场效晶体管放大电路课件

第三章场效晶体管放大电路场效晶体管是一种电压控制型器件，是利用输入电压产生电场效应来控制输出电流，它具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、耗电省等优点，目前已广泛应用于各种电子电路中。本章将介绍场效晶体管的结构、基本特性和放大电路的基本工作原理。

绝缘栅场效晶体管

结型场效晶体管

场效晶体管放大电路

本章小结1第三章场效晶体管放大电路场效晶体管是一种电压控制第一节绝缘栅场效晶体管一、结构绝缘栅场效晶体管（MOS管）分为增强型和耗尽型两类，各类又有P沟道和N沟道两种。N沟道增强型绝缘栅场效晶体管结构示意图及电路符号P沟道增强型绝缘栅场效晶体管结构示意图及电路符号N沟道增强型绝缘栅场效晶体管是用一块杂质浓度较低的P型硅片作衬底，B为衬底引线。在硅片上面扩散两个高浓度N型区(图中N+区)，各用金属线引出电极，分别称为源极s和漏极d，在硅片表面生成一层薄薄的二氧化硅绝缘层，绝缘层上再制作一层铝金属膜作为栅极g。2第一节绝缘栅场效晶体管N沟道增二、电压控制原理

在N沟道增强型场效晶体管的漏极d与源极s之间加上工作电压VDS后，管子的输出电流ID就受栅源电压VGS的控制。

当栅源之间的电压VGS=0时，由于漏极d与衬底B之间的PN结处于反向偏置，漏源极间无导电沟道，因此漏极电流ID=0，管子处于截止状态。

当VGS增加至某个临界电压时，感应电子层将两个分离的N+区接通，形成N型导电沟道，于是产生漏极电流ID，管子开始导通。

继续加大VGS，导电沟道就会愈宽，输出电流ID也就愈大。增强型场效晶体管的工作电路

3二、电压控制原理

在N沟道增强型场效晶体管的三、特性曲线

1.转移特性

指漏源电压VDS为确定值时，漏极电流iD与栅源电压vGS之间的关系曲线。

N沟道增强型MOS管转移特性曲线见右图。

在vGS=0时，iD=0；

当vGS>VGS（th）时，iD随vGS的增大而增大。转移特性曲线

4三、特性曲线

1.转移特性转移特性曲线2.输出特性曲线

指栅源电压VGS为确定值时，漏极电流iD与漏源电压vDS的关系曲线。按场晶体管的工作情况可将输出特性分为三个区域。

在І区域内，漏源电压vDS相对较小，是曲线簇的上升段。该区域输出电阻ro随vGS的变化而变化，所以称І区为可调电阻区。

在Ⅱ区内，漏极电流iD几乎不随漏源电压vDS的变化而变化，所以称为饱和区。在该区域内iD会随栅源电压vGS增大而增大，故Ⅱ区又称为放大区。

Ⅲ区叫击穿区，在这个区域内，由于漏源电压vDS较大，场效晶体管内的PN结被击穿。

输出特性曲线52.输出特性曲线在І区域内，漏源电压vDS相对较小，四、增强型与耗尽型效晶体管的主要差异N沟道耗尽型场效晶体管的结构与增强型场效晶体管相比，其不同点仅在于:在二氧化硅绝缘层中渗人大量的正离子，产生足够的内电场使P型硅衬底的表面感应出很多负电荷，导致漏极与源极之间形成N型原导电沟道，如下图所示。耗尽型MOS管不论栅源电压是正、负或零值都能控制漏极电流ID，这是与增强型MOS管不同的一个重要特点。(a)结构(b)电路图形符号（c）转移特性曲线（d）输出特性曲线

