模电第5章课件

5.1结型场效应管5.2金属-氧化物-半导体场效应管5.4场效应管放大电路5.5各种放大器件电路性能比较5场效应管放大电路5.1结型场效应管5.2金属-氧化物-半导体场效应管15场效应管放大电路N沟道P沟道增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道（耗尽型）FET场效应管JFET结型MOSFET绝缘栅型(IGFET)分类：增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在5场效应管放大电路N沟道P沟道增强型耗尽型N沟道P沟道N沟2场效应管有三个极：源极（s）、栅极（g）、漏极（d），对应于晶体管的e、b、c；有三个工作区域：截止区、恒流区、可变电阻区，对应于晶体管的截止区、放大区、饱和区。单极型管∶噪声小、抗辐射能力强、低电压工作、耗电损，输入回路的内阻高达107～1012Ω

场效应管是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件。它仅靠半导体中的多数载流子导电，又称为单极型晶体管场效应管有三个极：源极（s）、栅极（g）、漏极（d）35.1结型场效应管结构工作原理

输出特性转移特性

主要参数

5.1.1

JFET的结构和工作原理

5.1.2

JFET的特性曲线及参数

5.1结型场效应管结构工作原理输出特性45.1.1JFET的结构和工作原理1.结构5.1.1JFET的结构和工作原理1.结构5

源极，用S或s表示N型导电沟道漏极，用D或d表示

P型区P型区栅极，用G或g表示栅极，用G或g表示符号符号5.1.1JFET的结构和工作原理5.1结型场效应管工作原理1.结构#

符号中的箭头方向表示什么？源极，用S或s表示N型导电沟道漏极，用D或d表示P型区P62.工作原理①VGS对沟道的控制作用当VGS＜0时（以N沟道JFET为例）当沟道夹断时，对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP（或VGS(off)）。对于N沟道的JFET，VP<0。PN结反偏耗尽层加厚沟道变窄。VGS继续减小，沟道继续变窄5.1结型场效应管工作原理2.工作原理①VGS对沟道的控制作用当VGS＜0时（以7②VDS对沟道的控制作用当VGS=0时，VDSIDG、D间PN结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。当VDS增加到使VGD=VP时，在紧靠漏极处出现预夹断。此时VDS夹断区延长沟道电阻ID基本不变2.工作原理（以N沟道JFET为例）5.1结型场效应管工作原理②VDS对沟道的控制作用当VGS=0时，VDSID8③

VGS和VDS同时作用时导电沟道更容易夹断，对于同样的VDS，

ID的值比VGS=0时的值要小。在预夹断处VGD=VGS-VDS=VP当VP<VGS<0时，2.工作原理5.1结型场效应管工作原理若uDS继续增大，夹断区加长，导致iD减小；另一方面，uDS增大使D-S间的电场增强，导致iD增大，两种趋势相抵消。uDS的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻，iD几乎不变，进入恒流区，iD几乎仅仅决定于uGS。③VGS和VDS同时作用时9综上分析可知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是电压控制电流器件，iD受vGS控制预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。#

为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？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。5.1结型场效应管工作原理综上分析可知沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，

10#

JFET有正常放大作用时，沟道处于什么状态？5.1.2JFET的特性曲线及参数2.转移特性VP1.输出特性IDSS是uGS=0情况下，产生预夹断时的ID，为饱和漏极电流5.1结型场效应管工作原理#JFET有正常放大作用时，沟道处于什么状态？5.1.211可变电阻区饱和区截止区当uGS＜VP时，沟道完全夹断，ID=0，为截止工作状态对于N沟道JFET管的输出特性，可分为三个区：﹤﹥﹤5.1结型场效应管工作原理可变电阻区饱和区截止区当uGS＜VP时，沟道完全夹断12①夹断电压VP(或VGS(off))：②饱和漏极电流IDSS：③低频跨导gm：或3.主要参数漏极电流约为零时的VGS值。VGS=0时对应的漏极电流。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)。④输出电阻rd：5.1结型场效应管工作原理①夹断电压VP(或VGS(off))：②饱和漏极电流I133.主要参数⑤直流输入电阻RGS：对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107Ω。⑧最大漏极功耗PDM：

PDM=VDSiD,JFET的耗散功率不能超过PDM⑥最大漏源电压V(BR)DS:

