第四章 场效应管放大电路
场效应管是一种利用电场效应来控制电流的一种半导体器
件,是仅由一种载流子参与导电的半导体器件 。从参与导电的
载流子来划分，它有电子作为载流子的 N沟道 器件和空穴作为
载流子的 P沟道 器件。
场效应管：
结型
N沟道
P沟道
MOS型
N沟道
P沟道
增强型
耗尽型
增强型
耗尽型
§ 4.1 绝缘栅型场效应管 ( Insulated Gate Field Effect Transister)
绝缘栅型场效应管 IGFET有称金属氧化物场效应管
MOSFET( Metal Oxide Semiconductor FET)是一种利用半导体
表面的电场效应，由感应电荷的多少改变导电沟道来控制漏极
电流的器件，它的栅极与半导体之间是绝缘的，其电阻大于
109?。
增强型, VGS=0时，漏源之间没有导电沟道，
在 VDS作用下无 iD。
耗尽型, VGS=0时，漏源之间有导电沟道，
在 VDS作用下 iD。
1,结构和符号 （以 N沟道增强型为例）
N沟道增强型 MOSFET拓
扑结构左右对称，是 在一
块浓度较低的 P型硅上 生成
一层 SiO2 薄膜绝缘层，然
后用光刻工艺扩散两个高
掺杂的 N型区，从 N型区引
出电极 作为 D和 S,在 绝缘层
上镀一层金属铝并 引出一
个电极作为 G
D(Drain):漏极，相当 c
G(Gate):栅极，相当 b
S(Source):源极，相当 e
B(Substrate):衬底
结构动画
2,工作原理（以 N沟道增强型为例）
(a) VGS=0时，漏源之间相当
两个背靠背的 二极管，在 D、
S之间加上电压，不管 VDS极
性如何，其中总有一个 PN结
反向，所以不存在导电沟道。
VGS =0,ID =0
VGS必须大于 0
管子才能工作。
（ 1）栅源电压 VGS的控制作用
（ 1）栅源电压 VGS的控制作用
（ b）当栅极加有电压时，若
0＜ VGS＜ VGS(th) （ VT 称为开
启电压 )时，在 Sio2介质中产生
一个垂直于半导体表面的电场，
排斥 P区多子空穴而吸引少子电
子。 但由于电场强度有限，吸
引到绝缘层的少子电子数量有
限，不足以形成沟道，将漏极
和源极沟通，所以不可能以形
成漏极电流 ID。
0＜ VGS＜ VT, ID=0
（ 1）栅源电压 VGS的控制作用
(c)进一步增加 VGS,当 VGS＞ VT时，
由于此时的栅极电压已经比较强，
栅极下方的 P型半导体表层中聚集
较多的电子，将漏极和源极沟通，
形成沟道。如果此时 VDS>0，就可
以形成漏极电流 ID。在栅极下方导
电沟道中的电子，因与 P型区的载
流子空穴极性相反，故称为 反型
层 。随着 VGS的继续增加,反型层
变厚, ID增加
VGS >0?g吸引电子 ?反型层 ?导电沟道
VGS??反型层变厚 ? VDS ??ID ? 栅源电压 VGS的控制作用动画
（ 2）漏源电压 VDS对漏极电流 ID的控制作用
（ a）如果 VGS＞ VT且固定为某一值，
VDS=VDG＋ VGS=－ VGD＋ VGS
VGD=VGS－ VDS
VDS为 0或较小时，
VGD=VGS－ VDS ＞ VT,沟道分布如图
，此时 VDS 基本均匀降落在沟道中，
沟道呈斜线分布。
这时,ID随 VDS增大。
VDS??ID ?
（ 2）漏源电压 VDS对漏极电流 ID的控制作用
（ 2）漏源电压 VDS对漏极电流 ID的控制作用
（ b）当 VDS增加到使 VGD=VT
时，沟道如图所示,靠近漏
极的沟道被夹断,这相当于
VDS增加使漏极处沟道缩减到
刚刚开启的情况，称为 预夹
断 。
（ 2）漏源电压 VDS对漏极电流 ID的控制作用
VDS??ID 不变
（ c）当 VDS增加到 VGD?VT时，沟
道如图所示。此时预夹断区域加
长，向 S极延伸。 VDS增加的部分
基本降落在随之加长的夹断沟道
上,ID基本趋于不变
漏源电压 VDS对
沟道的影响动画
ID=f(VGS)?VDS=const
转移特性曲线
iD
vGS /V
ID=f(VDS)?VGS=const
输出特性曲线
vDS /V
iD
3,特性曲线（以 N沟道增强型为例）
值时的是在恒流区,DTGSD
T
GS
DD ivIV
vIi V2 )1-(
0
2
0 ??
