第3章 场效应管及其放大电路习题解

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场效应管
伏安特性与主要参数
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场效应管工作在恒流区的外部条件
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场效应管与晶体管的异同点
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场效应管的微变等效电路
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重点：场效应管放大电路的静态与动
场效应管放大 电路
静态分析
图解法 估算法
动态分析
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态分析 难点：图解法确定静态工作点
两种基本放大电路的特点及应用场合
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3.2 内容提要
3.1.1 场效应晶体管
(3) 栅源电压 uGS 对漏极电流 iD 的控制作用
场效应管的导电沟道是一个可变电阻，栅源电压 uGS 可以改变导电沟道的尺寸和电阻的大 小。当 uDS=0 时，uGS 变化，导电沟道也变化但处处等宽，此时漏极电流 iD=0；当 uDS≠0 时， 产生漏极电流，iD≠0，沿沟道产生了电位梯度使导电沟道变得不等宽。
N 沟道 P 沟道
绝缘栅型场效应管(IGFET)
来自百度文库耗尽型 增强型
N 沟道 P 沟道 N 沟道 P 沟道
2．场效应管的工作原理
(1) 栅源控制电压的极性
对 JFET，为保证栅极电流小，输入电阻大的特点，栅源电压应使 PN 结反偏。N 沟道 JFET：
1
UGS<0；P 沟道 JFET：UGS>0。 对增强性 MOS 管，N 沟道增强型 MOS 管，参加导电的是电子，栅源电压应吸引电子形
1．场效应管的结构及分类 场效应管是利用输入电压产生的电场效应来控制输出电流的，是电压控制型器件。工作 过程中起主要导电作用的只有一种载流子（多数载流子），故又称单极型晶体管。场效应管有 两个 PN 结，向外引出三个电极：漏极 D、栅极 G 和源极 S。
场效应管的分类如下：
场效应管(FET)
结型场效应管(JFET)
第 3 章 场效应管及其基本放大电路
3.1 教学内容与要求
本章介绍了场效应管的结构、类型、主要参数、工作原理及其基本放大电路。教学内容 与教学要求如表 1.1 所示。
表 3.1 第 3 章教学内容与要求
教学要求
教学内容
熟练掌 正确理 一般了
重点与难点
握
解
解
结构与类型
√
重点与难点：场效应管的工作原理
工作原理
性曲线和直流负载线确定静态工作点；公式计算法是利用转移特性方程和偏置电路的线性方
程联立求解确定静态工作点。
(2) 动态分析
场效应管放大电路的动态分析步骤：画交流通路→将交流通路中的 FET 用交流小信号模
当 uGS 一定，uDS增大到一定大小时，在漏极一侧导电沟道被夹断，称为预夹断。 导电沟道预夹断前，uDS增大，iD增大，漏源间呈现电阻特性，但 uGS 不同，对应的电 阻不同。此时，场效应管可看成受 uGS 控制的可变电阻。 导电沟道预夹断后，uDS增大，iD 几乎不变。但是，随 uGS 变化，iD 也变化，对应不同 的 uGS，iD 的值不同。即 iD 几乎仅仅决定于 uGS，而与 uDS 无关。栅源电压 uGS 的变化，将有效 地控制漏极电流 iD 的变化，即体现了栅源电压 uGS 对漏极电流 iD 的控制作用。 3．效应管的伏安特性
成反型层构成导电沟道，所以 UGS>0；同理，P 沟道增强型 MOS 管，UGS<0。 对耗尽型 MOS 管，因二氧化硅绝缘层里已经掺入大量的正离子（或负离子：N 沟道掺入
正离子；P 沟道掺入负离子），吸引衬底的电子（或空穴）形成反型层，即 UGS=0 时，已经存 在导电沟道，所以，栅源电压 UGS 可正可负。
大耗散功率 PDM。
3.1.2 场效应管放大电路
1. 场效应管的低频小信号模型
场效应管的低频小信号模型，如图 3-1(a)所示，简化的低频小信号模型，如图 3-1(b)所示。
G
I·d D
G
I·d D
+
gmU·gs
+
+
gmU·gs +
U·gs
rds U·ds
U·gs
U·ds
-
-
-
-
S
S
(a) 场效应管的微变等效电路
(b) 场效应管简化的微变等效电路
图 3-1 场效应管的微变等效电路
2．场效应管放大电路
场效应管有三个电极：栅极、漏极和源极，在组成放大电路时也有三种接法，即共栅放
大电路、共漏放大电路和共源放大电路。但共栅放大电路很少使用。
(1) 直流偏置与静态分析 场效应管放大电路常用的偏置方式有两种：自给偏置和分压式偏置。 场效应管放大电路的静态分析可采用图解法和公式计算法。图解法是利用场效应管的特
iD f (uGS ) uDS常数
（3-2）
转移特性表示栅源电压 uGS 对漏极电流 iD 的控制作用。 4．场效应管的主要参数 (1) 直流参数：夹断电压 UGS（off）；开启电压 UGS(th)；饱和漏极电流 IDSS ；直流输入电阻
RGS(DC)。 (2) 交流参数：低频跨导 gm ；极间电容。 (3) 极限参数：最大漏极电流 IDM ；最大漏源电压 U(BR)DS ； 最大栅源电压 U(BR)GS ；最
压控制的电流源。场效应管作为放大器件应用时，都工作在该区域。
截止区：导电沟道被全部夹断，iD≈0。 击穿区：uDS太大，靠近漏区的 PN 结被击穿，iD 急剧增加，很快会烧毁管子。不允许 场效应管工作在击穿区。
2
(2) 转移特性：指当漏源电压 uDS 为常量时，漏极电流 iD 与栅源电压 uGS 之间的关系，即
效应管的伏安特性有输出特性和转移特性。
(1) 输出特性：指当栅源电压 uGS 为常量时，漏极电流 iD 与漏源电压 uDS 之间的关系，即
iD f (uDS ) uGS常数
场效应管有四个工作区域：
（3-1）
可变电阻区：导电沟道预夹断前，此时场效应管是一个受 uGS 控制的可变电阻。
恒流区：导电沟道预夹断后，此时漏极电流 iD 仅决定于 uGS，场效应管相当于一个栅源电
(2) 夹断电压 UGS(off)和开启电压 UGS(th) 对 JFET 和耗尽型 MOS 管，当｜UGS｜增大到一定值时，导电沟道就消失（称为夹断）， 此时的栅源电压称为夹断电压 UGS(off)。N 沟道场效应管 UGS(off) <0；P 沟道场效应管 UGS(off) >0。 对增强型 MOS 管，当UGS增加到一定值时，才会形成导电沟道，把开始形成反型层的 栅源电压称为开启电压 UGS(th)。N 沟道增强型 MOS 管 UGS(th) >0；P 沟道增强型 MOS 管 UGS(th) <0。