第四章场效应管(FET)及基本放大电路

第四章 场效应管（FET ）及基本放大电路

§4.1 知识点归纳

一、场效应管（FET ）原理

·FET 分别为JFET 和MOSFET 两大类。每类都有两种沟道类型，而MOSFET 又分为增强型和耗尽型（JFET 属耗尽型），故共有6种类型FET （图4-1）。

·JFET 和MOSFET 内部结构有较大差别，但内部的沟道电流都是多子漂移电流。一般情况下，该电流与GS v 、DS v 都有关。

·沟道未夹断时，FET 的D-S 口等效为一个压控电阻（GS v 控制电阻的大小），沟道全夹断时，沟道电流D i 为零；沟道在靠近漏端局部断时称部分夹断，此时D i 主要受控于GS v ，而DS v 影响较小。这就是FET 放大偏置状态；部分夹断与未夹断的临界点为预夹断。

·在预夹断点，GS v 与DS v 满足预夹断方程：

耗尽型FET 的预夹断方程：P GS DS V v v -=（P V ——夹断电压） 增强型FET 的预夹断方程：T GS DS V v v -=（T V ——开启电压）

·各种类型的FET ，偏置在放大区（沟道部分夹断）的条件由表4-4总结。

表4-4 FET 放大偏置时GS v 与DS v 应满足的关系

·偏置在放大区的FET ，GS v ~D i 满足平方律关系：

耗尽型：

2

)

1(P GS DSS D V v I i -

=（DSS I ——零偏饱和漏电流）

增强型：2

)(T GS D V v k i -=*

· FET 输出特性曲线反映关系

参变量

G S V

DS D v f i )(=，该曲线将伏安平面分为可变电阻区

（沟道未夹断），放大区（沟道部分夹断）和截止区（沟道全夹断）；FET 转移特性曲线反映在放大区的关系)(GS D v f i =（此时参变量DS V 影响很小），图4-17画出以漏极流向源极的沟道电流为参考方向的6种FET 的转移特性曲线，这组曲线对表4-4是一个很好映证。

二、FET 放大偏置电路

·源极自给偏压电路（图4-18）。该电路仅适用于耗尽型FET 。有一定稳Q 的能力，求解该电路工作点的方法是解方程组：

22() [FET ()]GS D DSS

d GS T P GS S D v i I v i k v V V v R i

⎧

=-=-⎪⎨

⎪=-⎩对于增强型,用关系式

·混合偏压电路（图4-20）。该电路能用于任何FET ，在兼顾较大的工作电流时，稳Q

的效果更好。求解该电路工作点的方法是解方程组：

⎪⎩⎪

⎨⎧-+=D

s CC GS i R R R R V v 212平方律关系式

以上两个偏置电路都不可能使FET 全夹断，故应舍去方程解中使沟道全夹断的根。

三、FET 小信号参数及模型

·迭加在放大偏置工作点上的小信号间关系满足一个近似的线性模型（图4-22低频模

型，图4-23高频模型）。

·小信号模型中的跨导

Q GS

D

m v i g ∂∂=

m g 反映信号gs v 对信号电流d i 的控制。m g 等于FET 转移特性曲线上Q 点的斜率。

m g 的估算：耗尽管

D

DSS P m I I V g ||2

=

增强管D m kI g 2=

·小信号模型中的漏极内阻

Ds

ds D

Q

v r i ∂=

∂

ds r 是FET “沟道长度调效应”的反映，ds r 等于FET 输出特性曲线Q 点处的斜率的倒

数。

四、基本组态FET 小信号放大器指标

1．基本知识

·FET 有共源（CS ）共漏（CD ）和共栅（CG ）三组放大组态。

·CS 和CD 组态从栅极输入信号，其输入电阻i R 由外电路偏置电阻决定，i R 可以很大。 ·CS 放大器在其工作点电流和负载电阻与一个CE 放大器相同时，因其m g 较小，||V A 可能较小，但其功率增益仍可能很大。

·CD 组态又称源极输出器，其1V A <。在三种FET 组态中，CD 组态输入电阻很大，而输出电阻较小，因此带能力较强。

·由于FET 的电压电流为平方关系，其非线性程度较BJT 的指数关系弱。因此，FET 放大器的小信号线性条件对GS v 幅度限制会远大于BJT 线性放大时对be v 的限制（be v <5mV ）。

2．CS 、CD 和CG 组态小信号指标 由表4-6归纳总结。

表4-6 FET 基本组态放大器小结

§4.2 习题解答

4-1 图P4-1中的FET 各工作在什么区？

（a ） V P =-3V （b ） V P =-5V （c ） V P =4V

图P 4-1

（a ）这是N-JFET 。GS P V V <，∴沟道全夹断，FET 处于截止区。

（b ）这是N-JFET 。0GS P V V >>， (6V) (1V)

DS GS P

V V V >-，∴沟道部分夹断，FET 处于放大

区。

（c ）这是P-JFET 。0GS V =， (8V) (4V)DS GS P

V V V <---，∴FET 偏置在放大区。

4-2 若某P 沟道JFET 的I DSS =-6mA ，V P =4V 。画出该管的输出特性曲线；指出电阻区和恒流区以及它们的分界线（即预夹断轨迹）。

[解] 由原方律公式先画转移特性

22

(1)6(1)4

GS GS D DSS P V V

i I V =-=--

图P4-2-1 转移特性曲线

图P4-2-2 输出特性曲线

4-3 一支P 沟道耗尽型MOSFET 的I DSS =—6mA V P =4V ，另一支P 沟道增强型MOSFET 的V T =-4V .。试分别画出它们的输出特性曲线，标明电阻区和恒流区以及它们的分界线（即预夹断轨迹）。

[解] 曲线分别如图P4-3-1和P4-3-2所示。