所示，由P型 半导体转化成的N型薄层， 被称为反型层。反型层使 漏源之间形成一条由半导 体N-N-N组成的导电沟道 。 若此时加入漏源电压 ， uDS i 就会有漏极电流 产生。D
D
第4章
场效应管及其电路
4.2 结型场效应管(JFET)
2．转移特性曲线
u 在N沟道JFET转移特性曲线上， GS 0处的 iD I DSS ,而 iD 0 i 处的 uGS U P 。在恒流区，D 与 uGS之间的关系可近似表示为
u iD I DSS 1 - GS UP
2
条件为： U P ≤ uDS ≤U (BR)DS
U P ≤ uGS ≤ 0
第9讲 场效应管及其放大电路
3. 基本共漏放大电路的动态分析
Uo Id R s g m Rs Au I R Ui U gs 1 g m Rs d s Ri
若Rs=3kΩ，gm=2mS，则
Au ?
基本共漏放大电路输出电阻的分析
Ro
Uo Io
Uo Uo Rs g mU o
iD u GS
U
DS
gm
根据iD的表达式或转移特性可求得gm。
2. 基本共源放大电路的动态分析
Uo Id R d Au g m Rd Ui U gs Ri Ro Rd
若Rd=3kΩ， Rg=5kΩ，
gm=2mS，则 Au ?
与共射电路比较。
Rs ∥
1 gm
若Rs=3kΩ，gm=2mS， 则Ro=?
四、复合管
复合管的组成：多只管子合理连接等效成一只管子。 目的：增大β，减小前级驱动电流，改变管子的类型。
i E i B 1 (1 1 )( 1 2 )
1 2
不同类型的管子复合 后，其类型决定于T1管。
讨论一
I D I DO (
U GSQ U GS(th)
1)
2
U DSQ V DD I DQ ( R d R 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？
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！
由正电源获得负偏压 称为自给偏压
I D I DSS (1 U GSQ U GS(off)
2
场效应晶体管及其放大电路
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
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
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。
场效应管及其应用电路
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
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
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
P 沟道增强型
SG D
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
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
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
P 沟道增强型
SG D
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
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
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。
模电课件第三章场效应管及其基本电路
iD
I
D
0
(1
uGS U GSoff
)2
ID0表示uGS=0时所对应的漏极电流。
式中:
ID0
unCox 2
W L
(U
2 GSoff
)
2024年9月17日星期二
模拟电子线路
37
iD
ID0
UGSoff
0
uGS
(a) 图3―10N沟道耗尽型MOS管的特性及符号 (a)转移特性；(b)输出特性；(c)表示符号
2024年9月17日星期二
模拟电子线路
13
3―1―2 结型场效应管的特性曲线
一、转移特性曲线
uGS≤0, iD≥0
iD f (uGS ) uDS C
恒流区中:
iD
IDSS (1
uGS UGSoff
)2
式中: IDSS——饱和电流，表示uGS=0时的iD值；
UGSoff——夹断电压，表示uGS=UGSoff时iD为
2024年9月17日星期二
模拟电子线路
9
D
P
P
UGS
横向电场作用: ︱UGS︱↑→ PN结耗尽层宽度↑ →沟道宽度↓
S
(b) UGS负压增大, 沟道变窄 图3―2栅源电压UGS对沟道的控制作用示意图
2024年9月17日星期二
模拟电子线路
10
D
P
P
UGSoff——夹断电压
UGS