N沟道耗尽型绝缘栅场效晶体管N型原导电沟道6四、增强型与耗尽型效晶体管的主要差异N型原导电沟道6五、主要参数开启电压VGS(th)指VDS为定值时，使增强型绝缘栅场效应管开始导通的栅源电压。夹断电压VGS(off)指VDS为定值时，使耗尽型绝缘栅场效应管处于刚开始截止的栅源电压，N沟道管子的VGS(off)为负值，属耗尽型场效应管的参数。低频跨导gm指VDS为定值时，栅源输入信号vgs与由它引起的漏极电流id之比，这是表征栅源电压vgs对漏极电流id控制作用大小的重要参数。最高工作频率fM它是保证管子正常工作的频率最高限额。场效应管三个电极间存在极间电容，极间电容小的管子最高工作频率高，工作速度快。7五、主要参数7

●存放绝缘栅场效应管时要将三个电极短路，取用管子时应注意人体静电对栅极的感应，可在手腕上套一接地的金属箍。

●焊接绝缘栅场效应管时，电烙铁必须要有外接地线，或切断电源利用电烙铁的余热焊接，以防烙铁漏电损坏管子。焊接时应先焊源极，其次焊漏极，最后焊栅极。

●要拆焊电路板上的场效应管，应先将电路板的工作电源关闭，不允许电路通电时用烙铁进行焊接操作漏源击穿电压V(BR)DS指漏源极之间允许加的最大电压，实际电压值超过该参数时，会使PN结反向击穿。最大耗散功率PDSM指ID与VDD的乘积不应超过的极限值，是从发热角度对管子提出的限制条件。用工程应8漏源击穿电压V(BR)DS指漏源极之间允许第二节结型场效晶体管一、电路图形符号和分类结型场效晶体管的结构示意图和符号如下图所示，3个电极是漏极d、源极s和栅极g。结型场效晶体管可分为P沟道和N沟道两种，电路符号是以栅极的箭头指向来区别。结型场效晶体管的结构示意图结型场效晶体管电路符号及外形9第二节结型场效晶体管结型场二、特性曲线

1.转移特性曲线

转移特性曲线位于纵轴的左侧说明栅源极之间加的是负电压，即vGS≤0，这是N沟道结型场效晶体管正常工作的需要。vGS由零向负值方向逐渐变化，则管子导电沟道电阻加大，iD将逐渐减小。当vGS到达夹断电压VGS（th）时，iD=0，管子截止。

2.输出特性曲线

结型场效晶体管的输出特性曲线与三极管相似，不同之处在于：三极管是不同IB的曲线簇，而结型场效晶体管是不同的VGS的曲线簇。

N沟道结型场效晶体管转移特性曲线N沟道结型场效晶体管输出特性曲线10二、特性曲线

1.转移特性曲线10第三节场效应管放大电路

Rd—漏极负载电阻，可将漏极电流id转换为输出电压vo。

Rs—源极电阻，稳定静态工作点。

Cs—源极旁路电容，消除RS对交流信号的衰减作用。

Cl、C2—耦合电容，起隔直流、耦合交流信号的作用。分压偏置共源放大电路

一、电路构成及元件作用1.分压偏置共源放大电路

V—场效应管，电压控制元件，由输入电压vgs控制漏极电流id。

Rg1、Rg2—分压电阻，使栅极获得合适的工作电压，通常是改变RG1的阻值来调整放大电路的静态工作点。11第三节场效应管放大电路Rd—2.自偏压放大电路

对于耗尽型绝缘栅场效应管通常应用在VGS<0的放大区域，可采用自偏压共源放大电路。

自偏压放大电路只有下偏置电阻，在场效应管的源极串入源极电阻RS，源极电流IS流过RS形成ISRS压降，该电压降为栅源极间提供负栅压VGS=-ISRS，使管子工作于放大状态。场效应管自偏压放大电路122.自偏压放大电路场效应管自偏压放大电路12二、静态工作点的估算

