4 场效应管放大电路
4.1 结型场效应管
4.3 金属 -氧化物 -半导体场效应管
4.4 场效应管放大电路
4.5 各种放大器件电路性能比较
*4.2 砷化镓金属 -半导体场效应管类比：与 BJT放大电路自学（归纳、比较）
MOS管,简单介绍掌握场效应管的工作原理注意与 BJT的异同点
√
√
2
引言
4 场效应管放大电路
1、问题的引出
2、分类进一步提高 Ri，
但 BJT的 Je正偏,rbe较小
FET
场效应管
JFET
结型
MOSFET
绝缘栅型
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）
3
4.1 结型场效应管
结构
工作原理
输出特性
转移特性
主要参数
4.1.1 JFET的结构和工作原理
4.1.2 JFET的特性曲线及参数
4
4.1.1 JFET的结构和工作原理
1,结构
N型导电沟道漏极 D(d)
源极 S(s)
沟道电阻
—— 长度,宽度,掺杂P+P+
反偏的 PN结
—— 反偏电压 控制耗尽层结构特点,
空间电荷区（耗尽层）
栅极 G(g)
5
4.1.1 JFET的结构和工作原理
g
d
s
P
+
N
P
+
耗尽层
g
d
s
P
+
N
P
+
g
d
s
P
+
N
P
+
2,工作原理 ① VGS对沟道的控制作用
② VDS对沟道的影响
VGS=0?VGS＜ 0 (反偏 )?VGS= VP
耗尽层加厚|VGS |增加?沟道变窄
沟道电阻增大全夹断（夹断电压）
6
4.1.1 JFET的结构和工作原理
2,工作原理 ② VDS对沟道的影响
g
d
s
P
+
N
P
+
耗尽层
g
d
s
P
+
N
P
+
g
d
s
P
+
N
P
+
g
d
s
P
+
N
P
+
VDS ID? GD间 PN结的反向电压增加,使靠近漏极处的耗尽层加宽,呈楔形分布。
VGD=VP 时，在紧靠漏极处出现预夹断。
VDS夹断区延长,但 ID基本不变
7
2,工作原理 ③ VGS和 VDS同时作用时
8
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
iG?0，输入电阻很高。
4.1.1 JFET的结构和工作原理
9
4.1.2 JFET的特性曲线及参数
# JFET有正常放大作用时，沟道处于什么状态？
c o n s t,DSD GS)( vvfi
2,转移特性
c o n s t,GSD DS)( vvfi
)0()1( GSP2
P
GS
D S SD vVV
vIi
VP
1,输出特性
10
4.1.2 JFET的特性曲线及参数
3,主要参数
① 夹断电压 VP (或 VGS(off))：
② 饱和漏极电流 IDSS：
漏极电流约为零时的 VGS值 。
VGS=0时对应的漏极电流。
③ 直流输入电阻 RGS,结型 FET，反偏时 RGS约大于 107Ω。
⑤ 最大漏极功耗 PDM
④ 最大漏源电压 V(BR)DS ；最大栅源电压 V(BR)GS
⑦ 输出电阻 rd：
GS
D
DS
d Vi
vr
⑥ 低频跨导 gm：
DS
GS
D
m Vv
ig
时）（当 0
)1(2
GSP
P
P
GS
D S S
m
vV
V
V
vI
g或低频跨导反映了 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 )。
11
4.3 金属 -氧化物 -半导体场效应管
FET
场效应管
JFET
结型
MOSFET
绝缘栅型
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）
12
4.3.1 N沟道增强型 MOSFET
1,结构
13
二氧化硅
g
s
d
i D ＝ 0
铝耗尽层
N
＋
N
＋
P
B 衬底引线
V GG
s
d
i D ＝ 0
耗尽层
P
B 衬底引线
N
＋
N
＋
N 型 ( 感生 ) 沟道
g
g
s
d
i D
迅速增大
N 型 ( 感生 ) 沟道
P
B 衬底引线
V GG
V DD
N
＋
N
＋
g
s
d
i D
饱和
P
B 衬底引线
V GG
V DD
N
＋
N
＋
夹断区
4.1.1 N沟道增强型 MOSFET
2,工作原理
14
N沟道增强型 MOS管
N沟道耗尽型 MOS管
4.3.2 N沟道耗尽型 MOSFET
15
d
g
s
v GS
i D
O V P
v DS
i D
O
- 1
v GS = 0V
- 2
- 3
d
g
s
衬
v GS
i D
O V P
v DS
i D
O
v GS =0V
0,2
- 0,2
- 0,4
d
g
s
衬
v GS
i D
O V T O
v DS
i D
O
v GS =5V
4
3
vGS =VP
vGS =VT
4.3.3 各种 FET的特性比较
16
N
P
N
c
b
e
s
g
d
vBE vCE
iB
c
e
b
iC d
g
s
17
4.4 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
4.4.1 FET的直流偏置及静态分析
4.4.2 FET放大电路的小信号模型分析法
18
4.4.1 FET的直流偏置电路及静态分析
1,直流偏置电路
（ 1）分压式自 偏压电路
SVGSV GV
DD
g2g1
g2 V
RR
R
RID?