S
(c) UGS负压进一步增大, 沟道夹断 图3―2栅源电压UGS对沟道的控制作用示意图
(2) uGS固定, uDS增大, iD增大极小。
2024年9月17日星期二
模拟电子线路
21
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:。
场效应管及应用电路
2
UGS I DSS 1 U GS, off
其中: IDSS为漏极饱和电流, K为导电因子,UGS,off为夹断电压。
13/132
N 沟 道
结 型 场 效 应 管
P 沟 道
14/132
三、MOS场效应管
N沟道增强型的MOS管 P沟道增强型的MOS管
MOS场效应管分类
MOS场效应管
D D D N P+ G P+ P+ G P+
N
G P+
N
P+
UGS=0
S
UGS< 0
S
S UGS≤UGS,off （夹断电压）
8/132
D N
D N
D N
G
P+
P+
G
P+
P+
G
P+
P+
UGS=0
S
UGS< 0
S
S UGS≤UGS,off
1. 当UGS=0时，沟道较宽，在UDS的作用下N沟道内的电子定向 运动形成漏极电流ID。 2.当UGS,off < UGS≤0时， PN结反偏，PN结（耗尽层）加宽，漏 源间的沟道将变窄，ID将随着UGS的减小（反向增大）减小。
3.当UGS ≤UGS,off 时，耗尽层将导电沟道全部夹断，ID=0。
9/132 栅源电压UGS对漏极电流ID的控制作用 U =U
GS
夹断状态 ID=0 夹断电压 G UGS P+
GS,off
D ID N P+ UDS
转移特性曲线
S UGS,off < UGS ≤ 0 UDS>0
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 )。
场效应管的作用及典型电路
场效应管的作用及典型电路
一、Mosfet管的作用
Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor（MOSFET）是一种半导体多层效应管，它由三个极门构成：源极、汲极和控制极。
控制极之间有一层氧化膜，当控制极电压变化时，就可以改变这个氧化膜的电容，从而改变源极和汲极之间的电流。
MOSFET电路可以提供更高的效率，更小的尺寸和低功耗。
Mosfet管可以在电路中用来传输、放大、改变或控制电路的输出。
它是用来替代传统的开关管（BJT）的，它的操作要比传统的开关管更加灵活。
MOSFET的另一个优点是它可以将更高的电流压缩到更少的开关数量，从而使电路的整体尺寸减小，成本也更低。
二、Mosfet管的典型电路
1、放大器：MOSFET可用于单端放大电路，也可用于双端放大电路。
它通常被用来放大低频信号，例如声音信号。
2、开关：MOSFET可用于将电路的输出断开或接通。
它可以用来控制负载电流，也可以用来加快看门狗器件的超时脉冲。
3、控制：MOSFET也可以用来控制电路的输出电压或电流。
它可以被用来构建稳压器、电源稳压器或线性调整器。
4、线性应用：MOSFET有时也可以用作可调电阻，可以用来调节输出电压或电流。
三、总结
MOSFET是一种半导体多层效应管，由三个极门构成：源极、汲极和控制极。
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
场效应管及其基本电路PPT课件
纵向电场作用：在沟道造成楔型结构（上窄下宽）
图3.1.3 uDS
29.07.2020
B0400091S 模拟电子线路A
13
I D 几乎不变 沟道局部夹断
D
G P
P UDS
UGS S
(b) uGD<UGSoff（预夹断后）
由于夹断点与源极间的沟道长度略有缩短，呈现的沟道 电阻值也就略有减小，且夹断点与源极间的电压不变。
•NJFET结构上相当于NPNBJT
•电极G-B S-E D-S 相对应
•N沟道JFET iD>0
D
C
B
G
S
E
29.07.2020
B0400091S 模拟电子线路A
9
、结型场效应管的工作原理
iDf(uG,SuD)S D
N
G
P
P
S
(a) UGS =0，沟道最宽
图3.1.2栅源电压UGS对沟道的控制作用示意图
结型场效应三极管漏源电压对沟道的控制作用.avi
29.07.2020
B0400091S 模拟电子线路A
14
沟道夹断 uGSUGS off
沟道预夹断 1.uGS UGSoff;
2.uGDUGSoff
or u D S u D G u G S u G S U GSof
沟道局部夹断 1.uGS UGSoff;
3.1.3 场效应管的参数
一、直流参数
二、极限参数
三、交流参数
3.2 场效应管工作状态分析及其偏置电路
3.2.1 场效应管工作状态分析
一、各种场效应管的符号对比
二、各种场效应管的特性对比
三、BJT与FET工作状态的对比
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图4-2 uGS 0 时的情况