发生雪崩击穿、iD急剧上升的VDS⑦最大栅源电压V(BR)GS：

指输入PN结反向电流开始急剧增加时的VGS5.1结型场效应管工作原理3.主要参数⑤直流输入电阻RGS：对14结型场效应管的缺点：1.栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在某些场合仍嫌不够高。3.栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。2.在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。5.1结型场效应管工作原理结型场效应管的缺点：1.栅源极间的电阻虽然可达107以上151、结构和电路符号PNNGSDP型基底两个N区SiO2绝缘层导电沟道金属铝GSDN沟道增强型5.3绝缘栅场效应管1、结构和电路符号PNNGSDP型基底两个N区SiO2绝缘层162、MOS管的工作原理以N沟道增强型为例PNNGSDUDSUGSUGS=0时ID=0对应截止区增强型MOS管在零偏时不导电5.3MOS场效应管工作原理漏极与衬底间的PN结反偏，源漏间无电流通过2、MOS管的工作原理以N沟道增强型为例PNNGSDUDS17PNNGSDUDSUGSUGS>0时UGS足够大时（UGS>VT）感应出足够多电子，这里出现以电子导电为主的N型导电沟道。感应出电子VT称为阈值电压

2、MOS管的工作原理5.3MOS场效应管工作原理PNNGSDUDSUGSUGS>0时UGS足够大时（UGS>18UGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，UGS越大此电阻越小。PNNGSDUDSUGS2、MOS管的工作原理5.3MOS场效应管工作原理UGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，UGS越大19PNNGSDUDSUGS当UDS不太大时，导电沟道在两个N区间是均匀的。当UDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。

2、MOS管的工作原理5.3MOS场效应管工作原理PNNGSDUDSUGS当UDS不太大时，导电沟道在两个N区20PNNGSDUDSUGS夹断后，即使UDS继续增加，ID仍呈恒流特性。IDUDS增加，UGD=VT时，靠近D端的沟道被夹断，称为予夹断。2、MOS管的工作原理5.3MOS场效应管工作原理PNNGSDUDSUGS夹断后，即使UDS继续增加，ID21UGS=3VUGS=4VUGS=5VUDS（V）ID（mA）01324UGS=2VUGS=1V开启电压UGS（th）固定一个UDS，画出ID和UGS的关系曲线，称为转移特性曲线3、增强型N沟道MOS管的特性曲线

可变电阻区饱和区截止区5.3MOS场效应管工作原理UGS=3VUGS=4VUGS=5VUDS（V）ID（m22MOSFET的输出特性曲线是指在栅源电压uGS一定的情况下，漏极电流iD与漏源电压uDS之间的关系：可变电阻区饱和区截止区当uGS＜VT时，导电沟道尚未形成，ID=0为截止工作状态开启电压VT为在漏源电压作用下开始导电时的栅源电压uGS3、增强型N沟道MOS管的特性曲线5.3MOS场效应管工作原理MOSFET的输出特性曲线是指在栅源电压uGS一定的情况下，23N沟道增强型（UGS=0时，ID=0

）GSDIDUGSUGS（th）开启电压UGS全正增强型NMOS场效应管转移特性5.3MOS场效应管工作原理N沟道增强型GSDIDUGSUGS（th）开启电压UGS全正24输出特性曲线UGS=0VUDS（V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2V夹断电压UP固定一个UDS，画出ID和UGS的关系曲线，称为转移特性曲线4、耗尽型N沟道MOS管的特性曲线5.3MOS场效应管工作原理输出特性曲线UGS=0VUDS（V）ID（mA）013225N沟道耗尽型（UGS=0时，有ID）GSD0UGS（off）IDUGS夹断电压UGS有正有负耗尽型NMOS场效应管转移特性耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。