转移特性曲线的斜率 gm的大小反
映了栅源电压 VGS对漏极电流 ID
的控制作用。 gm 的量纲为 mA/V
，称为 跨导 。
gm=?ID/?VGS? VDS=const
输出特性曲线
vDS /V
iD(1) 截止区（夹断区）
VGS< VT以下区域就是截止区
VGS? VT ID=0
(2) 放大区（恒流区）
产生夹断后,VDS增大,ID不变的
区域,?VGS -VDS ?? ?VP ?
VDS??ID不变
处于恒流区的场效应管相当于一
个压控电流源
(3)饱和区（可变电阻区）
未产生夹断时,VDS增大,ID随着增大的区域
?VGS -VDS ?? ?VP ? VDS??ID?
处于饱和区的场效应管相当于一个压控可变电阻
4.其它类型 MOS管
（ 1） N沟道耗尽型,N沟道耗尽
型 MOSFET的结构和符号如图所
示，制造时在栅极下方的绝缘层
中掺入了大量的金属正离子。所
以当 VGS=0时，这些正离子已经
在感应出反型层，在漏源之间形
成了沟道。于是只要有漏源电压，
就有漏极电流存在。
各种类型 MOS管的特性曲线
绝
缘
栅
场
效
应
管
N
沟
道
增
强
型
P
沟
道
增
强
型
各种类型 MOS管的特性曲线
绝
缘
栅
场
效
应
管
N
沟
道
耗
尽
型
P
沟
道
耗
尽
型
5,场效应管的主要参数
(1) 开启电压 VT,在 VDS为一固定数值时，能产生 ID所需要的
最小 |VGS | 值。（增强）
(2) 夹断电压 VP,在 VDS为一固定数值时，使 ID对应一微小电流
时的 |VGS | 值。（耗尽）
(3) 饱和漏极电流 IDSS,在 VGS = 0时,VDS > |VP |时的漏
极电流。（耗尽）
(4) 极间电容,漏源电容 CDS约为 0.1~1pF，栅源电容 CGS和栅
漏极电容 CGD约为 1~3pF。
场效应管的主要参数
(5) 低频跨导 gm,表示 vGS对 iD的控制作用。
DS
GS
D
m Vvd
idg
=
在转移特性曲线上,gm 是曲线在某点上的斜率，也可由
iD的表达式求导得出，单位为 S 或 mS。
(6) 最大漏极电流 IDM
(8) 漏源击穿电压 V(BR)DS
栅源击穿电压 V(BR)GS
(7) 最大漏极耗散功率 PDM
场效应三极管的型号
场效应三极管的型号,现行有两种命名方法。其一是与双
极型三极管相同，第三位字母 J代表结型场效应管,O代表
绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料,D是 P型硅，反型
层是 N沟道； C是 N型硅 P沟道。例如,3DJ6D是结型 N沟道场
效应三极管,3DO6C是绝缘栅型 N沟道场效应三极管。
第二种命名方法
是 CS×× #,CS代表
场效应管,×× 以数
字代表型号的序号,#
用字母代表同一型号
中的不同规格。例如
CS14A,CS45G等。
几种常用的场效应三极管的主要参数见表 参 数
型号
P D M
m W
I DSS
m A
VR DS
V
VR GS
V
V P
V
g m
m A / V
f M
M H z
3D J2 D 10 0 < 0,35 > 20 > 20 - 4 ≥ 2 30 0
3D J7 E 10 0 < 1,2 > 20 > 20 - 4 ≥ 3 90
3D J1 5H 10 0 6 ～ 11 > 20 > 20 - 5,5 ≥ 8
3D O 2E 10 0 0,35 ～ 1,2 > 12 > 25 10 00
C S 1 1C 10 0 0,3 ～ 1 - 25 - 4 ≥ 2
§ 4,2 结型场效应管 (Junction type Field Effect Transister)
1,N沟道结型场效应管的结构和符号
结型场效应管是一种利用耗尽层宽度改变导电沟道的宽窄
来控制漏极电流的大小的器件。
它是在 N型半导体硅片
的两侧各制造一个 PN结，
形成两个 PN结夹着一个
N型沟道的结构。 P区即
为 栅极 g(G),N型硅的
一端是 漏极 d(D)，另一
端是 源极 s(S)。
箭头方向表示栅结正偏
或正偏时栅极电流方向。
N沟道结型场效
应管的结构动画
2,工作原理
ID
（ 1） VGS对导电沟道的影响：
VP(VGS(OFF) )：夹断电压
栅源之间是反偏的 PN结，
RGS>107?,所以 IG=0
(a) VGS=0,VDS=0,ID=0
结型场效应管没有绝缘层，只
能工作在反偏的条件下。 N沟道结
型场效应管只能工作在负栅压区，
P沟道的只能工作在正栅压区，否
则将会出现栅流。
N沟道结型场效应管工作原理：
工作原理
(c) |VGS | = ? VP ?，
导电沟道被全夹断
(b) 0<? VGS ?< ? VP ?