第4章 场效应管及其电路
4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
2．工作原理 (2) 栅源电压 uGS 0，漏源电压 u DS 时0 的情况
如图4-3所示，由P型 半导体转化成的N型薄层， 被称为反型层。反型层使 漏源之间形成一条由半导 体N-N-N组成的导电沟道 。 若此时加入漏源电压 ， 就会u D 有S 漏极电流 产生。i D
先掺入了大量的正离子。因而使
u
G
＝
S
0
,P衬底表面也可感应
出较多的自由电子，形成反型层，建立起导电沟道,其结构
如图4-7（a）所示。
将u
G
＝
S
0
时有导电沟道存在的场效应管通称为耗尽型
场效应管，符号中导电沟道用实线表示。
第4章 场效应管及其电路
4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
(a)结构示意图
(b)电路符号
D
u
DS
的关系曲线，如图4-5所示，
其函数关系式为
iDf(uD S)uG S常 数
图4-5 输出特性曲线
第4章 场效应管及其电路
4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
4.1.2 P沟道增强型场效应管(PMOS管)
P沟道增强型MOS管和N沟道增强型MOS管的主要区别 在于作为衬底的半导体材料的类型不同，P沟道增强型MOS 管以N型硅作为衬底，另外，漏极和源极是从P 引出，反型 层为P型，对应的导电沟道也为P型结构，其符号如图4-6所 示。
第4章 场效应管及其电路
4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
(a)结构示意图
(b)电路符号
图4-1 N沟道增强型MOS管
第4章 场效应管及其电路
4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
2．工作原理
(1) 栅源电压 uGS 时0 的情况
如图4-2所示，漏源之间 为一条由半导体N-P-N组成的 两个反向串联的PN结，因此 即使加入漏源电压 u D S ，因无 导电沟道形成，漏极电 流iD 0 。
实际应用中，常常将P沟道增强型 MOS管和N沟道增强型MOS管结合起 来使用，称为CMOS，也可称为互补 MOS。
图4-6 P沟道增强型 MOS管电路符号
第4章 场效应管及其电路
4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
4.1.3 N沟道耗尽型场效应管
N沟道耗尽型MOS管在制造时，在二氧化硅绝缘层中预
2
iD
IDO
uGS UT
-1
uGS UT （4-1）
。 I D O
是 uGS 2UT 时的 i D
值, U
为开启电压
T
图4-4 转移特性曲线
第4章 场效应管及其电路
4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
(2)输出特性曲线
输出特性是指增强型
NMOS管在栅源电压
u
G
一定
S
时，输出电流
i
与漏源电压
第4章 场效应管及其电路
4.3 场效应管放大电路 4.3.1 共源放大电路 4.3.2 共漏放大电路 4.3.3 复合互补源极跟随器
第4章 场效应管及其电路
【本章要点】MOS管的原理、特性和主要参数 结型场效应管原理、特性及主要参数 场效应管放大电路的组成与原理
【本章难点 】MOS管的原理和转移特性及主要参数 场效应管的微变等效电路法
4.2 结型场效应管(JFET)
4.2.2 结型场效应管的工作原理
图4-10
uDS
0
时，u GS
对导电沟道的影响
第4章 场效应管及其电路
4.2 结型场效应管(JFET)
如图4-10 (a)所示，场效应管两侧的PN结均处于零偏置， 因此耗尽层很薄，中间的导电沟道最宽，沟道等效电阻最 小。当 时uGS， 0在 作用u G S 下，场效应管两侧的耗尽层加宽， 相应的中间导电沟道变窄，沟道等效电阻增大，如图4-10(b) 所示。当 的反偏值u G S增大到某一值时，场效应管两侧的耗 尽层相接，导电沟道消失，这种现象称为夹断，如图4-10(c) 所示，发生夹断时的栅源电压即为夹断电压 。此时，沟 道等U P 效电阻趋于无穷大，即使加入 ，漏极电流 u依D S 然为 零。 i D
图4-7 N沟道耗尽型MOS管
N沟道耗尽型MOS管其漏极电流i D 和栅源电压u G S 之
间的关系表达式为
iD
IDSS
1-
uGS UP
2
(4-2)
第4章 场效应管及其电路
4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
4.1.4 P沟道耗尽型场效应管
P沟道耗尽型MOS管除了漏极、源极和衬底的半导体材 料类型与N沟道耗尽型MOS管的对偶外，还有一个明显的区 别就是在二氧化硅绝缘层中掺入的是负离子，其符号如图48所示。