5.3MOS场效应管工作原理N沟道耗尽型GSD0UGS（off）IDUGS夹断电压UGS265.4场效应管放大电路直流偏置电路静态工作点

FET小信号模型动态指标分析

三种基本放大电路的性能比较

5.4.1

FET的直流偏置及静态分析

5.4.2

FET放大电路的小信号模型分析法

5.4场效应管放大电路直流偏置电路静态工作点27场效应管是电压控制电流元件，具有高输入阻抗。1.场效应管放大电路的三种接法（以N沟道结型场效应管为例）

5.4.1

FET的直流偏置及静态分析5.4.1FET静态分析（a）共源电路（b）共漏电路（c）共栅电路场效应管是电压控制电流元件，具有高输入阻抗。1.场效应管282.场效应管放大电路的静态工作点的设置方法基本共源放大电路VDD+uOiDT~+uIVGGRGSDGRD与双极型三极管对应关系bG,eS,cD为了使场效应管工作在恒流区实现放大作用，应满足：N沟道增强型MOS场效应管组成的放大电路。(UT：开启电压)一、基本共源放大电路5.4.1FET静态分析2.场效应管放大电路的静态工作点的设置方法基本共源放大电路29静态分析－－UGSQ、IDQUDSQVDD+uOiDT~+uIVGGRGSDGRD基本共源放大电路两种方法近似估算法图解法(一)近似估算法MOS管栅极电流为零，当uI=0时UGSQ=VGG而iD与uGS之间近似满足(当uGS>UT)式中IDO为uGS=2UT时的值。则静态漏极电流为5.4.1FET静态分析静态分析－－UGSQ、IDQUDSQVDD+iDT30

(二)图解法图解法求基本共源放大电路的静态工作点VDDIDQUDSQQ利用式uDS=VDD

-

iDRD画出直流负载线。图中IDQ、UDSQ即为静态值。5.4.1FET静态分析(二)图解法图解法求基本共源放大电路的静态工作点VDD31Q点：UGSQ、IDQ、UDSQUGSQ=UDSQ=已知UP或UGS（Off)

VDD-IDQ(Rd+R)-IDQR可解出Q点的UGSQ、IDQ、UDSQ如知道FET的特性曲线，也可采用图解法。二、自给偏压电路JFET自给偏压共源电路耗尽型MOS管自给偏压共源电路的分析方法相同。IDQ5.4.1FET静态分析Q点：UGSQ、IDQ、UDSQUGSQ=UDSQ=32三、分压式偏置电路(一)Q点近似估算法根据输入回路列方程解联立方程求出UGSQ和IDQ。列输出回路方程求UDSQUDSQ=VDD–IDQ(RD+RS)将IDQ代入，求出UDSQMOS管分压式偏置电路VDD++T+RGSDGRDR2RLRSR1C1CSC2+++5.4.1FET静态分析三、分压式偏置电路(一)Q点近似估算法根据输入回路列方程解联33可变电阻区饱和区截止区当uGS＜VT时，导电沟道尚未形成，ID=0为截止工作状态对于N沟道增强型MOS管电路的直流计算，应该区分：5.4.1FET静态分析可变电阻区饱和区截止区当uGS＜VT时，导电沟道尚未34（2）结型场效应管分压式自偏压电路5.4.1FET静态分析（2）结型场效应管分压式自偏压电路5.4.1FET静态分析35可变电阻区饱和区截止区当uGS＜VP时，ID=0，为截止工作状态对于N沟道JFET管电路的直流计算，应该区分：﹤﹥﹤5.4.1FET静态分析可变电阻区饱和区截止区当uGS＜VP时，ID=0，为36(二)图解法由式可做出一条直线，另外，iD与uGS之间满足转移特性曲线的规律，二者之间交点为静态工作点，确定UGSQ，IDQ。MOS管分压式偏置电路VDD++T+RGSDGRDR2RLRSR1C1CSC2+++5.4.1FET静态分析(二)图解法由式可做出一条直线，另外，iD与uGS之间37根据漏极回路方程在漏极特性曲线上做直流负载线，与uGS=UGSQ的交点确定Q，由Q确定UDSQ和IDQ值。UDSQuDS=VDD–iD(RD+RS)3uDS/ViD/mA012152V105uGS4.5V4V3.5VUGSQ3VVDDQIDQuGS/ViD/mAO24612QIDQUGSQUGQ5.4.1FET静态分析根据漏极回路方程在漏极特性曲线上做直流负载线，与uG38场效应管的微变等效电路GSD跨导漏极输出电阻uGSiDuDS1.FET小信号模型5.4.2FET放大电路的小信号模型分析法场效应管的微变等效电路GSD跨导漏极输出电阻uGSiDuDS39很大，可忽略。