栅极电压

漏极电流

漏源电压三、交流参数估算

电压放大倍数

输入电阻

输出电阻分压偏置共源放大电路13二、静态工作点的估算三、交流参数估算分压偏置共源放大电路1本章小结

1.场效晶体管是一种电压控制器件，分为绝缘栅型和结型两大类，每类又有P沟道、N沟道两种。绝缘栅场效晶体管还有增强型和耗尽型两种。2.场效晶体管利用栅源电压vGS的电场效应控制导电沟道的宽窄，改变沟道电阻而达到控制漏极电流iD的目的。场效晶体管的基本特性主要由转移特性和输出特性来描述，跨导是表征输入电压对输出电流控制能力的重要参数。3.场效晶体管放大电路具有输入阻抗高、噪声低，热稳定性能好等优点，常用于放大电路的输入级。场效晶体管的放大电路常用的有分压式偏置共源放大电路，对于耗尽型绝缘栅场效晶体管可采用共源自偏压放大电路。场效晶体管放大电路的分析方法和步骤与三极管放大电路有很多类似之处，学习时应注意比较归纳。

14本章小结

14主教材简介书名：电子技术基础第2版（附学习卡）出版单位：高等教育出版社作者：陈振源出版日期：2006-07-01书号：7-04-019714-6适用层次：中职定价：25.20本书参照教育部颁布的中等职业学校电子技术基础教学大纲，以及有关的职业资格标准或行业职业技能鉴定标准，在保留2001年出版的中等职业教育国家规划教材《电子技术基础》编写风格的基础上，根据近几年中职生源的变化情况，贯彻落实“以服务为宗旨，以就业为导向，以能力为本位”的职业教育办学指导思想，修订而成。本书包括模拟电子技术和数字电子技术两部分，模拟部分包括：二极管及整流电路、晶体管及基本放大电路、场效晶体管放大电路、负反馈、低频功率放大器、集成运算放大器、正弦波振荡器、直流稳压电源、晶闸管及应用电路；数字部分包括：数字电路基础、组合逻辑电路、集成触发器、时序逻辑电路、脉冲波形的产生与变换、数模和模数转换。此外，本书还介绍了一些新器件、新知识，如微型片状器件、电路仿真软件EWB等。本书配套有学习指导与同步训练，以及教学光盘。利用书后所附学习卡，登录高等教育出版社“”4A网络教学平台，可获得网上教学资源。书在内容上深浅适度，在结构体系上和教学方法上有所创新，既提出了明确的知识目标，又有明确的技能目标，各章配有知识能力测验和实践技能训练，职业教育特色鲜明。本书可作为中等职业学校电子技术应用、电子电器及电工类专业电子技术基础课程教材，也可作为岗位培训教材。15

配套学习用书和多媒体教学光盘

书名：电子技术基础学习指导与同步训练（配光盘）作者：陈振源出版单位：高等教育出版社书号：7040149109出版日期：2004-08-01定价：29.50本书是配合中等职业教育国家规划教材《电子技术基础》而编写的一本配套学习用书。全书从“学习目标”、“知识要点提示”、“典型例题分析”、“同步训练”四部分提供辅导，是学生学习和教师备课的重要参考资料。本书配有多媒体课件光盘，适用于教师的课堂教学和学生的课后自学。本书可作为中等职业学校电子技术应用、电子电器、通信技术、计算机及应用专业学生的学习辅导用书，也可供相关行业岗位培训或自学电子技术使用。意见和建议可联系电子信箱：chen-zhenyuan@16配套学习用书和多媒体教学光盘1第三章场效晶体管放大电路场效晶体管是一种电压控制型器件，是利用输入电压产生电场效应来控制输出电流，它具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、耗电省等优点，目前已广泛应用于各种电子电路中。本章将介绍场效晶体管的结构、基本特性和放大电路的基本工作原理。

绝缘栅场效晶体管

结型场效晶体管

场效晶体管放大电路

本章小结17第三章场效晶体管放大电路场效晶体管是一种电压控制第一节绝缘栅场效晶体管一、结构绝缘栅场效晶体管（MOS管）分为增强型和耗尽型两类，各类又有P沟道和N沟道两种。N沟道增强型绝缘栅场效晶体管结构示意图及电路符号P沟道增强型绝缘栅场效晶体管结构示意图及电路符号N沟道增强型绝缘栅场效晶体管是用一块杂质浓度较低的P型硅片作衬底，B为衬底引线。在硅片上面扩散两个高浓度N型区(图中N+区)，各用金属线引出电极，分别称为源极s和漏极d，在硅片表面生成一层薄薄的二氧化硅绝缘层，绝缘层上再制作一层铝金属膜作为栅极g。18第一节绝缘栅场效晶体管N沟道增二、电压控制原理