第4章 场效应管及其电路
4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
绝缘栅型场效应管简称MOS管，由于其内部由金属—氧 化物—半导体三种材料制成，可分为增强型和耗尽型两大类， 每类中又有N沟道和P沟道之分。
4.1.1 N沟道增强型场效应管(NMOS管)
1．结构
如图4-1（a）所示，在一块掺杂浓度较低的P型硅片上， 通过扩散工艺形成两个高掺杂的 区，N 通过金属铝引出两个 电极分别作为源极S和漏极D，再在半导体表面覆盖一层二氧 化硅绝缘层，在源漏极之间的绝缘层上制作一铝电极，作为 栅极G。
第4章 场效应管及其电路
场效应管(FET)是一种电压控制器件，它是利用输入电压 产生电场效应来控制输出电流的。它具有输入电阻高、噪声低、 热稳定性好、耗电省等优点，目前已被广泛应用于各种电子电 路中。
场效应管按其结构不同分为结型(JFET)和绝缘栅型(IGFET) 两种，其中绝缘栅型场效应管由于其制造工艺简单，便于大规 模集成，因此应用更为广泛。
图4-3
栅源电压 uGS 0, 漏源电压 uDS 0 时的情况
第4章 场效应管及其电路
4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
3．特性曲线
(1)转移特性曲线
转移特性曲线是指增强型NMOS管在漏源电压一定 时，输出电流 i D 与输入电压u G S 的关系曲线， 即
iDf(uGS)uDS常 数
转移特性曲线的表达式为
第4章 场效应管及其电路
4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET) 4.1.1 N沟道增强型场效应管(NMOS管) 4.1.2 P沟道增强型场效应管(PMOS管) 4.1.3 N沟道耗尽型场效应管 4.1.4 P沟道耗尽型场效应管
4.2 结型场效应管(JFET) 4.2.1 结型场效应管的结构 4.2.2 结型场效应管的工作原理 4.2.3 特性曲线 4.2.4 场效应管的主要参数及使用注意事项
图4-8 P沟道耗尽型MOS管电路符号
第4章 场效应管及其电路
4.2 结型场效应管(JFET)
4.2.1 结型场效应管的结构
结型场效应管其内部结构如图4-9所示，与绝缘栅型场效 应管不同的是漏极D和源极S通常可以对调使用。结型场效应 管也可分为N沟道和P沟道两种。
图4-9 结型场效应管
第4章 场效应管及其电路
第4章 场效应管及其电路
4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
2．工作原理 (2) 栅源电压 uGS 0，漏源电压 u DS 时0 的情况
如图4-3所示，由P型 半导体转化成的N型薄层， 被称为反型层。反型层使 漏源之间形成一条由半导 体N-N-N组成的导电沟道 。 若此时加入漏源电压 ， 就会u D 有S 漏极电流 产生。i D
先掺入了大量的正离子。因而使
u
G
＝
S
0
,P衬底表面也可感应
出较多的自由电子，形成反型层，建立起导电沟道,其结构
如图4-7（a）所示。
将u
G
＝
S
0
时有导电沟道存在的场效应管通称为耗尽型
场效应管，符号中导电沟道用实线表示。
第4章 场效应管及其电路
4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
(a)结构示意图
(b)电路符号
D
u
DS
的关系曲线，如图4-5所示，
其函数关系式为
iDf(uD S)uG S常 数
图4-5 输出特性曲线
第4章 场效应管及其电路
4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
4.1.2 P沟道增强型场效应管(PMOS管)
P沟道增强型MOS管和N沟道增强型MOS管的主要区别 在于作为衬底的半导体材料的类型不同，P沟道增强型MOS 管以N型硅作为衬底，另外，漏极和源极是从P 引出，反型 层为P型，对应的导电沟道也为P型结构，其符号如图4-6所 示。
第4章 场效应管及其电路
4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
(a)结构示意图
(b)电路符号
图4-1 N沟道增强型MOS管
第4章 场效应管及其电路
4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
2．工作原理
(1) 栅源电压 uGS 时0 的情况
如图4-2所示，漏源之间 为一条由半导体N-P-N组成的 两个反向串联的PN结，因此 即使加入漏源电压 u D S ，因无 导电沟道形成，漏极电 流iD 0 。
实际应用中，常常将P沟道增强型 MOS管和N沟道增强型MOS管结合起 来使用，称为CMOS，也可称为互补 MOS。
图4-6 P沟道增强型 MOS管电路符号