场效应管的微变等效电路为：GSDuGSiDuDSSGDugsgmugsudsSGDrDSugsgmugsuds一般gm约为0.1至20mS。rDS为几百千欧的数量级。当RD比rDS小得多时，可认为等效电路的rDS开路。5.4.2FET小信号模型分析很大，场效应管的微变等效电路为：GSDuGSiDuDSSG405.4.2FET放大电路的小信号模型分析法1.FET小信号模型（1）低频模型5.4.2FET放大电路的小信号模型分析法1.FET小415.4.2FET小信号模型分析（2）高频模型5.4.2FET小信号模型分析（2）高频模型422.动态指标分析（1）中频小信号模型5.4.2FET小信号模型分析2.动态指标分析（1）中频小信号模型5.4.432.动态指标分析（2）中频电压增益（3）输入电阻（4）输出电阻忽略rD由输入输出回路得则通常则

rgs极大,g、s间可视为开路5.4.2FET小信号模型分析2.动态指标分析（2）中频电压增益（3）输入44共漏极放大电路如图示。试求中频电压增益、输入电阻和输出电阻。（2）中频电压增益（3）输入电阻得解：（1）中频小信号模型由例题共漏极放大电路如图示。试求中频电压增益、输入电阻和输出电阻。45（4）输出电阻所以由图有5.4.2FET小信号模型分析（4）输出电阻所以由图有5.4.2FET小信号模型分析463.三种基本放大电路的性能比较组态对应关系：CECSCCCDBJTFETCBCGBJTFET电压增益：CE：CC：CB：CS：CD：CG：5.4.2FET小信号模型分析3.三种基本放大电路的性能比较组态对应关系：CECSCCC473.三种基本放大电路的性能比较输入电阻：输出电阻：BJTFETCE：CC：CB：CS：CD：CG：CE：CC：CB：CS：CD：CG：5.4.2FET小信号模型分析3.三种基本放大电路的性能比较输入电阻：输出电阻：BJTF48场效应管共源极放大电路一、静态分析求：UDS和ID。设：UG>>UGS则：UGUS而：IG=0所以：UDD=20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k5.4.2FET小信号模型分析场效应管共源极放大电路一、静态分析求：UDS和ID。设：49uoUDD=20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k二、动态分析sgR2R1RGRL'dRLRD微变等效电路5.4.2FET小信号模型分析uoUDD=20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150sgR2R1RGRL'dRLRDro=RD=10k5.4.2FET小信号模型分析sgR2R1RGRL'dRLRDro=RD=10k5.4.51场效应管源极输出器一、静态分析USUGUDS=UDD-US

=20-5=15Vuo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G5.4.2FET小信号模型分析场效应管源极输出器一、静态分析USUGUDS=UDD-U52uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2Griro

rogR2R1RGsdRLRS微变等效电路二、动态分析5.4.2FET小信号模型分析uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M153riro

rogR2R1RGsdRLRS微变等效电路输入电阻ri5.4.2FET小信号模型分析rirorogR2R1RGsdRLRS微变等效电路输入电54输出电阻ro加压求流法gd微变等效电路ro

roR2R1RGsRS5.4.2FET小信号模型分析输出电阻ro加压求流法gd微变等效电路roroR2R155解：画中频小信号等效电路则电压增益为例题放大电路如图所示。已知试求电路的中频增益、输入电阻和输出电阻。根据电路有由于则解：画中频小信号等效电路则电压增益为例题放大电路如图所示。56场效应管放大电路的特点1.场效应管是电压控制元件；2.栅极几乎不取用电流，输入电阻非常高；3.一种极性的载流子导电，噪声小，受外界温度及辐射影响小；4.制造工艺简单，有利于大规模集成；5.存放管子应将栅源极短路，焊接时烙铁外壳应接地良好，防止漏电击穿管子；6.跨导较小，电压放大倍数一般比三极管低。场效应管放大电路的特点1.场效应管是电压控制元件；57场效应管放大电路小结(2)场效应管共源极放大器(漏极输出)输入输出反相，电压放大倍数大于1；输出电阻=RD。(4)场效应管有三个极：源极（s）、栅极（g）漏极（d），对应于晶体管的e、b、c；有三个工作区域：截止区、恒流区、可变电阻区，对应于晶体管的截止区、放大区、饱和区。(1)场效应管放大器输入电阻很大。(3)场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于1且约等于1；输出电阻小。场效应管放大电路小结(2)场效应管共源极放大器(漏极输出)58模电第5章课件592.7.3场效应管放大电路的动态分析iD的全微分为上式中定义：——场效应管的跨导(毫西门子mS)。——场效应管漏源之间等效电阻。一、场效应管的低频小信号等效模型2.7.3场效应管放大电路的动态分析iD的全微分为上式中定60如果输入正弦信号，则可用相量代替上式中的变量。成为：根据上式做等效电路如图所示。MOS管的低频小信号等效模型由于没有栅极电流，所以栅源是悬空的。++——gdSsgd如果输入正弦信号，则可用相量代替上式中的变量。成为：根据上式61微变参数gm和rDS