在N沟道增强型场效晶体管的漏极d与源极s之间加上工作电压VDS后，管子的输出电流ID就受栅源电压VGS的控制。

当栅源之间的电压VGS=0时，由于漏极d与衬底B之间的PN结处于反向偏置，漏源极间无导电沟道，因此漏极电流ID=0，管子处于截止状态。

当VGS增加至某个临界电压时，感应电子层将两个分离的N+区接通，形成N型导电沟道，于是产生漏极电流ID，管子开始导通。

继续加大VGS，导电沟道就会愈宽，输出电流ID也就愈大。增强型场效晶体管的工作电路

19二、电压控制原理

在N沟道增强型场效晶体管的三、特性曲线

1.转移特性

指漏源电压VDS为确定值时，漏极电流iD与栅源电压vGS之间的关系曲线。

N沟道增强型MOS管转移特性曲线见右图。

在vGS=0时，iD=0；

当vGS>VGS（th）时，iD随vGS的增大而增大。转移特性曲线

20三、特性曲线

1.转移特性转移特性曲线2.输出特性曲线

指栅源电压VGS为确定值时，漏极电流iD与漏源电压vDS的关系曲线。按场晶体管的工作情况可将输出特性分为三个区域。

在І区域内，漏源电压vDS相对较小，是曲线簇的上升段。该区域输出电阻ro随vGS的变化而变化，所以称І区为可调电阻区。

在Ⅱ区内，漏极电流iD几乎不随漏源电压vDS的变化而变化，所以称为饱和区。在该区域内iD会随栅源电压vGS增大而增大，故Ⅱ区又称为放大区。

Ⅲ区叫击穿区，在这个区域内，由于漏源电压vDS较大，场效晶体管内的PN结被击穿。

输出特性曲线212.输出特性曲线在І区域内，漏源电压vDS相对较小，四、增强型与耗尽型效晶体管的主要差异N沟道耗尽型场效晶体管的结构与增强型场效晶体管相比，其不同点仅在于:在二氧化硅绝缘层中渗人大量的正离子，产生足够的内电场使P型硅衬底的表面感应出很多负电荷，导致漏极与源极之间形成N型原导电沟道，如下图所示。耗尽型MOS管不论栅源电压是正、负或零值都能控制漏极电流ID，这是与增强型MOS管不同的一个重要特点。(a)结构(b)电路图形符号（c）转移特性曲线（d）输出特性曲线

N沟道耗尽型绝缘栅场效晶体管N型原导电沟道22四、增强型与耗尽型效晶体管的主要差异N型原导电沟道6五、主要参数开启电压VGS(th)指VDS为定值时，使增强型绝缘栅场效应管开始导通的栅源电压。夹断电压VGS(off)指VDS为定值时，使耗尽型绝缘栅场效应管处于刚开始截止的栅源电压，N沟道管子的VGS(off)为负值，属耗尽型场效应管的参数。低频跨导gm指VDS为定值时，栅源输入信号vgs与由它引起的漏极电流id之比，这是表征栅源电压vgs对漏极电流id控制作用大小的重要参数。最高工作频率fM它是保证管子正常工作的频率最高限额。场效应管三个电极间存在极间电容，极间电容小的管子最高工作频率高，工作速度快。23五、主要参数7