? VGS ?? ? 耗尽层变宽
VGS控制导电沟道的宽窄，即控制 ID的大小。
工作原理
（ 2） VDS>0 但 |VGS-VDS| < | VP |,时
(a) VDS增加,d端电位
高,s端电位低，导电
沟道内存在电位梯度，
所以耗尽层上端变宽。
VDS??ID ?
ID
工作原理
(b)
| VGS- VDS | = | VP |时，
导电沟道在 a点相遇，
沟道被夹断。
VGS=0时，产生夹断时
的 ID称为漏极饱和电流
IDSS
ID
工作原理
(c) VDS??夹端长度 ?
场强 ?
? ID=IDSS基本不变。
ID
J型场效应管的
工作原理动画
3,特性曲线
VDS=10V时的
转移特性曲线
IDSS是在 VGS = 0,VDS > |VP |
时的漏极电流2 )-1(
P
GS
D S SD V
vIi ?
当 |vGS - vDS |? | vP |后，管子工作在恒流区,vDS对 iD的影响
很小。实验证明，当 |vGS - vDS |? | VP | 时,iD可近似表示为：
场效应管总结
V P V T
结型 N V P <0
V GS >V P 时工作
相当于 N M O S 耗尽型
结型 P V P >0
V GS <V P 时工作
相当于 P M O S 耗尽型
N M O S 增强 V T >0
V GS >V P 时工作
N M O S 耗尽 V GS 可正可负
V GS >V P 时工作
P M O S 增强 V T <0
V GS <V T 时工作
P M O S 耗尽 V GS 可正可负
V GS <V P 时工作
双极型和场效应型三极管的比较
双极型三极管 场效应三极管
结构 NPN型
PNP型
结型耗尽型 N沟道 P沟道
绝缘栅增强型 N沟道 P沟道
绝缘栅耗尽型 N沟道 P沟道
C与 E一般不可倒置使用 D与可倒置使用
载流子 多子扩散少子漂移 多子漂移
控制 电流控制电流源 CCCS(β) 电压控制电流源 VCCS(gm)
噪声 较大 较小
温度特性 受温度影响较大 较小，可有零温度系数点
输入电阻 几十到几千欧姆 几兆欧姆以上
静电影响 不受静电影响 易受静电影响
集成工艺 不易大规模集成 适宜大规模和超大规模集成
4.3 场效应管应用
例 1：作反相器用。 |Vp1|=|Vp2|=VT 0<|VT|<Vdd
Tp:p沟道增强型,Tn:n沟道增强型
Vi=+Vdd时：
Tp:VGSp=0>VT, 截止
Tn:VGSn=Vdd>VT,导通
Vo= 0
Vi= 0时：
Tp:VGSp=-Vdd<VT,导通
Tn:VGSn=0<VT, 截止
Vo= +VddTn
s
Vi
Tp
s
VoV
i
Vo
+Vdd
Tp
Tn
场效应管应用
例 2：压控电阻
场效应管工作在可变电阻区时,iD随 vDS的增加几乎成
线性增大，而增大的比值受 vGS控制。所以可看成是受 vGS控制
的电阻。
20K
5V
d
+
_
vo
vi
vi
vo
§ 4.4 场效应管放大电路
场效应管的小信号模型
共源极放大电路
共漏极放大电路
共栅组态基本放大电路
4.4.1 场效应管的小信号模型
DS
ds
GSmD dvrdvgdi
1??
),(= DSGSD vvfi已知场效应管输出特性表达式：
DSV
DS
D
GSV
GS
D
D dvv
idv
v
idi
GSDS ??
???
?
??求全微分,
ds
V
DS
D
rv
i
GS
1?
?
? 漏极与源极间等效电阻
ds
ds
gsm VrVgI d
??
??
? 1
变化量
mV
GS
D g
v
i
DS ??
?其中,低频跨导,可从输出曲线上求出
场效应管的小信号模型
一般 rds很大，可忽略，得
简化小信号模型,
4.4.2 共源极放大电路
以 NMOS增强型场效应管为例
三极管 共射极
(b )
共集电极
(c )
共基极
(b )
场效应管 共源极
(s )
共漏极
(d )
共栅极
(g )
三极管与场效应管三种组态对照表：
电路组成
比较共源和共射放大电路，它们只是在偏置电路和
受控源的类型上有所不同。只要将微变等效电路画出，
就是一个解电路的问题了。
图中 Rg1,Rg2是栅极偏置电阻,Rs是源极电阻,Rd是漏极负
载电阻。与共射基本放大电路的 Rb1,Rb2,Re和 Rc分别一一对
应。而且只要结型场效应管栅源间 PN结是反偏工作，无栅流，
那么 JFET和 MOSFET的直流通道和交流通道是一样的 。
直流分析 （估算法）
直流通路
直流分析 (估算法）：
VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2)
VGS= VG－ VS= VG－ IDR
ID= IDSS[1－ (VGS /VP)]2
VDS= VDD－ ID(Rd+R)
解出 VGS,ID和 VDS。
交流分析
微
变
等
效
电
路
R V
I
R Ri i
i
g1 g2/ /? ?