（ 2）自 偏压电路
vGS
vGS = 0 － iDR
19
4.4 结型场效应管 2,静态工作点求解思路
Q点,VGS,ID,VDS
vGS =
2
P
GS
D S SD )1( V
vIi
VDS =
已知 VP,由
VDD - ID (Rd + R )
- iDR
可解出 Q点的 VGS,ID,VDS
20
4.4 结型场效应管 4.4.2 FET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
22
4.4 结型场效应管 2,动态指标分析
（ 1）中频小信号模型
23
4.4 结型场效应管 2,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
iV? gsV? RVg gsm )1( mgs RgV
oV? dgsm RVg
mVA?
Rg
Rg
m
dm
1
由输入输出回路得则
)]//([ g2g1g3gs RRRr通常故 )//(
g2g1g3i RRRR
do RR?
24
例 4.4.2 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
iV? gsV? )//( Lgsm RRVg)//(1 Lmgs RRgV
oV? )//( Lgsm RRVg?
mVA?
)//(1
)//(
Lm
Lm
RRg
RRg
得
)//( g2g1g3i RRRR
解,（ 1）中频小信号模型由
i
o
V
V
1?
例题
25
（ 4）输出电阻
TI? RI? gsmVg
R
VT
gsV? TV
oR
m
1
1
g
R
所以由图有
T
T
I
V
gsmVg
m
1//
gR?
例题
26
3,三种基本放大电路的性能比较组态对应关系：
4.4 结型场效应管
CE
BJT FET
CS
CC CD
CB CG
BJT FET
电压增益：
be
Lc )//(
r
RR
)//)(1(
)//()1(
Lebe
Le
RRr
RR
be
Lc )//(
r
RR
CE：
CC：
CB：
)//( Ldm RRg?
)//(1
)//(
Lm
Lm
RRg
RRg
)//( Ldm RRg
CS：
CD：
CG：
27
beb // rR
输出电阻：
cR
)//)(1(// Lebeb RRrR
1
)//(// bebs
e
rRRR
1//
be
e
rR
cR
3,三种基本放大电路的性能比较4.4 结型场效应管
BJT FET
输入电阻：
CE：
CC：
CB：
CS：
CD：
CG：
)//( g2g1g3 RRR?
m
1//
gR
)//( g2g1g3 RRR?
CE：
CC：
CB：
CS：
CD：
CG,dR
m
1//
gR
dR
28
解,画中频小信号等效电路
gsmVg?
iVgsV? 2gsm RVg?
bI? bI bI
oV? cb RI
MVA?
2m
cm
1 Rg
Rg
6.128
gi RR?
co RR?