(1)根据定义通过在特性曲线上作图方法中求得。(2)用求导的方法计算gm在Q点附近，可用IDQ表示上式中iD，则一般gm约为0.1至20mS。rDS为几百千欧的数量级。当RD比rDS小得多时，可认为等效电路的rDS开路。微变参数gm和rDS(1)根据定义62二、基本共源放大电路的动态分析VDD+uOiDT~+uIVGGRGSDGRD基本共源放大电路的等效电路将rDS开路而所以输出电阻Ro=RDMOS管输入电阻高达109

。-D++-GSRG+-1.基本共源放大电路动态分析二、基本共源放大电路的动态分析VDD+iDT~+uIVG632.分压式偏置电路的动态分析等效电路入图所示由图可知电压放大倍数输入、输出电阻分别为分压式偏置电路等效电路—D++—GS+—+T+RGSDGRDR2VDD+RLRSR1C1CSC2+++2.分压式偏置电路的动态分析等效电路入图所示由图可知电压64三、基本共漏放大电路——源极输出器或源极跟随器图2.7.9基本共漏放大电路典型电路如右图所示。+VT+SDGR2VDD+RLRSR1C1C2++RG1.静态分析分析方法与“分压-自偏压式共源电路”类似，可采用估算法和图解法。三、基本共漏放大电路——源极输出器或源极跟随器图2.7.9652.动态分析（1）.电压放大倍数图2.7.10微变等效电路而所以（2）.输入电阻Ri=RG+(R1//R2)—D++-GS+—2.动态分析（1）.电压放大倍数图2.7.10微变等效66（3）输出电阻图2.7.11微变等效电路在电路中，外加，令，并使RL开路因输入端短路，故则所以实际工作中经常使用的是共源、共漏组态。—D++-GS~（3）输出电阻图2.7.11微变等效电路在电路中，外加67场效应管放大电路的特点1.场效应管是电压控制元件；2.栅极几乎不取用电流，输入电阻非常高；3.一种极性的载流子导电，噪声小，受外界温度及辐射影响小；4.制造工艺简单，有利于大规模集成；5.存放管子应将栅源极短路，焊接时烙铁外壳应接地良好，防止漏电击穿管子；6.跨导较小，电压放大倍数一般比三极管低。场效应管放大电路的特点1.场效应管是电压控制元件；685.1结型场效应管5.2金属-氧化物-半导体场效应管5.4场效应管放大电路5.5各种放大器件电路性能比较5场效应管放大电路5.1结型场效应管5.2金属-氧化物-半导体场效应管695场效应管放大电路N沟道P沟道增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道（耗尽型）FET场效应管JFET结型MOSFET绝缘栅型(IGFET)分类：增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在5场效应管放大电路N沟道P沟道增强型耗尽型N沟道P沟道N沟70场效应管有三个极：源极（s）、栅极（g）、漏极（d），对应于晶体管的e、b、c；有三个工作区域：截止区、恒流区、可变电阻区，对应于晶体管的截止区、放大区、饱和区。单极型管∶噪声小、抗辐射能力强、低电压工作、耗电损，输入回路的内阻高达107～1012Ω

场效应管是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件。它仅靠半导体中的多数载流子导电，又称为单极型晶体管场效应管有三个极：源极（s）、栅极（g）、漏极（d）715.1结型场效应管结构工作原理

输出特性转移特性

主要参数

5.1.1

JFET的结构和工作原理

5.1.2

JFET的特性曲线及参数

5.1结型场效应管结构工作原理输出特性725.1.1JFET的结构和工作原理1.结构5.1.1JFET的结构和工作原理1.结构73

源极，用S或s表示N型导电沟道漏极，用D或d表示

P型区P型区栅极，用G或g表示栅极，用G或g表示符号符号5.1.1JFET的结构和工作原理5.1结型场效应管工作原理1.结构#

符号中的箭头方向表示什么？源极，用S或s表示N型导电沟道漏极，用D或d表示P型区P742.工作原理①VGS对沟道的控制作用当VGS＜0时（以N沟道JFET为例）当沟道夹断时，对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP（或VGS(off)）。对于N沟道的JFET，VP<0。PN结反偏耗尽层加厚沟道变窄。VGS继续减小，沟道继续变窄5.1结型场效应管工作原理2.工作原理①VGS对沟道的控制作用当VGS＜0时（以75②VDS对沟道的控制作用当VGS=0时，VDSIDG、D间PN结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。当VDS增加到使VGD=VP时，在紧靠漏极处出现预夹断。此时VDS夹断区延长沟道电阻ID基本不变2.工作原理（以N沟道JFET为例）5.1结型场效应管工作原理②VDS对沟道的控制作用当VGS=0时，VDSID76③