.
.
4.4.3 共漏极放大电路
直流分析
VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2)
VGS= VG－ VS= VG－ IDR
ID= IDSS[1－ (VGS /VP)]2
VDS= VDD－ IDR
由此可以解出 VGS,ID和 VDS。
与三极管共集电
极电路对应
直流通路：
交流分析
)//( g2g1gi RRRR ??
1'1 ')//( )//(
Lm
Lm
Lgsmgs
Lgsm
i
o ?
????? Rg
Rg
RRVgV
RRVg
V
VA
v ??
?
?
??
)(
s
o
sivv
si
i
vs RRAARR
R
V
VA ????
???
??
?
??
输出电阻
Rg
R
g
R
I
V
R
VV
g
RVVg
R
V
I
mmo
o
o
gso
m
ogsm
o
o
1
1
//
'
'
'
]
1
//['
'
'
?
???
??
???
?
?
??
??
?
?
4.4.4 共栅极放大电路
Ro≈Rd
m
mgsm
gs
gs
i
i
i
1
//
1
1
g
R
g
RVgR
V
V
I
V
R ?
?
?
??
?
??
?
?
?
?
?
LmLdm
gs
Ldgsm
i
o ')//()//( RgRRg
V
RRVg
V
VA
v ???
???
?
?
?
??
例题 1 共源
已知：
gm=0.3mA/V
IDSS=3mA
VP=-2V
解：静态分析：
VGS=-RID
ID= IDSS[1－ (VGS /VP)]2
代入参数得：
3ID2-7ID+3=0
IDQ=0.57mA ID=1.77mA（不合理，舍去）
VGSQ=-1.14V VDSQ=VDD-ID(Rd+R)=8.31V
+
vi
-
C1
0.01u
Q
Rg
10M
R
2K
Rd
15K
RL
18K
C2
0.1u
C3
10u
VDD
18V
+
vo
-
例题 1解
动态分析：
Ri=Rg=10MΩ
Ro=Rd=15KΩ
LdLLgsmo
gsmgsi
RRRRVgV
RVgVV
//'' ???
??
?
???
53.1
1
')//(
m
Lm
gsmgs
Lgsm
i
o ??
?
??
?
?
??
Rg
Rg
RVgV
RRVg
V
VA
v ??
?
?
??
例题 2 多级放大电路
已知,VBE=0.6V,
?=120,gm=3mA/V,
VP=-2V,IDSS=4mA
+
vi
-
Q1
Q2
Q3
Rg
10M Rs2k
Rd
15k
RC2
12k
Re1
200
Re2
20k
Re3
3.6k
RL
2kC1
C2
VCC
15V
+
vo
-
解：静态分析：
VGS=-RsID
ID= IDSS[1－ (VGS /VP)]2
代入参数得：
4ID2-9ID+4=0
ID=0.61mA
ID=1.64mA（舍去）
VGS=-1.22V
VD≈VCC-IDRd=5.85V
（忽略 IB2）
IE2= (VD－ VBE2)/(Re1+Re2)
=0.26mA
VC2≈VCC-IE2RC2=11.88V（忽
略 IB3）
IE3= (VC2－ VBE3)/Re3=3.13mA
VCE2≈VCC-IE3Re2=3.72V
rbe2=12.9k
rbe3=1.2k
例题 2解
动态分析：
Ri=Rg=10M
Ri2= rbe2+(1+ ? )Re1
=37.1k
Ri3= rbe3 +(1+ ? )Re3//RL
=156k
+
vi
-
Q1
Q2
Q3
Rg
10M Rs2k
Rd
15k
RC2
12k
Re1
200
Re2
20k
Re3
3.6k
RL
2kC1
C2
VCC
15V
+
vo
-
6.41 //
m
2dm
1 ????? Rg
RRgA i
v
?
36)1( //
12
3C2
2 ??????
ebe
i
v Rr
RRA
?
??
1
)1(
)1(
'
3
'
2 ???
???
Lbe
L
v Rr
RA
?
?? 1 6 5321 ???? vvvv AAAA ????