M 5
则电压增益为
sg RR
例题 放大电路如图所示。已知
，ms 18m?g,100
试求电路的中频增益、输入电阻和输出电阻。
， k 1ber
根据电路有
i
o
V
V
由于 则
sMVA
s
o
V
V
i
o
s
i
V
V
V
V
k 20
M
is
i VA
RR
R? 6.1 2 8MVA? {end}
29
教学基本要求掌握 结型场效应管 的工作原理和特性曲线，了解其主要参数了解 FET放大电路的静态偏置特点及求解思路掌握用 小信号模型分析法 分析动态性能了解双极型三极管和场效应管放大电路的 特点
4 场效应管放大电路
30
自 测 题一、判断下列说法是否正确，用,√”和,×,表示判断结果填入空内。
（ 1）结型场效应管外加的栅 -源电压应使栅 -源间的耗尽层承受反向电压，才能保证其 RGS大的特点。（ ）
（ 2）若耗尽型 N沟道 MOS管的 UGS大于零，则其输入电阻会明显变小。（ ）
解：（ 1） √ （ 2） ×
31
二、选择正确答案填入空内。
（ 1） UGS＝ 0V时，能够工作在恒流区的场效应管有 。
A,结型管 B,增强型 MOS管 C,耗尽型 MOS管解：（ 1） A C （ 2） A
（ 2）当场效应管的漏极直流电流 ID从 2mA变为 4mA时，
它的低频跨导 gm将 。
A.增大 B.不变 C.减小
32
三．测得某放大电路中三个 MOS管的三个电极的电位如表 T1.7所示，它们的开启电压也在表中。试分析各管的工作状态 (截止区、恒流区、可变电阻区），
并填入表内。
表 T1.7
管 号 UGS（ th） /V US/V UG/V UD/V 工作状态
T1 4 － 5 1 3
T2 － 4 3 3 10
T3 － 4 6 0 5
33
解：因为三只管子均有开启电压，所以它们均为增强型 MOS管。根据表中所示各极电位可判断出它们各自的工作状态，如解表 T1.7所示。
表 T1.7
管 号 UGS（ th） /V US/V UG/V UD/V 工作状态
T1 4 － 5 1 3 恒流区
T2 － 4 3 3 10 截止区
T3 － 4 6 0 5 可变电阻区
34
35
36
37
38
39
4.1 结型场效应管
4.3 金属 -氧化物 -半导体场效应管
4.4 场效应管放大电路
4.5 各种放大器件电路性能比较
*4.2 砷化镓金属 -半导体场效应管类比：与 BJT放大电路自学（归纳、比较）
MOS管,简单介绍掌握场效应管的工作原理注意与 BJT的异同点
√
√
2
引言
4 场效应管放大电路
1、问题的引出
2、分类进一步提高 Ri，
但 BJT的 Je正偏,rbe较小
FET
场效应管
JFET
结型
MOSFET
绝缘栅型
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）
3
4.1 结型场效应管
结构
工作原理
输出特性
转移特性
主要参数
4.1.1 JFET的结构和工作原理
4.1.2 JFET的特性曲线及参数
4
4.1.1 JFET的结构和工作原理
1,结构
N型导电沟道漏极 D(d)
源极 S(s)
沟道电阻
—— 长度,宽度,掺杂P+P+
反偏的 PN结
—— 反偏电压 控制耗尽层结构特点,
空间电荷区（耗尽层）
栅极 G(g)
5
4.1.1 JFET的结构和工作原理
g
d
s
P
+
N
P
+
耗尽层
g
d
s
P
+
N
P
+
g
d
s
P
+
N
P
+
2,工作原理 ① VGS对沟道的控制作用
② VDS对沟道的影响
VGS=0?VGS＜ 0 (反偏 )?VGS= VP
耗尽层加厚|VGS |增加?沟道变窄
沟道电阻增大全夹断（夹断电压）
6
4.1.1 JFET的结构和工作原理
2,工作原理 ② VDS对沟道的影响
g
d
s
P
+
N
P
+
耗尽层
g
d
s
P
+
N
P
+
g
d
s
P
+
N
P
+
g
d
s
P
+
N
P
+
VDS ID? GD间 PN结的反向电压增加,使靠近漏极处的耗尽层加宽,呈楔形分布。
VGD=VP 时，在紧靠漏极处出现预夹断。
VDS夹断区延长,但 ID基本不变
7
2,工作原理 ③ VGS和 VDS同时作用时
8
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