第4章 场效应管及其电路
4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
4.1.3 N沟道耗尽型场效应管
N沟道耗尽型MOS管在制造时，在二氧化硅绝缘层中预
2
iD
IDO
uGS UT
-1
uGS UT （4-1）
。 I D O
是 uGS 2UT 时的 i D
值, U
为开启电压
T
图4-4 转移特性曲线
第4章 场效应管及其电路
4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
(2)输出特性曲线
输出特性是指增强型
NMOS管在栅源电压
u
G
一定
S
时，输出电流
i
与漏源电压
第4章 场效应管及其电路
4.3 场效应管放大电路 4.3.1 共源放大电路 4.3.2 共漏放大电路 4.3.3 复合互补源极跟随器
第4章 场效应管及其电路
【本章要点】MOS管的原理、特性和主要参数 结型场效应管原理、特性及主要参数 场效应管放大电路的组成与原理
【本章难点 】MOS管的原理和转移特性及主要参数 场效应管的微变等效电路法
4.2 结型场效应管(JFET)
4.2.2 结型场效应管的工作原理
图4-10
uDS
0
时，u GS
对导电沟道的影响
第4章 场效应管及其电路
4.2 结型场效应管(JFET)
如图4-10 (a)所示，场效应管两侧的PN结均处于零偏置， 因此耗尽层很薄，中间的导电沟道最宽，沟道等效电阻最 小。当 时uGS， 0在 作用u G S 下，场效应管两侧的耗尽层加宽， 相应的中间导电沟道变窄，沟道等效电阻增大，如图4-10(b) 所示。当 的反偏值u G S增大到某一值时，场效应管两侧的耗 尽层相接，导电沟道消失，这种现象称为夹断，如图4-10(c) 所示，发生夹断时的栅源电压即为夹断电压 。此时，沟 道等U P 效电阻趋于无穷大，即使加入 ，漏极电流 u依D S 然为 零。 i D
图4-7 N沟道耗尽型MOS管
N沟道耗尽型MOS管其漏极电流i D 和栅源电压u G S 之
间的关系表达式为
iD
IDSS
1-
uGS UP
2
(4-2)
第4章 场效应管及其电路
4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
4.1.4 P沟道耗尽型场效应管
P沟道耗尽型MOS管除了漏极、源极和衬底的半导体材 料类型与N沟道耗尽型MOS管的对偶外，还有一个明显的区 别就是在二氧化硅绝缘层中掺入的是负离子，其符号如图48所示。
第4章 场效应管及其电路
4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
绝缘栅型场效应管简称MOS管，由于其内部由金属—氧 化物—半导体三种材料制成，可分为增强型和耗尽型两大类， 每类中又有N沟道和P沟道之分。
4.1.1 N沟道增强型场效应管(NMOS管)
1．结构
如图4-1（a）所示，在一块掺杂浓度较低的P型硅片上， 通过扩散工艺形成两个高掺杂的 区，N 通过金属铝引出两个 电极分别作为源极S和漏极D，再在半导体表面覆盖一层二氧 化硅绝缘层，在源漏极之间的绝缘层上制作一铝电极，作为 栅极G。
第4章 场效应管及其电路
场效应管(FET)是一种电压控制器件，它是利用输入电压 产生电场效应来控制输出电流的。它具有输入电阻高、噪声低、 热稳定性好、耗电省等优点，目前已被广泛应用于各种电子电 路中。
场效应管按其结构不同分为结型(JFET)和绝缘栅型(IGFET) 两种，其中绝缘栅型场效应管由于其制造工艺简单，便于大规 模集成，因此应用更为广泛。
图4-3
栅源电压 uGS 0, 漏源电压 uDS 0 时的情况
第4章 场效应管及其电路
4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET)
3．特性曲线
(1)转移特性曲线
转移特性曲线是指增强型NMOS管在漏源电压一定 时，输出电流 i D 与输入电压u G S 的关系曲线， 即
iDf(uGS)uDS常 数
转移特性曲线的表达式为
第4章 场效应管及其电路
4.1 绝缘栅场效应管(MOSFET) 4.1.1 N沟道增强型场效应管(NMOS管) 4.1.2 P沟道增强型场效应管(PMOS管) 4.1.3 N沟道耗尽型场效应管 4.1.4 P沟道耗尽型场效应管
4.2 结型场效应管(JFET) 4.2.1 结型场效应管的结构 4.2.2 结型场效应管的工作原理 4.2.3 特性曲线 4.2.4 场效应管的主要参数及使用注意事项
图4-8 P沟道耗尽型MOS管电路符号
第4章 场效应管及其电路
4.2 结型场效应管(JFET)
4.2.1 结型场效应管的结构
结型场效应管其内部结构如图4-9所示，与绝缘栅型场效 应管不同的是漏极D和源极S通常可以对调使用。结型场效应 管也可分为N沟道和P沟道两种。
图4-9 结型场效应管
第4章 场效应管及其电路