作业
? 4.4.4
? 4.4.5
? 4.5.4
场效应管是一种利用电场效应来控制电流的一种半导体器
件,是仅由一种载流子参与导电的半导体器件 。从参与导电的
载流子来划分，它有电子作为载流子的 N沟道 器件和空穴作为
载流子的 P沟道 器件。
场效应管：
结型
N沟道
P沟道
MOS型
N沟道
P沟道
增强型
耗尽型
增强型
耗尽型
§ 4.1 绝缘栅型场效应管 ( Insulated Gate Field Effect Transister)
绝缘栅型场效应管 IGFET有称金属氧化物场效应管
MOSFET( Metal Oxide Semiconductor FET)是一种利用半导体
表面的电场效应，由感应电荷的多少改变导电沟道来控制漏极
电流的器件，它的栅极与半导体之间是绝缘的，其电阻大于
109?。
增强型, VGS=0时，漏源之间没有导电沟道，
在 VDS作用下无 iD。
耗尽型, VGS=0时，漏源之间有导电沟道，
在 VDS作用下 iD。
1,结构和符号 （以 N沟道增强型为例）
N沟道增强型 MOSFET拓
扑结构左右对称，是 在一
块浓度较低的 P型硅上 生成
一层 SiO2 薄膜绝缘层，然
后用光刻工艺扩散两个高
掺杂的 N型区，从 N型区引
出电极 作为 D和 S,在 绝缘层
上镀一层金属铝并 引出一
个电极作为 G
D(Drain):漏极，相当 c
G(Gate):栅极，相当 b
S(Source):源极，相当 e
B(Substrate):衬底
结构动画
2,工作原理（以 N沟道增强型为例）
(a) VGS=0时，漏源之间相当
两个背靠背的 二极管，在 D、
S之间加上电压，不管 VDS极
性如何，其中总有一个 PN结
反向，所以不存在导电沟道。
VGS =0,ID =0
VGS必须大于 0
管子才能工作。
（ 1）栅源电压 VGS的控制作用
（ 1）栅源电压 VGS的控制作用
（ b）当栅极加有电压时，若
0＜ VGS＜ VGS(th) （ VT 称为开
启电压 )时，在 Sio2介质中产生
一个垂直于半导体表面的电场，
排斥 P区多子空穴而吸引少子电
子。 但由于电场强度有限，吸
引到绝缘层的少子电子数量有
限，不足以形成沟道，将漏极
和源极沟通，所以不可能以形
成漏极电流 ID。
0＜ VGS＜ VT, ID=0
（ 1）栅源电压 VGS的控制作用
(c)进一步增加 VGS,当 VGS＞ VT时，
由于此时的栅极电压已经比较强，
栅极下方的 P型半导体表层中聚集
较多的电子，将漏极和源极沟通，
形成沟道。如果此时 VDS>0，就可
以形成漏极电流 ID。在栅极下方导
电沟道中的电子，因与 P型区的载
流子空穴极性相反，故称为 反型
层 。随着 VGS的继续增加,反型层
变厚, ID增加
VGS >0?g吸引电子 ?反型层 ?导电沟道
VGS??反型层变厚 ? VDS ??ID ? 栅源电压 VGS的控制作用动画
（ 2）漏源电压 VDS对漏极电流 ID的控制作用
（ a）如果 VGS＞ VT且固定为某一值，
VDS=VDG＋ VGS=－ VGD＋ VGS
VGD=VGS－ VDS
VDS为 0或较小时，
VGD=VGS－ VDS ＞ VT,沟道分布如图
，此时 VDS 基本均匀降落在沟道中，
沟道呈斜线分布。
这时,ID随 VDS增大。
VDS??ID ?
（ 2）漏源电压 VDS对漏极电流 ID的控制作用
（ 2）漏源电压 VDS对漏极电流 ID的控制作用
（ b）当 VDS增加到使 VGD=VT
时，沟道如图所示,靠近漏
极的沟道被夹断,这相当于
VDS增加使漏极处沟道缩减到
刚刚开启的情况，称为 预夹
断 。
（ 2）漏源电压 VDS对漏极电流 ID的控制作用
VDS??ID 不变
（ c）当 VDS增加到 VGD?VT时，沟
道如图所示。此时预夹断区域加
长，向 S极延伸。 VDS增加的部分
基本降落在随之加长的夹断沟道
上,ID基本趋于不变
漏源电压 VDS对
沟道的影响动画
ID=f(VGS)?VDS=const
转移特性曲线
iD
vGS /V
ID=f(VDS)?VGS=const
输出特性曲线
vDS /V
iD
3,特性曲线（以 N沟道增强型为例）
值时的是在恒流区,DTGSD
T
GS
DD ivIV
vIi V2 )1-(
0
2
0 ??