iG?0，输入电阻很高。
4.1.1 JFET的结构和工作原理
9
4.1.2 JFET的特性曲线及参数
# JFET有正常放大作用时，沟道处于什么状态？
c o n s t,DSD GS)( vvfi
2,转移特性
c o n s t,GSD DS)( vvfi
)0()1( GSP2
P
GS
D S SD vVV
vIi
VP
1,输出特性
10
4.1.2 JFET的特性曲线及参数
3,主要参数
① 夹断电压 VP (或 VGS(off))：
② 饱和漏极电流 IDSS：
漏极电流约为零时的 VGS值 。
VGS=0时对应的漏极电流。
③ 直流输入电阻 RGS,结型 FET，反偏时 RGS约大于 107Ω。
⑤ 最大漏极功耗 PDM
④ 最大漏源电压 V(BR)DS ；最大栅源电压 V(BR)GS
⑦ 输出电阻 rd：
GS
D
DS
d Vi
vr
⑥ 低频跨导 gm：
DS
GS
D
m Vv
ig
时）（当 0
)1(2
GSP
P
P
GS
D S S
m
vV
V
V
vI
g或低频跨导反映了 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 )。
11
4.3 金属 -氧化物 -半导体场效应管
FET
场效应管
JFET
结型
MOSFET
绝缘栅型
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）
12
4.3.1 N沟道增强型 MOSFET
1,结构
13
二氧化硅
g
s
d
i D ＝ 0
铝耗尽层
N
＋
N
＋
P
B 衬底引线
V GG
s
d
i D ＝ 0
耗尽层
P
B 衬底引线
N
＋
N
＋
N 型 ( 感生 ) 沟道
g
g
s
d
i D
迅速增大
N 型 ( 感生 ) 沟道
P
B 衬底引线
V GG
V DD
N
＋
N
＋
g
s
d
i D
饱和
P
B 衬底引线
V GG
V DD
N
＋
N
＋
夹断区
4.1.1 N沟道增强型 MOSFET
2,工作原理
14
N沟道增强型 MOS管
N沟道耗尽型 MOS管
4.3.2 N沟道耗尽型 MOSFET
15
d
g
s
v GS
i D
O V P
v DS
i D
O
- 1
v GS = 0V
- 2
- 3
d
g
s
衬
v GS
i D
O V P
v DS
i D
O
v GS =0V
0,2
- 0,2
- 0,4
d
g
s
衬
v GS
i D
O V T O
v DS
i D
O
v GS =5V
4
3
vGS =VP
vGS =VT
4.3.3 各种 FET的特性比较
16
N
P
N
c
b
e
s
g
d
vBE vCE
iB
c
e
b
iC d
g
s
17
4.4 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
4.4.1 FET的直流偏置及静态分析
4.4.2 FET放大电路的小信号模型分析法
18
4.4.1 FET的直流偏置电路及静态分析
1,直流偏置电路
（ 1）分压式自 偏压电路
SVGSV GV
DD
g2g1
g2 V
RR
R
RID?
（ 2）自 偏压电路
vGS
vGS = 0 － iDR
19
4.4 结型场效应管 2,静态工作点求解思路
Q点,VGS,ID,VDS
vGS =
2
P
GS
D S SD )1( V
vIi
VDS =
已知 VP,由
VDD - ID (Rd + R )
- iDR
可解出 Q点的 VGS,ID,VDS
20
4.4 结型场效应管 4.4.2 FET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
22
4.4 结型场效应管 2,动态指标分析
（ 1）中频小信号模型
23
4.4 结型场效应管 2,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
iV? gsV? RVg gsm )1( mgs RgV
oV? dgsm RVg
mVA?
Rg
Rg
m
dm
1
由输入输出回路得则
)]//([ g2g1g3gs RRRr通常故 )//(
g2g1g3i RRRR
do RR?