●存放绝缘栅场效应管时要将三个电极短路，取用管子时应注意人体静电对栅极的感应，可在手腕上套一接地的金属箍。

●焊接绝缘栅场效应管时，电烙铁必须要有外接地线，或切断电源利用电烙铁的余热焊接，以防烙铁漏电损坏管子。焊接时应先焊源极，其次焊漏极，最后焊栅极。

●要拆焊电路板上的场效应管，应先将电路板的工作电源关闭，不允许电路通电时用烙铁进行焊接操作漏源击穿电压V(BR)DS指漏源极之间允许加的最大电压，实际电压值超过该参数时，会使PN结反向击穿。最大耗散功率PDSM指ID与VDD的乘积不应超过的极限值，是从发热角度对管子提出的限制条件。用工程应24漏源击穿电压V(BR)DS指漏源极之间允许第二节结型场效晶体管一、电路图形符号和分类结型场效晶体管的结构示意图和符号如下图所示，3个电极是漏极d、源极s和栅极g。结型场效晶体管可分为P沟道和N沟道两种，电路符号是以栅极的箭头指向来区别。结型场效晶体管的结构示意图结型场效晶体管电路符号及外形25第二节结型场效晶体管结型场二、特性曲线

1.转移特性曲线

转移特性曲线位于纵轴的左侧说明栅源极之间加的是负电压，即vGS≤0，这是N沟道结型场效晶体管正常工作的需要。vGS由零向负值方向逐渐变化，则管子导电沟道电阻加大，iD将逐渐减小。当vGS到达夹断电压VGS（th）时，iD=0，管子截止。

2.输出特性曲线

结型场效晶体管的输出特性曲线与三极管相似，不同之处在于：三极管是不同IB的曲线簇，而结型场效晶体管是不同的VGS的曲线簇。

N沟道结型场效晶体管转移特性曲线N沟道结型场效晶体管输出特性曲线26二、特性曲线

1.转移特性曲线10第三节场效应管放大电路

Rd—漏极负载电阻，可将漏极电流id转换为输出电压vo。

Rs—源极电阻，稳定静态工作点。

Cs—源极旁路电容，消除RS对交流信号的衰减作用。

Cl、C2—耦合电容，起隔直流、耦合交流信号的作用。分压偏置共源放大电路

一、电路构成及元件作用1.分压偏置共源放大电路

V—场效应管，电压控制元件，由输入电压vgs控制漏极电流id。

Rg1、Rg2—分压电阻，使栅极获得合适的工作电压，通常是改变RG1的阻值来调整放大电路的静态工作点。27第三节场效应管放大电路Rd—2.自偏压放大电路

对于耗尽型绝缘栅场效应管通常应用在VGS<0的放大区域，可采用自偏压共源放大电路。

自偏压放大电路只有下偏置电阻，在场效应管的源极串入源极电阻RS，源极电流IS流过RS形成ISRS压降，该电压降为栅源极间提供负栅压VGS=-ISRS，使管子工作于放大状态。场效应管自偏压放大电路282.自偏压放大电路场效应管自偏压放大电路12二、静态工作点的估算

栅极电压

漏极电流

漏源电压三、交流参数估算

电压放大倍数

输入电阻

输出电阻分压偏置共源放大电路29二、静态工作点的估算三、交流参数估算分压偏置共源放大电路1本章小结

1.场效晶体管是一种电压控制器件，分为绝缘栅型和结型两大类，每类又有P沟道、N沟道两种。绝缘栅场效晶体管还有增强型和耗尽型两种。2.场效晶体管利用栅源电压vGS的电场效应控制导电沟道的宽窄，改变沟道电阻而达到控制漏极电流iD的目的。场效晶体管的基本特性主要由转移特性和输出特性来描述，跨导是表征输入电压对输出电流控制能力的重要参数。3.场效晶体管放大电路具有输入阻抗高、噪声低，热稳定性能好等优点，常用于放大电路的输入级。场效晶体管的放大电路常用的有分压式偏置共源放大电路，对于耗尽型绝缘栅场效晶体管可采用共源自偏压放大电路。场效晶体管放大电路的分析方法和步骤与三极管放大电路有很多类似之处，学习时应注意比较归纳。

30本章小结

14主教材简介书名：电子技术基础第2版（附学习卡）出版单位：高等教育出版社作者：陈振源出版日期：2006-07-01书号：7-04-019714-6适用层次：中