转移特性曲线的斜率 gm的大小反
映了栅源电压 VGS对漏极电流 ID
的控制作用。 gm 的量纲为 mA/V
，称为 跨导 。
gm=?ID/?VGS? VDS=const
输出特性曲线
vDS /V
iD(1) 截止区（夹断区）
VGS< VT以下区域就是截止区
VGS? VT ID=0
(2) 放大区（恒流区）
产生夹断后,VDS增大,ID不变的
区域,?VGS -VDS ?? ?VP ?
VDS??ID不变
处于恒流区的场效应管相当于一
个压控电流源
(3)饱和区（可变电阻区）
未产生夹断时,VDS增大,ID随着增大的区域
?VGS -VDS ?? ?VP ? VDS??ID?
处于饱和区的场效应管相当于一个压控可变电阻
4.其它类型 MOS管
（ 1） N沟道耗尽型,N沟道耗尽
型 MOSFET的结构和符号如图所
示，制造时在栅极下方的绝缘层
中掺入了大量的金属正离子。所
以当 VGS=0时，这些正离子已经
在感应出反型层，在漏源之间形
成了沟道。于是只要有漏源电压，
就有漏极电流存在。
各种类型 MOS管的特性曲线
绝
缘
栅
场
效
应
管
N
沟
道
增
强
型
P
沟
道
增
强
型
各种类型 MOS管的特性曲线
绝
缘
栅
场
效
应
管
N
沟
道
耗
尽
型
P
沟
道
耗
尽
型
5,场效应管的主要参数
(1) 开启电压 VT,在 VDS为一固定数值时，能产生 ID所需要的
最小 |VGS | 值。（增强）
(2) 夹断电压 VP,在 VDS为一固定数值时，使 ID对应一微小电流
时的 |VGS | 值。（耗尽）
(3) 饱和漏极电流 IDSS,在 VGS = 0时,VDS > |VP |时的漏
极电流。（耗尽）
(4) 极间电容,漏源电容 CDS约为 0.1~1pF，栅源电容 CGS和栅
漏极电容 CGD约为 1~3pF。
场效应管的主要参数
(5) 低频跨导 gm,表示 vGS对 iD的控制作用。
DS
GS
D
m Vvd
idg
=
在转移特性曲线上,gm 是曲线在某点上的斜率，也可由
iD的表达式求导得出，单位为 S 或 mS。
(6) 最大漏极电流 IDM
(8) 漏源击穿电压 V(BR)DS
栅源击穿电压 V(BR)GS
(7) 最大漏极耗散功率 PDM
场效应三极管的型号
场效应三极管的型号,现行有两种命名方法。其一是与双
极型三极管相同，第三位字母 J代表结型场效应管,O代表
绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料,D是 P型硅，反型
层是 N沟道； C是 N型硅 P沟道。例如,3DJ6D是结型 N沟道场
效应三极管,3DO6C是绝缘栅型 N沟道场效应三极管。
第二种命名方法
是 CS×× #,CS代表
场效应管,×× 以数
字代表型号的序号,#
用字母代表同一型号
中的不同规格。例如
CS14A,CS45G等。
几种常用的场效应三极管的主要参数见表 参 数
型号
P D M
m W
I DSS
m A
VR DS
V
VR GS
V
V P
V
g m
m A / V
f M
M H z
3D J2 D 10 0 < 0,35 > 20 > 20 - 4 ≥ 2 30 0
3D J7 E 10 0 < 1,2 > 20 > 20 - 4 ≥ 3 90
3D J1 5H 10 0 6 ～ 11 > 20 > 20 - 5,5 ≥ 8
3D O 2E 10 0 0,35 ～ 1,2 > 12 > 25 10 00
C S 1 1C 10 0 0,3 ～ 1 - 25 - 4 ≥ 2
§ 4,2 结型场效应管 (Junction type Field Effect Transister)
1,N沟道结型场效应管的结构和符号
结型场效应管是一种利用耗尽层宽度改变导电沟道的宽窄
来控制漏极电流的大小的器件。
它是在 N型半导体硅片
的两侧各制造一个 PN结，
形成两个 PN结夹着一个
N型沟道的结构。 P区即
为 栅极 g(G),N型硅的
一端是 漏极 d(D)，另一
端是 源极 s(S)。
箭头方向表示栅结正偏
或正偏时栅极电流方向。
N沟道结型场效
应管的结构动画
2,工作原理
ID
（ 1） VGS对导电沟道的影响：
VP(VGS(OFF) )：夹断电压
栅源之间是反偏的 PN结，
RGS>107?,所以 IG=0
(a) VGS=0,VDS=0,ID=0
结型场效应管没有绝缘层，只
能工作在反偏的条件下。 N沟道结
型场效应管只能工作在负栅压区，
P沟道的只能工作在正栅压区，否
则将会出现栅流。
N沟道结型场效应管工作原理：
工作原理
(c) |VGS | = ? VP ?，
导电沟道被全夹断
(b) 0<? VGS ?< ? VP ?