VGS和VDS同时作用时导电沟道更容易夹断，对于同样的VDS，

ID的值比VGS=0时的值要小。在预夹断处VGD=VGS-VDS=VP当VP<VGS<0时，2.工作原理5.1结型场效应管工作原理若uDS继续增大，夹断区加长，导致iD减小；另一方面，uDS增大使D-S间的电场增强，导致iD增大，两种趋势相抵消。uDS的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻，iD几乎不变，进入恒流区，iD几乎仅仅决定于uGS。③VGS和VDS同时作用时77综上分析可知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是电压控制电流器件，iD受vGS控制预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。#

为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？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。5.1结型场效应管工作原理综上分析可知沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，

78#

JFET有正常放大作用时，沟道处于什么状态？5.1.2JFET的特性曲线及参数2.转移特性VP1.输出特性IDSS是uGS=0情况下，产生预夹断时的ID，为饱和漏极电流5.1结型场效应管工作原理#JFET有正常放大作用时，沟道处于什么状态？5.1.279可变电阻区饱和区截止区当uGS＜VP时，沟道完全夹断，ID=0，为截止工作状态对于N沟道JFET管的输出特性，可分为三个区：﹤﹥﹤5.1结型场效应管工作原理可变电阻区饱和区截止区当uGS＜VP时，沟道完全夹断80①夹断电压VP(或VGS(off))：②饱和漏极电流IDSS：③低频跨导gm：或3.主要参数漏极电流约为零时的VGS值。VGS=0时对应的漏极电流。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)。④输出电阻rd：5.1结型场效应管工作原理①夹断电压VP(或VGS(off))：②饱和漏极电流I813.主要参数⑤直流输入电阻RGS：对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107Ω。⑧最大漏极功耗PDM：

PDM=VDSiD,JFET的耗散功率不能超过PDM⑥最大漏源电压V(BR)DS:

发生雪崩击穿、iD急剧上升的VDS⑦最大栅源电压V(BR)GS：

指输入PN结反向电流开始急剧增加时的VGS5.1结型场效应管工作原理3.主要参数⑤直流输入电阻RGS：对82结型场效应管的缺点：1.栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在某些场合仍嫌不够高。3.栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。2.在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。5.1结型场效应管工作原理结型场效应管的缺点：1.栅源极间的电阻虽然可达107以上831、结构和电路符号PNNGSDP型基底两个N区SiO2绝缘层导电沟道金属铝GSDN沟道增强型5.3绝缘栅场效应管1、结构和电路符号PNNGSDP型基底两个N区SiO2绝缘层842、MOS管的工作原理以N沟道增强型为例PNNGSDUDSUGSUGS=0时ID=0对应截止区增强型MOS管在零偏时不导电5.3MOS场效应管工作原理漏极与衬底间的PN结反偏，源漏间无电流通过2、MOS管的工作原理以N沟道增强型为例PNNGSDUDS85PNNGSDUDSUGSUGS>0时UGS足够大时（UGS>VT）感应出足够多电子，这里出现以电子导电为主的N型导电沟道。感应出电子VT称为阈值电压

2、MOS管的工作原理5.3MOS场效应管工作原理PNNGSDUDSUGSUGS>0时UGS足够大时（UGS>86UGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，UGS越大此电阻越小。PNNGSDUDSUGS2、MOS管的工作原理5.3MOS场效应管工作原理UGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，UGS越大87PNNGSDUDSUGS当UDS不太大时，导电沟道在两个N区间是均匀的。当UDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。

2、MOS管的工作原理5.3MOS场效应管工作原理PNNGSDUDSUGS当UDS不太大时，导电沟道在两个N区88PNNGSDUDSUGS夹断后，即使UDS继续增加，ID仍呈恒流特性。IDUDS增加，UGD=VT时，靠近D端的沟道被夹断，称为予夹断。2、MOS管的工作原理5.3MOS场效应管工作原理PNNGSDUDSUGS夹断后，即使UDS继续增加，ID89UGS=3VUGS=4VUGS=5VUDS（V）ID（mA）01324UGS=2VUGS=1V开启电压UGS（th）固定一个UDS，画出ID和UGS的关系曲线，称为转移特性曲线3、增强型N沟道MOS管的特性曲线