24
例 4.4.2 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
iV? gsV? )//( Lgsm RRVg)//(1 Lmgs RRgV
oV? )//( Lgsm RRVg?
mVA?
)//(1
)//(
Lm
Lm
RRg
RRg
得
)//( g2g1g3i RRRR
解,（ 1）中频小信号模型由
i
o
V
V
1?
例题
25
（ 4）输出电阻
TI? RI? gsmVg
R
VT
gsV? TV
oR
m
1
1
g
R
所以由图有
T
T
I
V
gsmVg
m
1//
gR?
例题
26
3,三种基本放大电路的性能比较组态对应关系：
4.4 结型场效应管
CE
BJT FET
CS
CC CD
CB CG
BJT FET
电压增益：
be
Lc )//(
r
RR
)//)(1(
)//()1(
Lebe
Le
RRr
RR
be
Lc )//(
r
RR
CE：
CC：
CB：
)//( Ldm RRg?
)//(1
)//(
Lm
Lm
RRg
RRg
)//( Ldm RRg
CS：
CD：
CG：
27
beb // rR
输出电阻：
cR
)//)(1(// Lebeb RRrR
1
)//(// bebs
e
rRRR
1//
be
e
rR
cR
3,三种基本放大电路的性能比较4.4 结型场效应管
BJT FET
输入电阻：
CE：
CC：
CB：
CS：
CD：
CG：
)//( g2g1g3 RRR?
m
1//
gR
)//( g2g1g3 RRR?
CE：
CC：
CB：
CS：
CD：
CG,dR
m
1//
gR
dR
28
解,画中频小信号等效电路
gsmVg?
iVgsV? 2gsm RVg?
bI? bI bI
oV? cb RI
MVA?
2m
cm
1 Rg
Rg
6.128
gi RR?
co RR?
M 5
则电压增益为
sg RR
例题 放大电路如图所示。已知
，ms 18m?g,100
试求电路的中频增益、输入电阻和输出电阻。
， k 1ber
根据电路有
i
o
V
V
由于 则
sMVA
s
o
V
V
i
o
s
i
V
V
V
V
k 20
M
is
i VA
RR
R? 6.1 2 8MVA? {end}
29
教学基本要求掌握 结型场效应管 的工作原理和特性曲线，了解其主要参数了解 FET放大电路的静态偏置特点及求解思路掌握用 小信号模型分析法 分析动态性能了解双极型三极管和场效应管放大电路的 特点
4 场效应管放大电路
30
自 测 题一、判断下列说法是否正确，用,√”和,×,表示判断结果填入空内。
（ 1）结型场效应管外加的栅 -源电压应使栅 -源间的耗尽层承受反向电压，才能保证其 RGS大的特点。（ ）
（ 2）若耗尽型 N沟道 MOS管的 UGS大于零，则其输入电阻会明显变小。（ ）
解：（ 1） √ （ 2） ×
31
二、选择正确答案填入空内。
（ 1） UGS＝ 0V时，能够工作在恒流区的场效应管有 。
A,结型管 B,增强型 MOS管 C,耗尽型 MOS管解：（ 1） A C （ 2） A
（ 2）当场效应管的漏极直流电流 ID从 2mA变为 4mA时，
它的低频跨导 gm将 。
A.增大 B.不变 C.减小
32
三．测得某放大电路中三个 MOS管的三个电极的电位如表 T1.7所示，它们的开启电压也在表中。试分析各管的工作状态 (截止区、恒流区、可变电阻区），
并填入表内。
表 T1.7
管 号 UGS（ th） /V US/V UG/V UD/V 工作状态
T1 4 － 5 1 3
T2 － 4 3 3 10
T3 － 4 6 0 5
33
解：因为三只管子均有开启电压，所以它们均为增强型 MOS管。根据表中所示各极电位可判断出它们各自的工作状态，如解表 T1.7所示。
表 T1.7
管 号 UGS（ th） /V US/V UG/V UD/V 工作状态
T1 4 － 5 1 3 恒流区
T2 － 4 3 3 10 截止区
T3 － 4 6 0 5 可变电阻区
34
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