? VGS ?? ? 耗尽层变宽
VGS控制导电沟道的宽窄，即控制 ID的大小。
工作原理
（ 2） VDS>0 但 |VGS-VDS| < | VP |,时
(a) VDS增加,d端电位
高,s端电位低，导电
沟道内存在电位梯度，
所以耗尽层上端变宽。
VDS??ID ?
ID
工作原理
(b)
| VGS- VDS | = | VP |时，
导电沟道在 a点相遇，
沟道被夹断。
VGS=0时，产生夹断时
的 ID称为漏极饱和电流
IDSS
ID
工作原理
(c) VDS??夹端长度 ?
场强 ?
? ID=IDSS基本不变。
ID
J型场效应管的
工作原理动画
3,特性曲线
VDS=10V时的
转移特性曲线
IDSS是在 VGS = 0,VDS > |VP |
时的漏极电流2 )-1(
P
GS
D S SD V
vIi ?
当 |vGS - vDS |? | vP |后，管子工作在恒流区,vDS对 iD的影响
很小。实验证明，当 |vGS - vDS |? | VP | 时,iD可近似表示为：
场效应管总结
V P V T
结型 N V P <0
V GS >V P 时工作
相当于 N M O S 耗尽型
结型 P V P >0
V GS <V P 时工作
相当于 P M O S 耗尽型
N M O S 增强 V T >0
V GS >V P 时工作
N M O S 耗尽 V GS 可正可负
V GS >V P 时工作
P M O S 增强 V T <0
V GS <V T 时工作
P M O S 耗尽 V GS 可正可负
V GS <V P 时工作
双极型和场效应型三极管的比较
双极型三极管 场效应三极管
结构 NPN型
PNP型
结型耗尽型 N沟道 P沟道
绝缘栅增强型 N沟道 P沟道
绝缘栅耗尽型 N沟道 P沟道
C与 E一般不可倒置使用 D与可倒置使用
载流子 多子扩散少子漂移 多子漂移
控制 电流控制电流源 CCCS(β) 电压控制电流源 VCCS(gm)
噪声 较大 较小
温度特性 受温度影响较大 较小，可有零温度系数点
输入电阻 几十到几千欧姆 几兆欧姆以上
静电影响 不受静电影响 易受静电影响
集成工艺 不易大规模集成 适宜大规模和超大规模集成
4.3 场效应管应用
例 1：作反相器用。 |Vp1|=|Vp2|=VT 0<|VT|<Vdd
Tp:p沟道增强型,Tn:n沟道增强型
Vi=+Vdd时：
Tp:VGSp=0>VT, 截止
Tn:VGSn=Vdd>VT,导通
Vo= 0
Vi= 0时：
Tp:VGSp=-Vdd<VT,导通
Tn:VGSn=0<VT, 截止
Vo= +VddTn
s
Vi
Tp
s
VoV
i
Vo
+Vdd
Tp
Tn
场效应管应用
例 2：压控电阻
场效应管工作在可变电阻区时,iD随 vDS的增加几乎成
线性增大，而增大的比值受 vGS控制。所以可看成是受 vGS控制
的电阻。
20K
5V
d
+
_
vo
vi
vi
vo
§ 4.4 场效应管放大电路
场效应管的小信号模型
共源极放大电路
共漏极放大电路
共栅组态基本放大电路
4.4.1 场效应管的小信号模型
DS
ds
GSmD dvrdvgdi
1??
),(= DSGSD vvfi已知场效应管输出特性表达式：
DSV
DS
D
GSV
GS
D
D dvv
idv
v
idi
GSDS ??
???
?
??求全微分,
ds
V
DS
D
rv
i
GS
1?
?
? 漏极与源极间等效电阻
ds
ds
gsm VrVgI d
??
??
? 1
变化量
mV
GS
D g
v
i
DS ??
?其中,低频跨导,可从输出曲线上求出
场效应管的小信号模型
一般 rds很大，可忽略，得
简化小信号模型,
4.4.2 共源极放大电路
以 NMOS增强型场效应管为例
三极管 共射极
(b )
共集电极
(c )
共基极
(b )
场效应管 共源极
(s )
共漏极
(d )
共栅极
(g )
三极管与场效应管三种组态对照表：
电路组成
比较共源和共射放大电路，它们只是在偏置电路和
受控源的类型上有所不同。只要将微变等效电路画出，
就是一个解电路的问题了。
图中 Rg1,Rg2是栅极偏置电阻,Rs是源极电阻,Rd是漏极负
载电阻。与共射基本放大电路的 Rb1,Rb2,Re和 Rc分别一一对
应。而且只要结型场效应管栅源间 PN结是反偏工作，无栅流，
那么 JFET和 MOSFET的直流通道和交流通道是一样的 。
直流分析 （估算法）
直流通路
直流分析 (估算法）：
VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2)
VGS= VG－ VS= VG－ IDR
ID= IDSS[1－ (VGS /VP)]2
VDS= VDD－ ID(Rd+R)
解出 VGS,ID和 VDS。
交流分析
微
变
等
效
电
路
R V
I
R Ri i
i
g1 g2/ /? ?