可变电阻区饱和区截止区5.3MOS场效应管工作原理UGS=3VUGS=4VUGS=5VUDS（V）ID（m90MOSFET的输出特性曲线是指在栅源电压uGS一定的情况下，漏极电流iD与漏源电压uDS之间的关系：可变电阻区饱和区截止区当uGS＜VT时，导电沟道尚未形成，ID=0为截止工作状态开启电压VT为在漏源电压作用下开始导电时的栅源电压uGS3、增强型N沟道MOS管的特性曲线5.3MOS场效应管工作原理MOSFET的输出特性曲线是指在栅源电压uGS一定的情况下，91N沟道增强型（UGS=0时，ID=0

）GSDIDUGSUGS（th）开启电压UGS全正增强型NMOS场效应管转移特性5.3MOS场效应管工作原理N沟道增强型GSDIDUGSUGS（th）开启电压UGS全正92输出特性曲线UGS=0VUDS（V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2V夹断电压UP固定一个UDS，画出ID和UGS的关系曲线，称为转移特性曲线4、耗尽型N沟道MOS管的特性曲线5.3MOS场效应管工作原理输出特性曲线UGS=0VUDS（V）ID（mA）013293N沟道耗尽型（UGS=0时，有ID）GSD0UGS（off）IDUGS夹断电压UGS有正有负耗尽型NMOS场效应管转移特性耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。

5.3MOS场效应管工作原理N沟道耗尽型GSD0UGS（off）IDUGS夹断电压UGS945.4场效应管放大电路直流偏置电路静态工作点

FET小信号模型动态指标分析

三种基本放大电路的性能比较

5.4.1

FET的直流偏置及静态分析

5.4.2

FET放大电路的小信号模型分析法

5.4场效应管放大电路直流偏置电路静态工作点95场效应管是电压控制电流元件，具有高输入阻抗。1.场效应管放大电路的三种接法（以N沟道结型场效应管为例）

5.4.1

FET的直流偏置及静态分析5.4.1FET静态分析（a）共源电路（b）共漏电路（c）共栅电路场效应管是电压控制电流元件，具有高输入阻抗。1.场效应管962.场效应管放大电路的静态工作点的设置方法基本共源放大电路VDD+uOiDT~+uIVGGRGSDGRD与双极型三极管对应关系bG,eS,cD为了使场效应管工作在恒流区实现放大作用，应满足：N沟道增强型MOS场效应管组成的放大电路。(UT：开启电压)一、基本共源放大电路5.4.1FET静态分析2.场效应管放大电路的静态工作点的设置方法基本共源放大电路97静态分析－－UGSQ、IDQUDSQVDD+uOiDT~+uIVGGRGSDGRD基本共源放大电路两种方法近似估算法图解法(一)近似估算法MOS管栅极电流为零，当uI=0时UGSQ=VGG而iD与uGS之间近似满足(当uGS>UT)式中IDO为uGS=2UT时的值。则静态漏极电流为5.4.1FET静态分析静态分析－－UGSQ、IDQUDSQVDD+iDT98

(二)图解法图解法求基本共源放大电路的静态工作点VDDIDQUDSQQ利用式uDS=VDD

-

iDRD画出直流负载线。图中IDQ、UDSQ即为静态值。5.4.1FET静态分析(二)图解法图解法求基本共源放大电路的静态工作点VDD99Q点：UGSQ、IDQ、UDSQUGSQ=UDSQ=已知UP或UGS（Off)