.
.
4.4.3 共漏极放大电路
直流分析
VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2)
VGS= VG－ VS= VG－ IDR
ID= IDSS[1－ (VGS /VP)]2
VDS= VDD－ IDR
由此可以解出 VGS,ID和 VDS。
与三极管共集电
极电路对应
直流通路：
交流分析
)//( g2g1gi RRRR ??
1'1 ')//( )//(
Lm
Lm
Lgsmgs
Lgsm
i
o ?
????? Rg
Rg
RRVgV
RRVg
V
VA
v ??
?
?
??
)(
s
o
sivv
si
i
vs RRAARR
R
V
VA ????
???
??
?
??
输出电阻
Rg
R
g
R
I
V
R
VV
g
RVVg
R
V
I
mmo
o
o
gso
m
ogsm
o
o
1
1
//
'
'
'
]
1
//['
'
'
?
???
??
???
?
?
??
??
?
?
4.4.4 共栅极放大电路
Ro≈Rd
m
mgsm
gs
gs
i
i
i
1
//
1
1
g
R
g
RVgR
V
V
I
V
R ?
?
?
??
?
??
?
?
?
?
?
LmLdm
gs
Ldgsm
i
o ')//()//( RgRRg
V
RRVg
V
VA
v ???
???
?
?
?
??
例题 1 共源
已知：
gm=0.3mA/V
IDSS=3mA
VP=-2V
解：静态分析：
VGS=-RID
ID= IDSS[1－ (VGS /VP)]2
代入参数得：
3ID2-7ID+3=0
IDQ=0.57mA ID=1.77mA（不合理，舍去）
VGSQ=-1.14V VDSQ=VDD-ID(Rd+R)=8.31V
+
vi
-
C1
0.01u
Q
Rg
10M
R
2K
Rd
15K
RL
18K
C2
0.1u
C3
10u
VDD
18V
+
vo
-
例题 1解
动态分析：
Ri=Rg=10MΩ
Ro=Rd=15KΩ
LdLLgsmo
gsmgsi
RRRRVgV
RVgVV
//'' ???
??
?
???
53.1
1
')//(
m
Lm
gsmgs
Lgsm
i
o ??
?
??
?
?
??
Rg
Rg
RVgV
RRVg
V
VA
v ??
?
?
??
例题 2 多级放大电路
已知,VBE=0.6V,
?=120,gm=3mA/V,
VP=-2V,IDSS=4mA
+
vi
-
Q1
Q2
Q3
Rg
10M Rs2k
Rd
15k
RC2
12k
Re1
200
Re2
20k
Re3
3.6k
RL
2kC1
C2
VCC
15V
+
vo
-
解：静态分析：
VGS=-RsID
ID= IDSS[1－ (VGS /VP)]2
代入参数得：
4ID2-9ID+4=0
ID=0.61mA
ID=1.64mA（舍去）
VGS=-1.22V
VD≈VCC-IDRd=5.85V
（忽略 IB2）
IE2= (VD－ VBE2)/(Re1+Re2)
=0.26mA
VC2≈VCC-IE2RC2=11.88V（忽
略 IB3）
IE3= (VC2－ VBE3)/Re3=3.13mA
VCE2≈VCC-IE3Re2=3.72V
rbe2=12.9k
rbe3=1.2k
例题 2解
动态分析：
Ri=Rg=10M
Ri2= rbe2+(1+ ? )Re1
=37.1k
Ri3= rbe3 +(1+ ? )Re3//RL
=156k
+
vi
-
Q1
Q2
Q3
Rg
10M Rs2k
Rd
15k
RC2
12k
Re1
200
Re2
20k
Re3
3.6k
RL
2kC1
C2
VCC
15V
+
vo
-
6.41 //
m
2dm
1 ????? Rg
RRgA i
v
?
36)1( //
12
3C2
2 ??????
ebe
i
v Rr
RRA
?
??
1
)1(
)1(
'
3
'
2 ???
???
Lbe
L
v Rr
RA
?
?? 1 6 5321 ???? vvvv AAAA ????
作业
? 4.4.4
? 4.4.5
? 4.5.4