VDD-IDQ(Rd+R)-IDQR可解出Q点的UGSQ、IDQ、UDSQ如知道FET的特性曲线，也可采用图解法。二、自给偏压电路JFET自给偏压共源电路耗尽型MOS管自给偏压共源电路的分析方法相同。IDQ5.4.1FET静态分析Q点：UGSQ、IDQ、UDSQUGSQ=UDSQ=100三、分压式偏置电路(一)Q点近似估算法根据输入回路列方程解联立方程求出UGSQ和IDQ。列输出回路方程求UDSQUDSQ=VDD–IDQ(RD+RS)将IDQ代入，求出UDSQMOS管分压式偏置电路VDD++T+RGSDGRDR2RLRSR1C1CSC2+++5.4.1FET静态分析三、分压式偏置电路(一)Q点近似估算法根据输入回路列方程解联101可变电阻区饱和区截止区当uGS＜VT时，导电沟道尚未形成，ID=0为截止工作状态对于N沟道增强型MOS管电路的直流计算，应该区分：5.4.1FET静态分析可变电阻区饱和区截止区当uGS＜VT时，导电沟道尚未102（2）结型场效应管分压式自偏压电路5.4.1FET静态分析（2）结型场效应管分压式自偏压电路5.4.1FET静态分析103可变电阻区饱和区截止区当uGS＜VP时，ID=0，为截止工作状态对于N沟道JFET管电路的直流计算，应该区分：﹤﹥﹤5.4.1FET静态分析可变电阻区饱和区截止区当uGS＜VP时，ID=0，为104(二)图解法由式可做出一条直线，另外，iD与uGS之间满足转移特性曲线的规律，二者之间交点为静态工作点，确定UGSQ，IDQ。MOS管分压式偏置电路VDD++T+RGSDGRDR2RLRSR1C1CSC2+++5.4.1FET静态分析(二)图解法由式可做出一条直线，另外，iD与uGS之间105根据漏极回路方程在漏极特性曲线上做直流负载线，与uGS=UGSQ的交点确定Q，由Q确定UDSQ和IDQ值。UDSQuDS=VDD–iD(RD+RS)3uDS/ViD/mA012152V105uGS4.5V4V3.5VUGSQ3VVDDQIDQuGS/ViD/mAO24612QIDQUGSQUGQ5.4.1FET静态分析根据漏极回路方程在漏极特性曲线上做直流负载线，与uG106场效应管的微变等效电路GSD跨导漏极输出电阻uGSiDuDS1.FET小信号模型5.4.2FET放大电路的小信号模型分析法场效应管的微变等效电路GSD跨导漏极输出电阻uGSiDuDS107很大，可忽略。

场效应管的微变等效电路为：GSDuGSiDuDSSGDugsgmugsudsSGDrDSugsgmugsuds一般gm约为0.1至20mS。rDS为几百千欧的数量级。当RD比rDS小得多时，可认为等效电路的rDS开路。5.4.2FET小信号模型分析很大，场效应管的微变等效电路为：GSDuGSiDuDSSG1085.4.2FET放大电路的小信号模型分析法1.FET小信号模型（1）低频模型5.4.2FET放大电路的小信号模型分析法1.FET小1095.4.2FET小信号模型分析（2）高频模型5.4.2FET小信号模型分析（2）高频模型1102.动态指标分析（1）中频小信号模型5.4.2FET小信号模型分析2.动态指标分析（1）中频小信号模型5.4.1112.动态指标分析（2）中频电压增益（3）输入电阻（4）输出电阻忽略rD由输入输出回路得则通常则

rgs极大,g、s间可视为开路5.4.2FET小信号模型分析2.动态指标分析（2）中频电压增益（3）输入112共漏极放大电路如图示。试求中频电压增益、输入电阻和输出电阻。（2）中频电压增益（3）输入电阻得解：（1）中频小信号模型由例题共漏极放大电路如图示。试求中频电压增益、输入电阻和输出电阻。113（4）输出电阻所以由图有5.4.2FET小信号模型分析（4）输出电阻所以由图有5.4.2FET小信号模型分析1143.三种基本放大电路的性能比较组态对应关系：CECSCCCDBJTFETCBCGBJTFET电压增益：CE：CC：CB：CS：CD：CG：5.4.2FET小信号模型分析3.三种基本放大电路的性能比较组态对应关系：CECSCCC1153.三种基本放大电路的性能比较输入电阻：输出电阻：BJTFETCE：CC：CB：CS：CD：CG：CE：CC：CB：CS：CD：CG：5.4.2FET小信号模型分析3.三种基本放大电路的性能比较输入电阻：输出电阻：BJTF116场效应管共源极放大电路一、静态分析求：UDS和ID。设：UG>>UGS则：UGUS而：IG=0所以：UDD=20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k5.4.2FET小信号模型分析场效应管共源极放大电路一、静态分析求：UDS和ID。设：117uoUDD=20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k二、动态分析sgR2R1RGRL'dRLRD微变等效电路5.4.2FET小信号模型分析uoUDD=20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL1118sgR2R1RGRL'dRLRDro=RD=10k5.4.2FET小信号模型分析sgR2R1RGRL'dRLRDro=RD=10k5.4.119场效应管源极输出器一、静态分析USUGUDS=UDD-US

=20-5=15Vuo+UD